基于STC單片機的光立方設(shè)計原理源碼和架構(gòu)說明

ID:433795 · 發(fā)表于 2018-11-26 22:30

本文說明書將以看圖說話的方式詳細介紹光立方的搭建過程,以及闡述光立方的設(shè)計原理和架構(gòu)方法。這些內(nèi)容如圖一所示大致分為如下三個部分。

圖一光立方的設(shè)計思路示意圖

光立方的立方體LED點陣的搭建

圖二 (a)霧狀方形LED燈；(b)層示意圖；(c)立方體點陣實物圖

如圖二所示，LED點陣由512個2*5*7mm的霧狀方形藍色發(fā)光管采用層共陰、豎共陽的方式焊接而成，采用LED霧燈可以很好的收聚光線，使要顯示的燈的光亮不會影響周圍燈的亮度，暗滅很明顯，利于效果呈現(xiàn)。這里層共陰豎共陽的意思說光立方的每一層的負極都接在一起，一共8層，最后引出8根跳線與底座電路連接（與8個100Ω電阻串聯(lián)后接在STC單片機P0口），陽極則層與層之間對應(yīng)連接在一起，一共有64個口，分別接在底座電路圖的8個74HC595的IO口中。這種層共陰、豎共陽的方式焊接，可以使所有LED燈并聯(lián)連接，不相互影響，通過程序控制，可以點亮任意LED。

圖三焊接現(xiàn)場

焊接的方式是將每個LED燈的正負極彎折成90度，固定在事先制作好的間距為20mm的陣列模板中，將所有正極用工具將其盤出一個圓環(huán)，所有LED的負極則相互搭在一起，然后焊牢，一層則制作完成。正極的圓環(huán)是用來最后在每層都焊好的時候，將所有層上下連接在一起而準備的。

如這樣，最后完成了光立方立方體點陣的焊接，如圖二(c)所示。

光立方底座電路原理講解

圖四電路原理圖

底座硬件電路以STC單片機為控制中心，主要包含復(fù)位電路，時鐘信號電路，以及595控制電路，如圖四原理圖所示。

圖四所示595電路設(shè)計，按照前部分立方體點陣搭建思路，可知最少需要用到的單片機IO口就需要64+8個，對于40PIN的STC12C5A60S2顯然IO口不足，所以我們使用8個74HC595芯片來節(jié)約單片機的IO口資源, 分別用來控制每一層中每一列的LED燈。在圖中，數(shù)據(jù)通過串行的方式，分別傳送到每一個74HC595芯片中，再內(nèi)部控制器儲存這些數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)一層64個燈同時的點亮。

圖四所示時鐘信號電路設(shè)計，我們在XTAL1（單片機內(nèi)部振蕩電路的輸入端口）、XTAL2（單片機內(nèi)部振蕩電路的輸出端口）上接一個石英晶體并在兩端接兩個電容，這樣就可以產(chǎn)生一個內(nèi)部激蕩電路，這里需要注意的是此實驗用的晶振是12MHZ的，和晶振相連的電容一般選用33PF的陶瓷電容。

圖四對應(yīng)的PCB原理圖如圖五所示，由于光立方線路復(fù)雜，我們在布線過程中17根跳線（PCB圖中紅色和粉色線所示）

圖五底座PCB圖

程序控制光立方原理

本光立方的組成有兩各個部分一個是硬件一個則是軟件，軟件的伸縮性很大，編寫的好的程序?qū)崿F(xiàn)起來簡單不易出錯，編的不好的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)很多問題，本系統(tǒng)采用的是模塊化的設(shè)計方案，減少軟件出錯的概率，在軟件的設(shè)計過程中需要用到了KEIL4軟件編輯器。

另外，我們寫程序時的設(shè)計思路是這樣的：描述一個固定畫面的顯示，需要硬件執(zhí)行8次掃描的過程。

將第一層64個點的數(shù)據(jù)傳入8個74hc595中，控制uln2803層控制芯片打開第一層開關(guān)，使第一層點亮，這個時候，其他層是滅的。
等待時間t。
熄滅第一層，開始向74hc595中傳輸?shù)诙䦟拥臄?shù)據(jù)，鎖存，開啟第二層總控制開關(guān)，點亮第二層。
等待時間t。

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