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1、华东交通大学信息工程学院444 光立方设计报告光立方设计报告学学 院：信息工程学院院：信息工程学院 专专 业：通信工程业：通信工程姓姓 名：名： 班班 级：通信（卓越）级：通信（卓越）2013-1学学 号：号： 指导老师：指导老师： 时间：时间：2015 年年 6 月月 12 日日目录华东交通大学信息工程学院第 1 章 摘要.1第 2 章 绪论.2第 3 章 设计目的与要求.33.1 设计目的.33.2 设计要求.3第 4 章 444 光立方基础技术.44.1 STC89C52 的标准功能.44.2 STC89C52 的主要特性.54.3 STC89C52 的器件参数.6第 5 章 总体方案设
2、计.75.1 单片机资源分配情况.75.2 复位电路.85.3 时钟电路.85.4 系统框图和程序流程图.95.5 系统的工作原理图.10第 6 章 系统调试与测试.13第 7 章 总结与展望.14第 8 章 致谢辞.15第 9 章 参考文献.16附录（原理图、源程序）.17华东交通大学信息工程学院1摘要摘要 当今社会，随着电子行业的不断发展，单片机凭借着其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅猛。单片机体积小，质量小，抗干扰能力强，对环境要就不高，价格低廉，灵活性好，已广泛的应用在工业自动化、通信、自动检测、信息家电、电力电子航空航天等各个方面。成为现代生产和生活中不可缺少
3、的一部分。 关键词：光立方关键词：光立方 单片机单片机 STC89C52STC89C52AbstractIn todays society, with the continuous development of electronic industry, single-chip microcomputer with its extremely high cost performance, is peoples attention and concern, wide application, is developing rapidly. SCM small size, small quality,
4、 strong anti-jamming capability, the environment is not high, low price, good flexibility, has been widely used in industrial automation, communications, automatic detection, information home appliances, power electronics, aerospace and other aspects. Become an indispensable part of modern productio
5、n and life. Keywords: light cube microcontroller STC89C52华东交通大学信息工程学院2绪论为了让我们更加深入的了解单片机的原理及其内部结构和功能，黄老师让我们用 51 单片机制作一个小作品，于是，我们组选择了制作 4*4*4的光立方。我们制作的 4*4*4 是基于 STC89C52 单片机，STC89C52 单片机属于 51 单片机，它也是单片机中最简单最适于新手入手单片机。当今社会，随着电子行业的不断发展，单片机凭借着其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅猛。单片机体积小，质量小，抗干扰能力强，对环境要就不高，价格低廉
6、，灵活性好，已广泛的应用在工业自动化、通信、自动检测、信息家电、电力电子航空航天等各个方面。成为现代生产和生活中不可缺少的一部分。对于大二的我们来说，学习单片机也好久了，对单片机有了大体的了解，此次单片机课程设计，我们采用的是 STC89C52RC 系列的单片机，利用此单片机来控制一个“光立方” 。光立方顾名思义就是一个立方体，我们采用的是 4*4*4 的模式，将 LED 灯分成四层，利用程序来编写各种不同的效果来控制 LED 的亮灭，最终使得整个立方体展现不同的造型和图案，使其变得美轮美奂，绚丽多彩。华东交通大学信息工程学院3第 3 章 设计目的与要求3.1 设计目的 进一步掌握单片机的原理
7、及其功能。学会利用单片机做一些课外电子设计与制作。 熟悉 LED 点亮条件及其工作原理。 熟悉光立方显示的原理及其相关的线路连接。 通过此次的电路焊接和调试提高自己的动手及其分析问题的能力。 3.2 设计要求 .利用单片机控制 4*4*4 的 LED 光立方显示一些 3D 的图形，通过编程编写一些程序控制单片机输出一些高低电平从而控制某个和某些 LED等亮和暗，由此来通过灯光显示一些 3D 图形。设计内容包括了时钟电路、复位电路、三极管驱动电路、LED 光立方电路等几部分的设计。根据内容画出相应的电路图，再编写出相应的程序。 .编写完程序后，进行实物的焊接，将程序烧写到单片机上，最后进行调试。
8、 华东交通大学信息工程学院4第 4 章 444 光立方基础技术4.1 STC89C52 的标准功能STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。管脚图如下：华东交通大学信息工程学院5标准功能：8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口
9、线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。4.2 STC89C52 的主要特性STC89C52RC 单片机:8K 字节
10、程序存储空间；512 字节数据存储空间；内带 4K 字节 EEPROM 存储空间;可直接使用串口下载；AT89S52 单片机:8K 字节程序存储空间；256 字节数据存储空间；自带 2KB 的 EEPROM 存储空间;华东交通大学信息工程学院64.3 STC89C52 的器件参数1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051.2 2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作 频率可达 48MHz4. 用户
11、应用程序空间为 8K 字节5. 片上集成 512 字节 RAM6. 通用 I/O 口（32 个） ，复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8. 具有 EEPROM 功能9. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T210.外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式
12、可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒11. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART12. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）华东交通大学信息工程学院7第 5 章 总体设计方案5.1 单片机的资源分配情况将 4*4*4 的 LED 光立方分层 4 层，分别由单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，四个口来控制每一层，且给低电平有效，再有P0 口和 P1 的总共 16 个口来控制 16 列，给高电平有效，P0 和 P1 口加上位排阻，再给每一列加三极管放大，三极管的基极接单片机的 P0 和 P1 口，集电极接 5V 电源，发射极接每一列。这样就
13、可以通过控制每个口的输出信号来控制每个的亮灭。5.2 复位电路：通过某种方式，是单片机内部各类寄存器的值变为出事状态的操作称为复位。单片机的复位是通过外部电路来实现的，复位引脚 RET 通过一个施密特触发器与复位电路相连接，施密特触发器用作噪声抑制，伟哥机器周期的 S5P2 时刻，复位电路采样一次施密特输出电平，获得内部复位操作所需要的信号。单片机的时钟电路正常工作后，CPU 在 RET/VPD 引脚上连续采集到两个机器周期的高电平后就可以完成复位操作了，但实际应用时，复位电平的脉冲宽度一般大于 1ms。复位电路通常采用上电复位、手动按键复位和看门狗复位三种方式，本次采用的是上电复位方式。华东
14、交通大学信息工程学院85.3 时钟电路：单片机的各个功能部件的运行都是是时钟控制信号为基准，一拍一拍的工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的可靠性和稳定性。常用的时钟电路设计为内部时钟方式，单片机内部有一个由反向放大器构成的震荡电路，芯片上的 XTAL1 和XTAL2 分别为震荡电路的输入和输出端。只要在这两个引脚上接一个石英晶体振荡器和两个微调电容就构成内部方式的振荡器电路，有振荡器产生自激振荡，便构成一个完整的震荡信号发生器。一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1、C2 的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。本系统的 C1、C2 的值为33pf。单片机在工作时，有内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部
