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1、本科毕业论文（设计 )题目：4*4*4 三维立体 LED 光立方的设计 学院： 物理与电子科学学院 班级： 11 级物理四班 姓名： 指导教师： 职称： 副教授 完成日期： 2015 年 5 月 21 日光立方的设计摘 要：本文采用 4*4*4 的模式做出一个三维立体显示图案的 LED 光立方。采用的主控制芯片为 STC12C5A60S2 芯片，通过 C 语言编程，使其光立方进行不同图像的闪烁，LED 灯相比较于发光二极管，更能吸引人们的目光，达到视觉效果。LED 的发展对未来有及其重要的影响。关键字： LED 光立方； STC12C5A60S2The design of Light Cube
2、Abstract:In this paper, a 4*4*4 model is used to make a LED light cube of the pattern. Used as main control chip for STC12C5A60S2 chip, through the C programming language the different images flash, LED lamp light cube compared in light-emitting diodes, attract peoples eyes, to achieve the visual ef
3、fect. The development of LED and its important influence on the future.Keywords: LED Light Cube; STC12C5A60S2目 录1.绪论.(1)1.1 背景与意义.(1)1.2 国内外研究现状.(1)1.2.1 国外研究现状.(1)1.2.2 国内研究现状.(2)1.3 设计的总体要求和方案选择.(2)1.4 设计说明书的结构安排.(3)2.主要元件介绍.(3)2.1 STC12C5A60S2.(3)3.工作原理.(4)4.调试.(6)5.结束语.(7)6.参考文献.(8)7.附录.(9)8.致谢.
4、(21)1光立方的设计1.绪论1.1 背景与意义人们的生活水平不断提高，人们对3D 立体效果的渴望，对视觉的追求让人不断努力，以期达到无比宽松舒适的美感。3D 技术在未来一定会被大量使用。当3D 打印技术这一还处在萌芽阶段的技术就已经在世界掀起了巨大波澜。就现有来看3D 技术已经应用于各行各业。随着科学技术的发展，3D 技术的成本也会越来越低，相信不久3D 电视也会像液晶电视一样走入普通家庭。3D 技术在未来还可以应用于学校，医，地下矿井，航天航空等领域。以现在的角度看，3D 还未够大量进入人们的生活中，这也就启迪了人们对于3D 的创作。因此，对发光二极管进行使用，作出不同的花样，让未来获得3
5、D 技术的成果。光立方在 2009 年 10 月在天安门广场的庆典上首次亮相,这次庆典中的光立方是有创新意义的三大法宝之首,从那次以后,一个全新的叫法“光立方”,成了全世界人民的关注目标。国庆联欢晚会三样法宝,光立方是最突出的,“光立方”在宏观特征上,融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的形式,而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有相似之处。“光立方”可以根据不同的曲目的不同内容,变化成不同的图案,具有非常漂亮的视觉感受。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状在信息大爆炸的时代中，对硬件设备的需求更严格。大屏幕设备已经从公共信息展示等商业应用走向消费类多媒体应用，例如，
6、智能大屏手机，平板电脑等等。由于宽带网络的迅猛发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中成为主导地位，新一代的大屏幕显示装置将代替传统媒体成为人们享受信息和多媒体内容的中心。相较于传统社会媒体，对 LED 大屏幕显示技术追逐成为众人眼中的宠儿。LED 显示屏一般分为图文显示屏和视频显示屏，全部由 LED 矩阵块组成。动态图文显示屏能够和计算机一起显示字符、文本信息和图形；视屏屏幕通过智能型电脑进行控制，文字和图片一起呈现，以时刻、步调一致、直接的，明白的媒体手段传递各类消息，。不仅可以用于房屋内部装修，同时还可以用于大自然条件下的信息传播，比照相机、电视墙、液晶显示屏更加优越，方便，2让人欣赏。而
7、且显示的画面色感强，立体效果强，静止的图像就如油画一般，动态图像就像电影，大量用于各个场所。随着信息的快速流通，人们对 LED 屏幕不断探究的认识，它的使用进入人们的生活。1.2.2 国内研究现状（1）我国 LED 生意发展情形目前国内主要 LED 广告大屏幕制造厂商主要集中在繁华的地方以及沿海城市，而大型制造商的活动空间却遍布整个国内市场。由于中国处在崛起过程中，国产 LED 广告大屏幕的成本低，市场份额接近百分之九十。我国的 LED 显示屏产业通过近年的发展，相对形成了部分具有一定规模的优质企业。我国 LED 显示屏产业在商业化的同时，制作工艺不断创新，使其跻身在相对前列的位置。LED显示
8、屏产业正在成为我国科学技术发展的领头部分，也是成为平板显示方向唯一立稳脚跟的在国内形成的技术手段。（2）LED 显示屏的发展趋势2000年以后的制作工艺将是平板制作的时代。原材料的商品化，使基于单片机的 LED 光立方的设计全彩色制作产品原材料价格下降，使用率提高。LED 产品工艺的提高，使全彩色显示屏的色值、亮光、白平衡达到人们想要的目的，已经可以达到户外全天候的大自然条件下的需求，于此同时，由于全彩色屏幕价格性能比的优越性，不久将来的可预料中，彩屏的 LED 3D 屏幕在户外广告媒体中会逐步取代传统的媒体及传播方式等产品，大型场地的展览方面全彩色LED 3D 屏幕作为第一首选屏幕。全彩色
9、LED 3D 屏幕的使用会是 LED 3D 屏幕产业发展的一个新的突破点。未来 LED 3D 显示屏会向着商业化、智能化、集成化的战略目标进展。1.3 设计的总体要求和方案选择本文做成了一个立体的能发光二极管三维物品，可以利用程序编写来完成对任意一个发光二级管的亮灭操作，完成对各种方案变化的现实。为了获得人们的目光，必须是图案不停变换。最简单的图案形式是静态图案。与静态图案不同的是各式各样的动态变化图案，它们所显示的图案都是能够任意变化的。按照图像运动的方式又可以分成平动、闪烁、翻转、缩放等多种变化形式。想要获得不同图案的方法，并不非要重头开始编写程序用来控制数据，能够使用相应的算法从开始的原
10、始数据直接生成。这样程序书写就不会显得繁琐和重复，并且对核心控制器的内存空间没有过高的要求。3利用单片机控制 LED 点阵显示的原理，运用系统数据分析，知道该系统该具有何种功能，有哪些模块，各个模块如何连接，以及怎样组合电路是最合理最简单的，这些便是硬件部分的设计。有了硬件电路部分，我们必须的有相对应软件数据部分，然后通过仿真软件对程序进行测试和修改。电路系统制作完毕后，测试整个的系统部分的性能，检查各个功能是否能正常运行,并通过实验结果发现程序中的错误，修改这些错误一直到测试成功达到设计要求。1.4 设计说明书的结构安排（1）初步整体方案的论证和选择找到有用的材料，并仿照现在常用的设计思想和
11、设计方法选择几套设计方案进行数据对比和方法比较。最终选定了以 STC12C5A60S2为主要的控制芯片，同时利用单片机的光立方的设计 I/O 扩展电路和层驱动电路来选定方案并且满足设计目的。（2）方案实现以设计目的为指导思想挑出合适的物件来完成想法，选择物件时要从功能和电气特征两方面来选择和论证。确定以51单片机为主要原件，由八 D 边沿触发器（三态）扩展 I/O 口输出，用5V 充电器作为电源来驱动。（3）软件编写根据硬件特点和设计要求，用 C 语言来编写软件程序。程序按照功能可以分成静态部分、动态部分、通信等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的部分逐个编写程序，最后将独立的部分整合起
12、来。（4）验证与测试测试分为三个部分，硬件测试、软件测试和系统联合测试几步来进行。在硬件测试中发现有单片机端口驱动能力有问题、驱动电路工作可能不稳、LED 不能正常发光等问题。在软件测试中出现程序衔接工作不协测等问题。通过分析，判断，思考，找到出现错误的原因并努力修正。（5）结论设计的作品制作成功后对设计中碰到的错误、经验问题和自己产生的灵感进行总结分析。 2.主要元件介绍2.1 STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM 一类型单片机由宏晶科技制作的的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/极强抗干扰的增强型 8051 单片机，指令4代码能够完全兼容普通的 80
13、51,但它的速度快 8-12 倍。内空间能够集成MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，作为强干扰场合。1) 新一代的 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码能够全部兼容原来的 80512) 工作时的电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V 单片机）3) 工作时的频率：0 - 35MHz，是传统的 8051 的 0420MHz4) 应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节5) 片上集成 1280 字节 RAM6) 外部中断 I/O 口 7 路,普通的下降沿中断或低电平触发中断,同时能够支持上升沿中断的 PCA 模块,Power Down 模式可由外部中断唤醒,INT0/P3.2, INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3, CCP1/P1.4 。7) A/D 转
