2021年3D8光立方制作

3D8光立方制作

欧阳光明（2021.03.07）

目录

一、摘要 (1)

二、关键字 (1)

三、引言 (2)

四、正文 (2)

（一）、主要元件介绍 (3)

1、STC12C5A60S2 (3)

2、74HC573 (3)

3、ULN2803 (4)

（二）、工作原理 (5)

1、驱动模块原理 (6)

（三）、元器件选择 (7)

（四）、制作、调试 (8)

1、制作 (9)

2、调试 (11)

五、结束语 (13)

六、参考文献 (12)

七、附录（程序） (13)

光立方

一、摘要：

本设计采用8*8*8 的模式，硬件主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显示模块。采用的主控芯片为STC12C5A60S2 芯片，驱动电路是采用我们常用74HC573数字芯片。数组OUT[0]代表光立方从第一层 D0 到第八层D0 的数据，以此类推数组 OUT[1] 代表光立方从第一层D1 到第八层D1 的数据。本设计采用C语言编程，利用单片机控制LED的亮灭，采用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立体展现不同的造型和图案，使其变得美轮美奂、绚丽多彩。

二、关键字：LED光立方，74HC573，STC12C5A60S2，ULN2803

三、引言：

光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的,在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世,这是新中国成立六十周年国庆晚会最具创意的三大法宝之首,自从国庆60周年联欢晚会开始演练后,一个全新的名词“光立方”,吸引了全国人民的关注。国庆联欢晚会三样法宝,光立方为最,“光立方”在气势和整体感觉上,融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格,而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙。“光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容,展示不同的造型和图案,具有丰富的视觉效果。

四、正文

（一）主要元件介绍：

1、STC12C5A60S2

STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成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，强干扰场合。

1)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051

2)工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V单片机）

3)工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz

4)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RAM

6)外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的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(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)。

7)A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)

8)通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA

软件实现多串口

9)STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器

设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)

10)工作温度范围：-40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级)

2、74HC573

74HC573是八进制3 态非反转透明锁存器。器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态；在这种状态下,可以多个芯片并联输出，当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持

3、ULN2803

ULN2803是八重达林顿管，1至8脚为8路输入,18 到11脚为8路输出。驱动能力为500MA \50V。应用时9脚接地,10脚接负载电源V+,输入的电平信号为0或5V。输入0是输出达林顿管截止,输入为5V电平时，输出达林顿饱和。输出负载加在电源V+和输出口上，当输入为高电平时，输出负载工作，该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端才能导通工作。

（二）工作原理

有8个8*8点阵，再用8个引脚来当充当各个8*8点阵的“开关”。只要将64个灯阳极连在一起，在连到这个引脚上。采用了hc573暂存的方法，来分别把64个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，573的64个输出引脚控制前面所述每一个面的64个灯；而每层灯的阴极全连接在一起接入uln2803，由uln2803控制的每一个层灯。通过单片机主控芯片STC12C5A60S2来控制所有灯的亮灭，从而控制P0、P1、P2实现控制X、Y、Z空间立体控制来显示我们所需要显示的现象。

图1 8层面图2 64个灯孔

整个设计主要分为三个模块分别是主控模块、驱动模块、显示模块1、驱动模块原理

图3 74HC573驱动

图4 原理图

uln2803的1~8脚接主控芯片的P1口（1~8脚），数据由主控芯片P2口输入经过uln2803从11~18脚输出，实现通过uln2803来驱动每一层。每个573的2~9脚（数据输入）都连接在一起连接到主控芯片的P0口（32~39脚），数据从主控芯片P0口输送到573，573的1脚是3态输出使能输入（低电平）一般都与地相接，573的11脚（锁存使能输入）都连接在一起连接到主控芯片的P2口（21~28脚）作为锁存控制。当573的11脚为高电平和2~9脚为高电平时，573的12~19脚（3态锁存输出）为高电平，驱动一竖面的灯亮，当11脚为高低平、2~9脚为低电平时，573的12~19脚则就为低电平，从而灯灭，当11脚为低电平时，2~9脚不管高低电平，12~19脚的输出不变。主控芯片通过573+uln2803来驱动控制哪竖面的哪一层的哪个灯的亮灭。R1~R16是限流电阻。

（三）元器件选择

1）由于光立方的程序量比较大，而且要求相对比较高，因此用 51 系列的增强型芯片

STC12C5A60S2，选择的理由：1.无法解密，采用第六代加密技术； 2.超强抗干扰；3.内部集成高可靠复位电路，外部复位可用可不用；4.速度快，比 8051 快 8-12 倍。

2）由于灯的个数比较多，因此所需要的电流相对也比较大，所以选择ULN2803。 3）驱动部分使用了熟悉的74HC573，其优点有 1.高阻态，就是输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态；在这种状态下,可以多个芯片并联输出；2.数据锁存;当输入的数据消失时,