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標題: 基于STC單片機的光立方設計原理源碼和架構說明 [打印本頁]

作者: 高子涵999 時間: 2018-11-26 22:30
標題: 基于STC單片機的光立方設計原理源碼和架構說明

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計原理和架構方法。這些內容如圖一所示大致分為如下三個部分。

圖一光立方的設計思路示意圖

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。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電阻串聯后接在STC單片機P0口），陽極則層與層之間對應連接在一起，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，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，數據通過串行的方式，分別傳送到每一個74HC595芯片中，再內部控制器儲存這些數據，從而實現一層64個燈同時的點亮。

圖四所示時鐘信號電路設計，我們在XTAL1（單片機內部振蕩電路的輸入端口）、XTAL2（單片機內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，這樣就可以產生一個內部激蕩電路，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。

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