大连东软信息学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 系系 所：所： 电子工程系 专专 业：业： 电子信息工程（嵌入式系统工程方向） 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 导师职称：导师职称： 讲师 完成日期：完成日期： 2014 年 5 月 2 日 论文题目论文题目：3D 光立方设计与实现光立方设计与实现 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 I 3D 光立方设计与实现光立方设计与实现 摘摘 要要 对于许多电子爱好者来说，光立方并不陌生。它的功能也在许多人的开发下越来 越强大。每一个见过光立方效果的人都会被其超酷的 3D 显示效果所震撼。我就是其中 之一。于是萌生了自己动手做一个光立方的想法。在搜索了大量相关资料后，我发现， 市场上流通着的光立方中，有一种整机只有一个芯片的光立方，但是价格不菲。其他 各种版本的光立方的制作方法又都很复杂繁琐。到目前为，尚未出现过一套制作简单、 价格低廉而又功能强大的光立方的完整设计方案。 本设计讲述了一款基于 STC12C5A60S2 单片机控制的光立方的制作，并阐述了整 体设计思路。本设计不仅可以像发光二极管点阵一样显示平面的静态或动态画面，还 可以显示立体的静态或动态画面，打破了传统的平面显示方案。同时又增加了显示的 花样和立体图案显示效果，可以广泛用于传媒信息显示和各种装饰显示，光立方显示 比发光二极管点阵更具有视觉效果，而且画面图案更加非富多彩。 本设计详细介绍了系统的软硬件设计、硬件的整体布局、LED 灯的搭建的主要方 法；硬件主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显示模块。系统采用的是 8*8*8 模式构成 512 个 LED 灯后组成的光立方，驱动电路是采用我们常用 74HC573、uln2803 数字芯片。采用 C 语言编程 Keil4 编译软件。最终通过 LED 灯的亮 灭展示出美轮美奂的图案。 关键词关键词：LED 光立方，单片机，74HC573，ULN2803 大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract II Design and Implementation of 3D Light Cube Abstract For many electronics enthusiasts, Light Cube is no stranger. It also functions in many people develop more powerful. Each light cube effect seen who will be its cool 3D display effect of the shock. I was one of them. So initiation DIY a light cube idea. After searching a lot of relevant information, I found that the market liquidity of the light cube , there is a whole only one chip light cube , but expensive. Various other versions of the method of making light cube again very complex and cumbersome. Up to now, there have not yet produced a simple, inexpensive and powerful priced complete design light cube. This design tells the story of a microcontroller -based control STC12C5A60S2 light cube production, and described the overall design concept. This design not only as light-emitting diode dot matrix display static or dynamic picture plane, as can also display three-dimensional static or dynamic images, breaking the traditional flat panel display solutions. While increasing the pattern display and display three-dimensional pattern , can be widely used in a variety of media information display and decorative displays , light cube display more visual effects than the light-emitting diode matrix , but the picture is more rich and colorful patterns . The detailed design of the overall layout of the system hardware and software design, hardware, the main method of LED lights built ; hardware is divided into three modules: control module , driver module , display module. System uses 8 * 8 * 8 mode after composing light cube consisting of 512 LED lights, the driver circuit is to use our common 74HC573, uln2803 digital chips. Keil4 using the C programming language compiler software. Eventually by bright LED lights to show off beautiful patterns. Key words: LED light cube, SCM, 74HC573, ULN2803 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 III 目目 录录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论.1 1.1 课题研究背景与意义1 1.2 课题研究内容与方法1 1.3 课题研究现状2 第 2 章 关键技术介绍.3 2.1 驱动技术3 2.2 光立方搭建3 第 3 章 系统需求分析.6 3.1 系统设计目标6 3.2 系统功能模块6 3.3 系统非功能需求6 3.4 系统开发环境7 3.5 系统可行性分析7 3.5.1 技术可行性.7 3.5.2 经济可行性.7 第 4 章 系统设计.9 4.1 系统设计指导原则9 4.2 硬件架构设计9 4.2.1 芯片介绍10 4.2.2 单片机与外围存储器连接电路设计.13 4.2.3 LED 电路设计13 4.3 软件设计14 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 IV 4.3.1 控制流程设计.14 4.3.2 显示模块设计.15 第 5 章 系统实现17 5.1 环境配置.17 5.2 软件实现.17 5.3 系统集成20 第 6 章 系统测试23 6.1 硬件测试23 6.2 软件测试24 6.3 测试过程与结论.24 6.3.1 测试过程分析24 6.3.2 测试结论25 第 7 章 结 论26 参考文献27 致 谢28 附录 A29 大连东软信息学院毕业设计（论文） -1- 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 课题研究课题研究背景与意义背景与意义 随着 3D 技术的发展，3D 技术的研究也越来越得到人们的重视。仅 3D 打印技术 就已经在世界掀起了巨大波澜。就现有来看 3D 技术已经应用于军工、航空航天、医学、 模拟分析等高端领域。随着科技发展 3D 技术的成本也会越来越低。但就目前的发展， 3D 还不能够普及到人们的生活中，这也就促进了人们对于 3D 技术的研究。 而“光立方”一词正逐渐成为一个热点词汇。事实上， “光立方”已经渗透到以下 几个方面：照明类 LED 光效如户外景观照明展开的视觉装饰活动；信息传播类 LED 光效如各种类型的大屏幕点缀着人们的生活。光立方制作所需材料较常见成本低廉、 性价比高等优点具有较高的研究价值。 本设计一改传统的平面流水灯的风格，而是从平面向立体发展，通过更宽广的三 维空间呈现出更加绚丽的效果，直接冲击着人们审美视觉，不在停留在乏味的平面成 像。在制作过程中锻炼学习动手，焊接能力，并以低成本，智能化产品对实现经济利 益、商业价值的形成具有积极的推动作用。 1.2 课题研究内容与方法课题研究内容与方法 本设计制作一个 3D 的发光二极管立方显示体，采用 STC12C5A60S2 单片机控制， 74HC573 锁存器和 ULN2803 数字芯片驱动。在单片机的 P0 口输出显示代码，然后把 扫描片选择锁存器送入 74HC573，通过片选哪一列对应的芯片就可以把显示的内容送 到显示屏显示。 设计原理：利用单片控制 LED 点阵显示的原理和控制技术，来制作控制光立方显 示。通过编写程序控制不同 LED 的亮灭来显示所要显示的内容。根据人眼的视觉暂留 效应，设置每幅画面的延迟时间使连续的一系列画面呈现动态。最终达到动态显示的 效果。每个灯的亮或灭都是由层控制端和列控制端共同决定的。 在 3D 光立方中采用动态扫描显示，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特 性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于 24 帧/秒，人眼看起来就是一 个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这 种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在 LED 显示技术中被 广泛使用。 大连东软信息学院毕业设计（论文） -2- 1.3 课题研究现状课题研究现状 光立方的制作方法不是很复杂，但需要很强的动手能力来组装 512 个排列整齐的 LED 和金属支架，还需要有足够的耐心设计一大堆单片机和驱动芯片，最后还要为硬件 成品设计显示程序，好让光立方动起来。 功能方面，它除了要能显示 3D 图形，还需要有多级亮度和速度调整，最好可以有 音频显示功能，像 DIS.MUSIC21 音乐显示器一样。当然，还要设计一个用户自定义图 形功能，连接普通的单片机就可以显示出自己编写的图形。这样，不仅需要光立方的 显示更丰富，而且需要编辑者有较强的 3D 编程能力。最后，还要用高质量的设计、材 料和生产工艺。用炫酷、连贯、有节奏的图形效果。 未来的显示技术将是平板显示的时代。基础材料的产业化，使 LED 基于单片机的 全彩色光立方的设计显示产品成本大大降低，应用加快发展。LED 产品性能的不断提高， 使全彩色显示屏的色彩、亮度、白平衡都可以达到比较理想的效果，基本可以满足户 外全天候工