基于51单片机光立方设计_陈聪

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1、基于51单片机光立方设计摘要：这个光立方制作非常简单，简单到整个作品只用到了一块STC89C52RC单片机作为控制器；由8块74HC573和1块ULN2803组成控制线路；由8×8×8只发光二极管组成真实的3D立方体显示器。其最大的特点就是：功能强大，通过显示3D图形，带给你未来3D技术的科技体验，并且留给广大学生和电子爱好者自由发挥的空间。关键词：51单片机、74HC573、ULN2803、显示3D图形1引言单片机以其强大的控制能力已经被广泛应用于诸多领域，配以各种接口传感器可以实现系统的智能化。无论是在工业控制领域、医疗卫生领域、还是在国防军事领域、航天航空领域，微控制器都

2、起着举足轻重的作用。从最初的8位控制器到现在的16位、32位控制器都还有很大的发展和应用空间。光立方并非我的首创，在网上早有光立方的视频。许多电子爱好者，看过这些视频之后，都会被其超酷的3D显示效果所震撼，我就是其中之一，于是我也想制作一个应用于教学。光立方功能强大，样式绚丽。在制作其立方体部分，能很好的锻炼制作者的动手能力；在制作者编写3D图形时,又很好的锻炼了制作者的3D编程能力。其炫酷、连贯、有节奏的图形效果，既能吸引观赏者的眼光，又可突出单片机强大的控制能力。网上也有将8×8×8光立方叫做：CUBE8光立方。其由来是：立方体的英文单词是Cube，又因为我要制作的是8×8

3、×8的3D显示阵列。所以综合得名——CUBE8光立方。2系统工作原理2.1立方体原部分CUBE8是一个长、宽、高由8×8×8个LED灯组成的真实3D立方体显示器。于是，我们可以将其拆解为8层：图2-1立方体层分解每个面由8×8=64只发光二极管组成：图2-2每层LED组成首先，我们只要控制单层这64只LED灯使其能够自由变换，然后再通过控制每个层依次点亮即可。单片机通过对这8层64LED只灯单元快速扫描，同时由于我们眼睛的视觉暂留，使我们感觉看到的发光二极管是一起点亮的。这样我们就看到了一个完整的个体。2.2控制电路部分有了工作原理，接下来我们来设计电路原理图：如果要控制8×8

4、点阵，需要16个引脚，那么有8个8×8点阵，需要再用8个引脚来充当各个8×8点阵的“开关”即可。由于我们单片机的端口数量有限，在控制单层64只LED灯时，直接使用I/O口控制根本无法实现。于是，采用了锁存器74HC573暂存数据的方法，将64只LED灯的亮灯数据分别赋予8块锁存器75HC573，然后打开层“开关”，点亮LED。鉴于每层需控制的LED数量较多，电流较大，不能直接采用单片机I/O口直接控制，于是我们借助一块集成块来增加单片机接口控制电流较小的缺点。这里使用的是达林顿管驱动器ULN2803A作为每层的“开关”。1、锁存器74HC573介绍八进制3态非反转透明锁存器74

5、HC573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LE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。图2-374HC573管脚图74HC573功能表：输入输出输出使能（OE）锁存使能（LE）DQLHHHLHLLLL×不变H××高阻抗74HC573工作条件：符号参数最小最大单位VCCDC供电电压（参考GND）2.06.0VVIN,VOUTDC输入电压，输出电压（参考GND）0VCCVTA所有封装的操作温度-55+125℃输入上升和下降时间01000CC=2.0

6、Vtr，tf0500nsCC=4.5V0400CC=6.0V2、达林顿管驱动器ULN2803A介绍八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容。10COM1181B1C2172B2C3163B3C4154B4C5145B5C6136B6C7127B7C8118B8C图2-4ULN2803结构及管脚图ULN2803A

7、工作条件：参数数值单位集电极直流最大工作电压50V输入电压5V最大工作温度+85℃最小工作温度-20℃集电极连续电流500mA输入电流25mA2.3控制器STC89C52RCSTC89C52是宏晶公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用宏晶公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上