學(xué)期項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告光立方

1、微控制器的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)學(xué)期項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告完成日期： 2013 年 12 月 17 日目錄1摘要本設(shè)計(jì)制作出一個(gè)三維立體顯示圖案的lED 光立方。本產(chǎn)品不僅可以像發(fā)光二極管點(diǎn)陣一樣顯示平面的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)畫(huà)面，還可以顯示立體的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)畫(huà)面，打破了傳統(tǒng)的平面顯示方案。 同時(shí)又增加了顯示的花樣和立體圖案顯示效果，可以廣泛用于傳媒信息顯示和各種裝飾顯示， 為將來(lái)顯示技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展指導(dǎo)了方向，光立方顯示比發(fā)光二極管點(diǎn)陣更具有視覺(jué)效果，而且畫(huà)面圖案更加豐富多彩。本設(shè)計(jì)是用采為核心控制器，ATMga32PU擴(kuò)展 I/O 口，完成硬件電路設(shè)計(jì)。通過(guò)軟件編程控制數(shù)據(jù)下載到單片機(jī)完成設(shè)計(jì)圖案的顯示。軟件采用自上而下的模

2、塊化設(shè)計(jì)思想，使系統(tǒng)朝著分布式、小型化方向發(fā)展，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。我們的光立方主要功能是在整體上實(shí)現(xiàn)畫(huà)面立體的顯示，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)3D 顯示效果，同時(shí)可以根據(jù)要求改變程序的數(shù)組部分就可實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的自主定義，也可自己寫(xiě)更多美輪美奐的圖形。即可顯示出我們想要的3 維立體圖形，字母，數(shù)字，也可實(shí)現(xiàn)圖形字母數(shù)字的來(lái)回變換，移動(dòng)和交替的變換，達(dá)到不間斷的變換效果。2緒論中國(guó) LED等從上個(gè)世紀(jì) 90年代初開(kāi)始起步，之后都處于快速發(fā)展中，2007、2008年為發(fā)展最快的兩年。時(shí)至今日，LED顯示屏已應(yīng)用于各行各業(yè)中，現(xiàn)在就讓我們來(lái)說(shuō)說(shuō)中國(guó) LED顯示屏行業(yè)風(fēng)風(fēng)雨雨走過(guò)的20載。目前中國(guó) LE

3、D顯示屏的產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于市場(chǎng)需求，產(chǎn)能過(guò)剩明顯。 增長(zhǎng)放緩也造成了目前LED顯示屏行業(yè)僧多粥少的局面。 價(jià)格將成為推動(dòng) LED顯示屏市場(chǎng)快速發(fā)展的第一要素。目前 LED顯示屏行業(yè)大打價(jià)格戰(zhàn)， 毛利率進(jìn)一步下降的同時(shí)也削弱了廠商自身的盈利能力。目前 LED顯示屏產(chǎn)業(yè)的細(xì)分化程度非常高，不僅配件材料供應(yīng)格局穩(wěn)定，同時(shí)各項(xiàng)配件材料毛利率也大幅降低。LED顯示屏是由多種配件材料組裝而成，主要的技術(shù)集中在LED燈珠、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng) IC 、驅(qū)動(dòng)電源四個(gè)方面。對(duì)絕大多數(shù)LED顯示屏廠商而言，并不擁有絕大部分核心技術(shù)以及專(zhuān)利。因此， LED顯示屏廠商很難通過(guò)技術(shù)革新實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，更多依靠穩(wěn)定的渠道或工程項(xiàng)目。

4、從目前的發(fā)展情況來(lái)看，渠道商或工程項(xiàng)目都成了LED 顯示屏廠商爭(zhēng)搶的稀缺資源。有實(shí)力的 LED顯示屏廠商都有著穩(wěn)定的渠道或者工程項(xiàng)目。由過(guò)億元 LED顯示屏廠商所構(gòu)成的上層格局已經(jīng)形成，新進(jìn)廠商想要打開(kāi)渠道不僅難度大，代價(jià)也很大。3 光立方項(xiàng)目方案由于剛接觸Arduino ，對(duì)它的認(rèn)識(shí)還只是皮毛。學(xué)校安排的微控制器實(shí)訓(xùn)，對(duì)我來(lái)說(shuō)很有挑戰(zhàn)，我也很感興趣，我想到了做光立方，由于對(duì)著方面了解太少，所以我買(mǎi)的套件（圣源淘寶買(mǎi)的），PCB 板算是成品，我的能力暫時(shí)做不出來(lái)，請(qǐng)老師諒解! （pcb板只是焊上了芯片和貼片電阻） 。此次所做光立方為8*8*8 的為 3d8s 光立方，大體介紹如下：3.1硬件：

5、光立方驅(qū)動(dòng)板 (PCB板），Arduino 主控板（也可用我們上課用的Arduino uno板?。?， USB 數(shù)據(jù)線(xiàn)， 512 個(gè) 3mm霧面藍(lán)色 led ，另外用四個(gè) led 做驅(qū)動(dòng)板的墊腳！。硬件上的重點(diǎn)是 512 個(gè) led 的焊接！焊接方法大體如下：1. 需要自制一個(gè) led 搭接板，尺寸為 22.86*22.86 ，分為六十四個(gè)格，點(diǎn)與點(diǎn)的間距為 2.9 。3.2光立方的點(diǎn)陣部分，步驟：（1）先把 512 個(gè) LED，負(fù)級(jí)全部彎成90 度(2）擺到搭建模版上，進(jìn)行負(fù)極與 負(fù)極間的焊接，一共是8 列。(3) 歪曲正極 90 度，進(jìn)焊接，一共 7 列。（此為一層，此焊法，共焊 8 層?。?/p>

6、3.3焊接注意事項(xiàng)：焊好的 led 點(diǎn)陣插到 PCB板上用上位機(jī) led 全亮指令，測(cè)試。3.4軟件：用 Arduino 編程軟件編程，也可利用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)LED的焊接，把 2 個(gè) LED的負(fù)極焊接在一起（注意焊接時(shí)候速度要快， 要不然溫度會(huì)損害LED.還有就是 LED的負(fù)極不要碰到正極）。彎曲的正極，要和負(fù)極間有一定的距離。全部的正極彎曲成90 度，至于負(fù)極的上層。注意！只要彎曲 7 列就可以了，最后一列不用彎曲。（最后用來(lái)連接層用的）測(cè)試 led 點(diǎn)陣，用上位機(jī)測(cè)試，將led 的變幻（此方法不需要編程） 。3.5整體框圖4 系統(tǒng)硬件4.1CPU：微處理器的英文縮寫(xiě)是CPU，即中央處理單元，是

7、計(jì)算機(jī)的核心部分，計(jì)算機(jī)完成的每一件工作，都是在它的指揮和干預(yù)下完成的。計(jì)算機(jī)配置的CPU的型號(hào)實(shí)際上代表著計(jì)算機(jī)的的基本性能水平4.2LED 燈：即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。本項(xiàng)目所需是藍(lán)色LED燈。4.3PCB 板：就是印刷電路板（ Printed circuit board，PCB）。它幾乎會(huì)出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當(dāng)中。如果在某樣設(shè)備中有電子零件，它們都是鑲在大小各異的PCB上的。除了固定各種小零件外， PCB的主要功能是

8、提供上頭各項(xiàng)零件的相互電氣連接。隨著電子設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，需要的零件自然越來(lái)越多，PCB上頭的線(xiàn)路與零件也越來(lái)越密集了。裸板（上頭沒(méi)有零件）也常被稱(chēng)為 印刷線(xiàn)路板 PrintedWiring Board（PWB） 。板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細(xì)小線(xiàn)路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的，而在制造過(guò)程中部份被蝕刻處掉，留下來(lái)的部分就是變成網(wǎng)狀的細(xì)小線(xiàn)路了。這些路被稱(chēng)作導(dǎo)線(xiàn)（conductorpartern ）或稱(chēng)布線(xiàn)，并用來(lái)提供PCB上零線(xiàn)的電路連接。通常 PCB的顏色都是綠色或棕色，這是阻焊漆（soldermask）的顏色。是絕緣的防護(hù)層，可以保護(hù)

9、銅線(xiàn)，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上還會(huì)印刷上一層絲網(wǎng)印刷面（ silkscrccn ）。通常在這上面會(huì)印上文字符號(hào)（大多是白色的），以標(biāo)示出各零件在板子上的位置。絲網(wǎng)印刷面也被稱(chēng)作圖標(biāo)面（legend ）。4.4Arduion板：Arduino是一塊基于開(kāi)放源代碼的USB接口 Simple i/o接口板（包括 12 通道數(shù)字 GPIO，4 通道 PWM輸出， 6-8 通道 10bit ADC 輸入通道），并且具有使用類(lèi)似 Java,C語(yǔ)言的 IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。4.5Arduino uno R3板：Arduino UND 是 Arduino USB 接口系列的最新版本，作為A

10、rduino 的平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。 UND的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有 14 路數(shù)字輸入 / （其中 6 路可作為PWM輸出），一個(gè) 16MHZ晶體振蕩器， USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header 和一個(gè)復(fù)位按鍵。4.6縮小版 uno 控制模塊：基于 arduino uno模塊下的縮小版的控制模塊4.7通信協(xié)議模塊：基于 arduino uno模塊下的縮小版的控制模塊，此模塊已寫(xiě)入通信協(xié)議，切不可 寫(xiě)入任何程序！作為用電腦端控制軟件空的中間傳輸條件！5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)、 led edit控制軟件， led gameserver游戲控制軟件。本次所用的三個(gè)軟件必須

11、在通信協(xié)議模塊的配合才能使用5.1上位機(jī)：5.2led edit控制軟件 :5.3led gameserver游戲控制軟件 :5.4arduino編程軟件：6 整體性測(cè)試及所遇問(wèn)題6.1整體搭建完成以后的測(cè)試1 整體搭接完成以后，在通信模塊的配合之下，通過(guò)電腦用上位機(jī)軟件，進(jìn)行整體測(cè)試。2 用上位機(jī)軟件測(cè)試方便快捷，如果搭接有問(wèn)題，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)糾正。3 測(cè)試完成以后就可以利用控制模塊進(jìn)行動(dòng)畫(huà)效果的顯示6.2調(diào)試中遇到的問(wèn)題1. 焊接的時(shí)候烙鐵溫度調(diào)的太高， 溫度過(guò)高， 導(dǎo)致二極管的阻抗改變， 所以出現(xiàn)了問(wèn)題，用表量了一下被燒穿了，總共換下了20 多個(gè)壞掉的 LED燈。2. 點(diǎn)亮 LED時(shí)

12、，第四行一豎排都不亮， 第二行一豎排只有兩個(gè)亮， 第二豎排是因?yàn)楹附拥牟焕螖嚅_(kāi)了，第四排是驅(qū)動(dòng)模塊引腳虛焊。3. 在利用外接 arduino uno 板控制時(shí)，出現(xiàn)無(wú)法控制現(xiàn)象，解決方法為，去掉通信模塊，單獨(dú)控制。4. 利用電腦軟件和通信模塊控制時(shí)，出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象，經(jīng)檢查為通信模塊受損所致。5. 由于焊接原因和各模塊之間的頻繁切換， 導(dǎo)致光立方點(diǎn)陣的燈出現(xiàn)受損現(xiàn)象， 經(jīng)更換效果正常7 設(shè)計(jì)總結(jié)今年我們開(kāi)的課程與以后的工作有著緊密的關(guān)聯(lián)，這一學(xué)期我們進(jìn)行了為期兩周的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)，它是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，有為今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好的開(kāi)端。這次實(shí)訓(xùn)我們組選擇的實(shí)訓(xùn)選題是

13、：LED光立方景觀燈，基于單片機(jī)的8*8*8 的光立方的設(shè)計(jì)。本次的設(shè)計(jì)預(yù)期要求：LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示或圖形和簡(jiǎn)單文字、數(shù)字，而且顯示的圖形、文字、數(shù)字顯示穩(wěn)定、清晰無(wú)干擾。圖形、文字、數(shù)字顯示有靜止、移入、移出等顯示方式。為了完成這些預(yù)期要求，我查閱了很多資料，不斷向老師、同學(xué)請(qǐng)教，以確保設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)完整，能實(shí)現(xiàn)最完美的系統(tǒng)功能。經(jīng)過(guò)這幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，我們組吧Arduion板與光立方連接起來(lái)。沒(méi)有吧之前的預(yù)想全都是實(shí)現(xiàn)，但是我們已經(jīng)很努力了?？偟膩?lái)說(shuō)這次的實(shí)訓(xùn)完成我認(rèn)為很成功，不僅學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)，提高了我們的動(dòng)手能力， 512 個(gè) LED等的初期制作，讓我們學(xué)

14、會(huì)了仔細(xì)認(rèn)真有耐心的完成一件事，在焊接過(guò)程中我們懂得了動(dòng)手能力的重要性，在這次實(shí)訓(xùn)中豐富了我們的創(chuàng)新和創(chuàng)造的思維。 有點(diǎn)缺點(diǎn)就是時(shí)間有限不能更加深入和擴(kuò)展學(xué)習(xí)和研究、對(duì) C 語(yǔ)言的了解不是很透徹，不能修改程序。本來(lái)想加上藍(lán)牙的， 可是加上了不會(huì)給連接好就放棄了，這次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷讓我對(duì)Arduion 單片機(jī)的一些特征、 性能，以及應(yīng)用及原理有了深刻的了解，真正做到了學(xué)有所得、學(xué)有所用，可以說(shuō)獲益匪淺。但是總的來(lái)說(shuō)，由于我們的英文水平有限，以前也沒(méi)接觸過(guò)C 語(yǔ)言，更沒(méi)深入了解C語(yǔ)言，所以我們單片機(jī)項(xiàng)目的程序很難讀懂，導(dǎo)致這次的項(xiàng)目程序沒(méi)有修改好，這是很大的遺憾所以在設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)功能上難免有些不足之處。實(shí)訓(xùn)雖然結(jié)束了，但是學(xué)習(xí)仍在繼續(xù)。從這次的實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，我真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中， 要理論聯(lián)系實(shí)際， 把我