51單片機(jī)控制的紅外遙控光立方的設(shè)計(jì)與制作

1、51單片機(jī)控制的紅外遙控光立方的設(shè)計(jì)與制作作者：吳特威來源：世紀(jì)之星交流版2016年第05期一、引言現(xiàn)代信息化社會(huì)高速發(fā)展，大屏幕向消費(fèi)類多媒體應(yīng)用滲透。數(shù)字化的多媒體內(nèi)容將在信息世界中占據(jù)主流，大屏幕顯示設(shè)備將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顯示設(shè)備成為中心。伴著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多的電子愛好者，對(duì)于光立方產(chǎn)生了很濃厚的興趣。有絕大部分的人把光立方研究作為一種職業(yè)，光立方的技術(shù)也在不斷的成熟，不僅具有了學(xué)習(xí)價(jià)值同時(shí)也具備了商業(yè)價(jià)值。光立方最早在2009年10月1日天安門廣場(chǎng)舉行的國慶聯(lián)歡晚會(huì)上面世，是一種基于LED發(fā)展基礎(chǔ)上所衍生的產(chǎn)物。目前國內(nèi)成功案例有很多效果也各有千秋，例如有顯示圖形圖案的，有顯示動(dòng)

2、態(tài)圖案的，還有的具有音頻AD效果等。一般都是主控采用STC12C5A60S2，驅(qū)動(dòng)采用74HC573以及ULN2803達(dá)林頓管。光立方主要是引用了LED外發(fā)光技術(shù)，我國LED經(jīng)過這幾年的發(fā)展，主要在華東，華北，華南區(qū)域形成了一批具有一定規(guī)模的企業(yè)，LED在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，技術(shù)推陳出新，目前約20余家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)在進(jìn)行LED的研究和開發(fā)，但與國外的差距還是比較大的。主要原因是目前在投入資金、設(shè)備和人才均無法和國外相比，而且研究機(jī)構(gòu)也相對(duì)的分散。但一些科研所如中國科學(xué)院物理所和長春光機(jī)與物理所、北京大學(xué)、石家莊十三所等單位也相繼展開了這方面的研究，并取得了可喜的進(jìn)步，不斷縮減與國外的差距。1.設(shè)

3、計(jì)的總體要求和方案選擇本次設(shè)計(jì)制作一個(gè)8*8*8的光立方，能通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)發(fā)光二極管的亮滅控制，從而可以顯示多種多樣的圖案。同時(shí)在這個(gè)基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，添加了紅外遙控模式。借鑒單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示的原理，通過系統(tǒng)分析，確定該系統(tǒng)具有哪些功能，哪些模塊，各個(gè)模塊之間是怎樣連接的，以及怎樣組合電路是最合理的，即硬件方案設(shè)計(jì)。編寫硬件電路的相應(yīng)軟件程序部分，利用仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試修改。電路系統(tǒng)焊接完畢后，測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)模塊的功能，看各個(gè)功能是否能正常運(yùn)行，并依據(jù)測(cè)試結(jié)果找出錯(cuò)誤加以調(diào)整至測(cè)試成功達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)要求。2. 光立方設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）初步整體方案的選擇和論證搜索和光立方關(guān)的相

4、關(guān)資料，參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定2套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較：第一套是以STC12C5A60S2為核心控制器件，以74HC595為驅(qū)動(dòng)芯片，LED選用512。第二是以C51為核心控制器件，以74HC573為驅(qū)動(dòng)芯片，LED同樣選用512。基于對(duì)C51的理解和節(jié)省成本的前提下，最終選定了第二套方案。（2）方案的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)第二套設(shè)計(jì)方案通過protel99se設(shè)計(jì)相應(yīng)的原理圖。同時(shí)進(jìn)行512LED的燈架焊接和最小系統(tǒng)的搭建。（3）軟件的編寫。根據(jù)硬件特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，再通過對(duì)“邵士媛，徐維祥.C語言程序設(shè)計(jì)”和“郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程”的查閱.軟件選用C語言編程。程序按功能分靜態(tài)，紅

5、外遙控等多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，然后按照所劃分的模塊一一編程，最后整合起來。（4）驗(yàn)證與測(cè)試。測(cè)試分為硬件測(cè)試，軟件測(cè)試和系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試。硬件測(cè)試：測(cè)試LED塔架的焊接，有無漏焊，虛焊，陽極陰極有無焊錯(cuò)，74HC573芯片的測(cè)試等。軟件測(cè)試：檢驗(yàn)程序的對(duì)錯(cuò)。統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試：檢測(cè)作品有無達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。（5）總結(jié)。設(shè)計(jì)作品完成后對(duì)設(shè)計(jì)過程中所遇到的困難，經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)分析。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)總體硬件選擇3D顯示屏核心控制器采用51單片機(jī)，單片機(jī)是集成了CPU、ROM、RAM和I/0口的微型計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制，且品種齊全，型號(hào)多樣CPU從8、16、32到64位，多采用R

6、ISC技術(shù)，片上I/O口豐富集成有A/D，PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。除此之外還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。電路電源直接采用5V電源、LED發(fā)光二極管選取單色藍(lán)光LED作為本次設(shè)計(jì)顯示色彩、I/O口擴(kuò)展芯片選取帶有有數(shù)據(jù)鎖存功能的74HC573芯片。二、系統(tǒng)總體軟件方案的選擇編輯語言采用簡(jiǎn)潔靈活，兼容性高，編譯簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高，對(duì)于循環(huán)使用方便的C語言三、光立方的制作1. 3DLED光立方工作原理利用單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示的原理和控制技術(shù)，來控制光立方顯示。通過編寫程序控制不同的LED顯示，顯示所要顯示的內(nèi)容。2.3DLED光立方的搭建（1）由點(diǎn)到線。準(zhǔn)備一塊洞洞板，一些排針做一

7、個(gè)簡(jiǎn)易的磨具所示，將折彎好的LED分別插入一排插入以后，其陽極正好可以搭接在一起，進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)共陽極的操做。（2）由線到面。將焊好的一條一條LED放在磨具上，實(shí)現(xiàn)共陰極的焊接。（3）由面到體。將垂直各面依次插到洞洞板上面，將露出的陽極引腳橫向折90，使其可以前后同一高度，最后稍微調(diào)整一下各個(gè)垂直面之間的間距，再通過漆包線實(shí)現(xiàn)各層的陰極相連。四、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。紅外遙控模塊由紅外發(fā)射和紅外接收兩部分組成，發(fā)射電路部分主要實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的編碼產(chǎn)生以及發(fā)射，接收電路部分主要實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的接收、解碼等。液晶顯示屏采用串口HMI，直接調(diào)用模塊。74HC573驅(qū)動(dòng)模塊

8、和74LS573的管腳一樣。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，它們能和LS/ALSSTTL輸出兼容。五、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用 C語言編寫，按照模塊化的思路設(shè)計(jì)程序。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示等。通過按鍵控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。主程序的工作流程圖如圖 1所示：圖1主程序工作流程圖六、系統(tǒng)檢測(cè)及結(jié)果分析硬件測(cè)試對(duì)照電路圖和實(shí)際線路檢查是否正確，包括錯(cuò)接、少接、多接等；用萬用表檢查焊接和接插是否良好：元器件之間是否存在短、二極管正負(fù)極有無弄反、電源地有無接錯(cuò)。將電源接入電路，用萬用表電壓檔檢測(cè)電源電壓，觀察有無異?，F(xiàn)象。如冒煙、異常氣味

9、、元器件發(fā)燙等。軟件測(cè)試在程序的編寫中用keil編寫，keil軟件可以生成.HEX文件我們用到的下載軟件是PROGISP這個(gè)軟件，這個(gè)軟件可以識(shí)別.HEX文件，只有.HEX文件可以寫入單片機(jī)。在程序的編寫過程中全是采用C語言編程。聯(lián)合測(cè)試將所有焊接好的模塊用杜邦線連接起來，載入程序觀察是否可以達(dá)到預(yù)計(jì)的效果。七、 結(jié)論本次設(shè)計(jì)預(yù)期要求：LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻，可顯示圖形或文字，而且顯示圖形或文字顯示穩(wěn)定、清晰無干擾。通過對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、紅外遙控模塊、液晶顯示屏模塊（HMI），74HC573驅(qū)動(dòng)模塊的添加，硬件件和軟件的運(yùn)行還算比較穩(wěn)定，所呈現(xiàn)的動(dòng)畫與程序中預(yù)期的效果吻合，符合設(shè)計(jì)的要求

10、然而本次設(shè)計(jì)還存在許多不足的地方和可以改進(jìn)的部分例如：還可以在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加音頻等功能，還可以在串口HIM的頁面設(shè)計(jì)上做的更好一點(diǎn)做到控制光立方每一個(gè)led的的亮滅，當(dāng)然，要增加這些功能51單片機(jī)的IO口是不足的，所以要用到其它開發(fā)板如89S52。參考文獻(xiàn)：1周靈彬，任開杰，張靖武.基于Proteus的電路與PCB設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2010.2邵士媛，徐維祥.C語言程序設(shè)計(jì).第2版.化學(xué)工業(yè)出版社，2006.3郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程.電子工業(yè)出版社.4陳強(qiáng).電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作.北京：電子工業(yè)出版社，2010.5關(guān)積珍.LED顯示屏發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)J.世界電子元器件.6鄭剛，李雨成。LED大屏幕顯示系統(tǒng)J.北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001.7李元生.LED光柱專用驅(qū)動(dòng)器J.家庭電子，2005.8文哲雄，用單片機(jī)控制