2。 课题总体设计

2。1 系统的工作原理

系统的工作原理是利用取模软件设计不同LED图形，然后将取模软件生成的代码加到单片机的控制程序，来控制512个红绿蓝发光二极管显示出预设的效果。整个系统可以分为三个模块，分别是控制模块、驱动电路模块、光立方显示模块。这三个模块协调运行，驱动模块给光立方系统提供电流，单片机控制系统通过控制LED灯不同时间亮暗达到产生不同图形和动画的效果。

图1 系统结构框图

2。2各模块方案选择

2。2。1单片机主控制模块

方案一：采用STC89C51单片机作为主控制芯片，此款单片机内存较小，适合程序较少的设计使用，而本次设计光立方所实现的功能较多，综合程序复杂需要内存更大的单片机，所以此方案不适合本次设计。论文网

方案二：采用STC12C5A60S2单片机，相比STC89C51来说，STC12C5A60S2单片机与其功能相同而拥有更大的储存空间，内部存储可达为60K[1]。不仅可以满足储存复杂程序的要求，而且相比前者运行更加流畅，抗干扰能力更强，更加适合本次设计。

2。2。2驱动模块

方案一：考虑使用8050NPN作为系统的驱动模块，但由于需要的数量较多，不利于排线和三极管布局，在焊接过程中容易出错，从而影响设计进程。

方案二：使用集成芯片ULN2803，ULN2803的前八个端口为输入端，后八个端口为输出端[3]，该芯片可提供较大电流，足以满足整个光立方系统中各个LED灯所需电流，并且此方案在排线上比较简化，使得系统体积缩小而功能变得强大，此方案更适合本设计。 

2。2。3显示模块

方案一：采用传统的LED灯，由于这种传统的LED灯灯光发散厉害[6]，相互之间影响很大，使得显示效果不好，所以需要寻找更加合适的LED灯代替传统的LED灯

方案二：采用红绿蓝的LED雾灯，此种LED灯明显改善了光线发散问题，各个LED灯相互之间影响小，暗灭很明显，成像清晰更加美观[7]。

3。 系统硬件电路设计与实现

3。1 硬件电路设计

硬件电路中主控芯片可选择方案较多，常见的有AVR高速8位单片机、出现相对较早的STC51系列单片机、ARDUINO 等[4]。在大学所学课程中对51系列的单片机更加熟悉，最后决定采用STC系列的STC89C5A60S2增强型单片机作为主控芯片。此系列增强型单片机内存大，可以满足存储光立方复杂程序的要求。考虑到电路的稳定性最终采用普通晶体时钟源为时钟发生器。显示系统是由512个红绿蓝三色雾灯共阴极连接形成。文献综述

3。2 单片机最小系统

单片机最小系统简单来说就是让单片机工作的最简单电路，让单片机工作起来必须有三个硬件条件：电源、复位、振荡。单片机的最小系统如下图2所示。

图2 单片机最小系统框图

3。2。1时钟电路

    首先先了解单片机时钟端口的使用和特点：

图3与图4分别为内部方式的的时钟电路和外部方式的时钟电路，将微调电容和石英晶体接XTAL1、XTAL2端口上可产生内部振荡电路，外部振荡信号采用12MHZ的方波，由XTAL1引入，XTAL2悬空[9]。来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-

          图3 内部方式时钟电路           图4 外部方式时钟电路

3。3 驱动模块的设计

系统的驱动用的是ULN2803达林顿管，为八重达林顿晶振管阵列，反向输出，该芯片可提供较大灌电流，用以驱动强大的电流负载。