灯立方

测控技术课程设计报告书

题目：3*3*3灯立方的设计

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3*3*3灯立方的设计

一、 设计目的

1. 通过实验设计，了解灯立方工作原理的原理；

2. 利用模块化和Proteus工程软件，锻炼用所学知识解决实际问题的能力；

3. 培养电路系统的调试能力与电路分析，故障处理能力；

4. 增强动手实践能力，学会在遇到困难时能够主动解决问题的能力。 二、 设计要求

1.要求进行方案论证,说明工作系统的工作原理.

2.要求设计控制系统的硬件电路,给出电路原理图和原器件清单.

3.要求给出软件流程图并编写程序源代码。 4.完成系统的调试，给出调试结果并分析。 三·设计器材 如表1.1所示。

器件名称 STC89C52 LED灯 74HC573 电阻 电容 晶振 表1.1 数量 1个 27个 3个 8.2K 1个 10uf 1个 30pf 2个 11.0592MHz 1个 四．灯立方系统的原理

单片机控制锁存器使能端le，使得锁存器输出按照程序设计输出

电压变化，从而控制LED灯的闪烁方式，已达到预期实验目的。 五、设计方案及分析 5.1单片机STC89C52

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

1.时钟电路

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图5.1.2(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。

外部方式的时钟电路如图5.1.2（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。

（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路

图5.1.2 时钟电路

本系统的时钟电路采用图5.1.2（a）外接晶振的内部方式时钟电路

2.复位及复位电路 （1）复位操作

复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。

（2）复位信号及其产生

RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。

复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图5.1.3（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图5.1.3

（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，

其电路如图5.1.3（c）所示：

（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位

图5.1.3 复位电路

本系统的复位电路采用图5.1.3（a）上电复位方式。

单片机在RESET端加一个大于20ms正脉冲即可实现复位。在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即RC20ms。一般取R1K，C22uF。当人按下按钮S1时，使电容C1通过R1迅速放电，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复位。R1一般取200。 5.3锁存输出电路

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。

单片机P1.0-P1.2口控制锁存器锁存使能端LE电压变化，从而控

制锁存器输出端Q0-Q7的变化

5.4软件设计及仿真图 5.4.1主程序流程

软件设计包括各个模块的驱动程序的而设计，主程序软件的设计，控制算法的设计，控制算法的实现，控制设置程序等。 汇编程序如下：

ORG 0000H

LJMP LOOP D100ms: MOV R5,#100 D1ms: MOV R4,#249 DL: NOP NOP DJNZ R4,DL DJNZ R5,D1ms RET

LOOP: MOV R7,#00H MOV P1,R7 MOV P2,#00H MOV A,P2 INC A INC R7 MOV P2,A MOV P1,R7

LCALL D100ms INC A INC R7 MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#04H MOV R7,#04H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#04H MOV R7,#01H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms DEC A DEC A INC R7 MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms

DEC A MOV R7,#04H MOV P2,A

MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#07H MOV R7,#02H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV R7,#05H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#02H MOV R7,#01H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#05H MOV R7,#02H MOV P2,A

MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#07H MOV R7,#04H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#07H MOV R7,#01H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#05H MOV R7,#02H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#02H MOV R7,#04H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms

MOV R6,#3 MOV A,#31H;正转 MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#32H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#34H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#2CH MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#1CH

MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#1AH MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#19H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#29H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#2AH MOV R7,#07H MOV P2,A

MOV P1,R7 LCALL D100ms DEC R3

MOV A,#29H;逆转 MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#19H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#1AH MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#1CH MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7

LCALL D100ms MOV A,#2CH MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#34H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#32H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#31H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#2AH

MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms

MOV A,#17H;“||-->|形式” MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#2FH MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms MOV A,#17H MOV R7,#07H MOV P2,A MOV P1,R7 LCALL D100ms LJMP LOOP END

5.4.2仿真图 如下图所示。

5.4.3实物图

六、测试结果

接通+5V电源后灯立方开始按预定方式变化，但由于焊接疏忽第一层方向与其他两层不同，致使闪亮结果有缺陷。 七、问题分析与解决方法

1.焊接完成后灯立方闪亮维持一种方式不变，经过测试焊接点之间电流电压状况确认焊接正常，便怀疑单片机是坏的。询问老师，老师认为我们的判断无证据，需按照一定方法才能判断。最终在老师的指导下判断单片机是坏的，更换之后故障解除。

2.焊接时不小心将以锁存器管脚弄断，本想用焊锡引出管脚，但由于

技术限制，没能实现，最后找实验室同学要了一个。 八、实验心得：