學期項目設(shè)計報告光立方

1、微控制器的應(yīng)用實訓學期項目設(shè)計報告完成日期： 2013 年 12 月 17 日目錄1摘要本設(shè)計制作出一個三維立體顯示圖案的lED 光立方。本產(chǎn)品不僅可以像發(fā)光二極管點陣一樣顯示平面的靜態(tài)或動態(tài)畫面，還可以顯示立體的靜態(tài)或動態(tài)畫面，打破了傳統(tǒng)的平面顯示方案。 同時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， 為將來顯示技術(shù)的進步和發(fā)展指導了方向，光立方顯示比發(fā)光二極管點陣更具有視覺效果，而且畫面圖案更加豐富多彩。本設(shè)計是用采為核心控制器，ATMga32PU擴展 I/O 口，完成硬件電路設(shè)計。通過軟件編程控制數(shù)據(jù)下載到單片機完成設(shè)計圖案的顯示。軟件采用自上而下的模

2、塊化設(shè)計思想，使系統(tǒng)朝著分布式、小型化方向發(fā)展，增強系統(tǒng)的可擴展性和運行的穩(wěn)定性。我們的光立方主要功能是在整體上實現(xiàn)畫面立體的顯示，實現(xiàn)動態(tài)的實時3D 顯示效果，同時可以根據(jù)要求改變程序的數(shù)組部分就可實現(xiàn)畫面的自主定義，也可自己寫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，也可實現(xiàn)圖形字母數(shù)字的來回變換，移動和交替的變換，達到不間斷的變換效果。2緒論中國 LED等從上個世紀 90年代初開始起步，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)在就讓我們來說說中國 LED顯示屏行業(yè)風風雨雨走過的20載。目前中國 LE

3、D顯示屏的產(chǎn)能遠遠大于市場需求，產(chǎn)能過剩明顯。 增長放緩也造成了目前LED顯示屏行業(yè)僧多粥少的局面。 價格將成為推動 LED顯示屏市場快速發(fā)展的第一要素。目前 LED顯示屏行業(yè)大打價格戰(zhàn)， 毛利率進一步下降的同時也削弱了廠商自身的盈利能力。目前 LED顯示屏產(chǎn)業(yè)的細分化程度非常高，不僅配件材料供應(yīng)格局穩(wěn)定，同時各項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 IC 、驅(qū)動電源四個方面。對絕大多數(shù)LED顯示屏廠商而言，并不擁有絕大部分核心技術(shù)以及專利。因此， LED顯示屏廠商很難通過技術(shù)革新實現(xiàn)快速發(fā)展，更多依靠穩(wěn)定的渠道或工程項目。

4、從目前的發(fā)展情況來看，渠道商或工程項目都成了LED 顯示屏廠商爭搶的稀缺資源。有實力的 LED顯示屏廠商都有著穩(wěn)定的渠道或者工程項目。由過億元 LED顯示屏廠商所構(gòu)成的上層格局已經(jīng)形成，新進廠商想要打開渠道不僅難度大，代價也很大。3 光立方項目方案由于剛接觸Arduino ，對它的認識還只是皮毛。學校安排的微控制器實訓，對我來說很有挑戰(zhàn)，我也很感興趣，我想到了做光立方，由于對著方面了解太少，所以我買的套件（圣源淘寶買的），PCB 板算是成品，我的能力暫時做不出來，請老師諒解! （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， 512 個 3mm霧面藍色 led ，另外用四個 led 做驅(qū)動板的墊腳！。硬件上的重點是 512 個 led 的焊接！焊接方法大體如下：1. 需要自制一個 led 搭接板，尺寸為 22.86*22.86 ，分為六十四個格，點與點的間距為 2.9 。3.2光立方的點陣部分，步驟：（1）先把 512 個 LED，負級全部彎成90 度(2）擺到搭建模版上，進行負極與 負極間的焊接，一共是8 列。(3) 歪曲正極 90 度，進焊接，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：焊好的 led 點陣插到 PCB板上用上位機 led 全亮指令，測試。3.4軟件：用 Arduino 編程軟件編程，也可利用上位機實現(xiàn)LED的焊接，把 2 個 LED的負極焊接在一起（注意焊接時候速度要快， 要不然溫度會損害LED.還有就是 LED的負極不要碰到正極）。彎曲的正極，要和負極間有一定的距離。全部的正極彎曲成90 度，至于負極的上層。注意！只要彎曲 7 列就可以了，最后一列不用彎曲。（最后用來連接層用的）測試 led 點陣，用上位機測試，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是CPU，即中央處理單元，是

7、計算機的核心部分，計算機完成的每一件工作，都是在它的指揮和干預下完成的。計算機配置的CPU的型號實際上代表著計算機的的基本性能水平4.2LED 燈：即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。本項目所需是藍色LED燈。4.3PCB 板：就是印刷電路板（ Printed circuit board，PCB）。它幾乎會出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當中。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、提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著電子設(shè)備越來越復雜，需要的零件自然越來越多，PCB上頭的線路與零件也越來越密集了。裸板（上頭沒有零件）也常被稱為 印刷線路板 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小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處掉，留下來的部分就是變成網(wǎng)狀的細小線路了。這些路被稱作導線（conductorpartern ）或稱布線，并用來提供PCB上零線的電路連接。通常 PCB的顏色都是綠色或棕色，這是阻焊漆（soldermask）的顏色。是絕緣的防護層，可以保護

9、銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上還會印刷上一層絲網(wǎng)印刷面（ silkscrccn ）。通常在這上面會印上文字符號（大多是白色的），以標示出各零件在板子上的位置。絲網(wǎng)印刷面也被稱作圖標面（legend ）。4.4Arduion板：Arduino是一塊基于開放源代碼的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），并且具有使用類似 Java,C語言的 IDE 集成開發(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 的平臺的參考標準模板。 UND的處理器核心是ATmega328，同時具有 14 路數(shù)字輸入 / （其中 6 路可作為PWM輸出），一個 16MHZ晶體振蕩器， USB口，一個電源插座，一個ICSP header 和一個復位按鍵。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，此模塊已寫入通信協(xié)議，切不可 寫入任何程序！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)計上位機、 led edit控制軟件， led gameserver游戲控制軟件。本次所用的三個軟件必須

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

12、，第四行一豎排都不亮， 第二行一豎排只有兩個亮， 第二豎排是因為焊接的不牢斷開了，第四排是驅(qū)動模塊引腳虛焊。3. 在利用外接 arduino uno 板控制時，出現(xiàn)無法控制現(xiàn)象，解決方法為，去掉通信模塊，單獨控制。4. 利用電腦軟件和通信模塊控制時，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， 導致光立方點陣的燈出現(xiàn)受損現(xiàn)象， 經(jīng)更換效果正常7 設(shè)計總結(jié)今年我們開的課程與以后的工作有著緊密的關(guān)聯(lián)，這一學期我們進行了為期兩周的單片機實訓，它是對我們所學知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，有為今后走向社會的實際操作應(yīng)用鑄就了一個良好的開端。這次實訓我們組選擇的實訓選題是

13、：LED光立方景觀燈，基于單片機的8*8*8 的光立方的設(shè)計。本次的設(shè)計預期要求：LED顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示或圖形和簡單文字、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。為了完成這些預期要求，我查閱了很多資料，不斷向老師、同學請教，以確保設(shè)計的電路系統(tǒng)完整，能實現(xiàn)最完美的系統(tǒng)功能。經(jīng)過這幾個月的學習，我們組吧Arduion板與光立方連接起來。沒有吧之前的預想全都是實現(xiàn)，但是我們已經(jīng)很努力了?？偟膩碚f這次的實訓完成我認為很成功，不僅學到了許多課本上學不到的知識，提高了我們的動手能力， 512 個 LED等的初期制作，讓我們學

14、會了仔細認真有耐心的完成一件事，在焊接過程中我們懂得了動手能力的重要性，在這次實訓中豐富了我們的創(chuàng)新和創(chuàng)造的思維。 有點缺點就是時間有限不能更加深入和擴展學習和研究、對 C 語言的了解不是很透徹，不能修改程序。本來想加上藍牙的， 可是加上了不會給連接好就放棄了，這次實訓設(shè)計的經(jīng)歷讓我對Arduion 單片機的一些特征、 性能，以及應(yīng)用及原理有了深刻的了解，真正做到了學有所得、學有所用，可以說獲益匪淺。但是總的來說，由于我們的英文水平有限，以前也沒接觸過C 語言，更沒深入了解C語言，所以我們單片機項目的程序很難讀懂，導致這次的項目程序沒有修改好，這是很大的遺憾所以在設(shè)計思路和實現(xiàn)功能上難免有些不足之處。實訓雖然結(jié)束了，但是學習仍在繼續(xù)。從這次的實訓過程中，我真正的意識到，在以后的學習中， 要理論聯(lián)系實際， 把我