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作者：德州学院 郑光辉 狄素素 朱承晶

指导教师：张秀梅 赵庆福

　　作品简介

　　本作品利用现有的蓝牙设备，结合自行设计的Andirod软件和自行集成的数字与英文字符，用手机作为终端方便的切换显示效果以及显示内容的个性化设置，更好的展示了3D视觉效果。

　　三、结构说明

　　本设计通过光立方实现3D动态显示，系统由五部分组成，分别是核心处理、辅助控制、驱动电路、显示部分、无线通信。IAP15F2K61S2单片机作为核心处理部分，驱动部分采用uln2803八重达林顿管驱动和74hc573作为I/O扩展。显示部分是由512个LED组成的8*8*8光立方，长14cm,宽14cm，高14cm。采用蓝牙作为无线通信部分。

　　四、功能说明

　　基本功能可实现英文，数字，动画的显示。本作品在此基础上添加了LOGO的呼吸效果，另外控制部分采用Andirod手机通过蓝牙对光立方进行控制，只要拥有本设计的Andirod软件便可方便的对光立方进行控制，诸如：LOGO的展示，字母与数字的显示，动画的播放方式，频谱的展示方式等，并且多种显示模式可切换，显示内容可个性化设置。

　　字体显示部分，可显示26个英文字母和10个数字，以及五种意想不到的可切换字幕显示模式。

　　动画部分可实现几种超炫的动画，如方块旋转，光标，心跳，雨滴等

　　频谱部分有五种可切换音柱显示模式动感十足。

　　五、使用说明

　　首先使用USB接口给光立方供电，然后打开手机蓝牙点击“匹配CUBE”开始匹配光立方的蓝牙，最后链接。

　　点击“呼吸灯”，即可显示呼吸灯的效果。

　　在动画处可选择不同的动画或所有动画。

　　字幕部分可输入字符，然后选择显示方式，即可显示。

　　音柱显示可选5种模式显示。

　　手机控制界面如图2所示。

　　六、作品特色

　　1. 3D动态显示效果逼真，内容丰富，模式多样化。

　　2. 多种显示模式可切换，显示内容可个性化设置。

　　3. 英文和数字两种字符可满足信息需求。

　　4. 五种音柱模式显示动感十足。

　　5. 有手机作为终端方便的切换显示模式以及显示内容的个性化设置。

　　平台选型说明

　　本次设计我们采用单片机IAP15F2K61S2作为核心控制平台。具有如下特点

　　1.61K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上

　　2.片内大容量2048字节的SRAM;

　　3.共8通道10位高速ADC，速度可达30万次/秒，3路PWM还可当3路D/A使用

　　4.内部高精度R/C时钟，内部时钟从5MHZ~35MHZ可选，相当于普通8051的60MHZ~420MHZ;

　　设计说明

　　一、设计原理

　　本设计通过8*8*8光立方实现3D动态显示，单片机IAP15F2K61S2作为核心功能实现层，Andirod手机作为控制层，让IAP15F2K61S2和Andirod手机共同遵循本组设计的控制协议。Andirod手机通过蓝牙通讯、以及给光立方发送命令。单片机根据编写好的内容指令通过I/O扩展后驱动8*8*8LED光立方显示屏。在PWM调光的基础上实现呼吸灯，采用逐帧扫描的做法实现动画，自行设计一套数字与字母的字库用于字幕显示，采用快速傅里叶变换提取音频。用手机作为终端切换显示模式以及显示内容的个性化设置。

　　二、设计方案

　　2.1系统设计总体概述

　　系统大致分成核心控制、显示驱动、显示部分、无线通信四部分。核心控制包括51系统MCU。在整个电路中它负责控制整个电路以及相应的程序运行、与Andirod手机的蓝牙通讯、以及给光立方发送命令。单片机根据编写好的内容指令通过I/O扩展后驱动8*8*8LED光立方显示屏。本次设计将以此方案为指导思想展开具体的硬件电路设计。显示电路采用动态扫描方式进行显示时，每列有一个列驱动器，各列的同名行共用一个驱动器。由单片机给出的行选通信号，从第一列开始，按顺序依次对各列进行行列扫描选通，根据锁存器的特性可以把数据锁存输出。这样就可以把八列的数据输出显示，完成列数据线的传送。另一方面，根据各列层面要显示的数据，通过三极管驱动继电器来控制相应层面的电平，列与层面的数据结合共同来显示图案和音乐频谱。总系统框图如图3所示

　　图3

　　2.2硬件模块的设计

　　2.2.1驱动模块设计

　　驱动部分使用了熟悉的74HC573，其优点有1.高阻态，就是输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态;在这种状态下,可以多个芯片并联输出2.数据锁存;当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持;3.数据缓冲、加强驱动能力。由于灯的个数比较多，因此所需要的电流相对也比较大，所以选uln2803。uln2803的1~8脚接主控芯片的P1口(1~8脚)，数据由主控芯片P2口输入经uln2803从11~18脚输出，实现通过uln2803来驱动每一层。每个573的2~9脚(数据输入)都连接在一起连接到主控芯片的P0口(32~39脚)，数据从主控芯片P0口输送到573，573的1脚是3态输出使能输入(低电平)一般都与地相接，573的11脚(锁存使能输入)都连接在一起连接到主控芯片的P2口(21~28脚)作为锁存器。当573的11脚为高电平和2~9脚为高电平时，573的12~19脚(3态锁存输出)为高电平，驱动一竖面的灯亮，当11脚为高低平、2~9脚为低电平时，573的12~19脚则就为低电平，从而灯灭，当11脚为低电平时，2~9脚不管高低电平，12~19脚的输出不变。主控芯片通过573+uln2803来驱动控制哪竖面的哪一层的哪一个灯

　　由于驱动电压为5V,LED灯耐压值为3.0~3.2V。允许流过LED灯的最大电流为20MA。

　　R=V/I;

　　=2.0/20=100Ω;

　　故限流电阻最小为100Ω。因此我们选用150Ω的电阻。

　　2.2.2控制模块

　　单片机IAP15F2K61S2作为核心功能实现层，安卓手机作为控制层，实现了人在远距离通信。只要是安卓系统且有手机蓝牙，便可控制，非常方便。而且蓝牙比WIFI,ZIGBEE省电，实现了低功耗设计。蓝牙通信实现安卓手机与IAP15F2K61S2进行通信从而控制整个电子系统，让IAP15F2K61S2和Andirod手机共同遵循本组设计的控制协议。为此自行设计了安卓软件。

　　2.2.3显示模块的设计

　　我们选用2*3*4的方形雾状蓝色LED灯作为显示器件，显示电路采用层共阴，束共阳的方案，即每层64个灯等共阴，每一束8个灯共阳的做法，灯间距为2cm，采用 18*30 规格的洞洞板作为光立方的底座。

　　2.2.4 声音采集模块的设计

　　电脑输出的声音信号是1V以下，而单片机自带10位AD,它的分辨电压大约达到4.8mv，因此仅使用音频口差分器件就可以对声音信号进行采集。

　　2.2.5 无线通信模块的设计

　　采用蓝牙通信实现安卓手机与IAP15F2K61S2进行通信从而控制整个光立方，使光立方形象的展示了LOGOD的呼吸效果，实现了5种英文与数字字幕，8类动画显示，5种音乐频谱的显示

　　2.2.6系统原理图

　　单片机IAP15F2K61S2作为核心功能实现层，Andirod手机作为控制层，让IAP15F2K61S2和Andirod手机共同遵循本组设计的控制协议。Andirod手机通过蓝牙通讯、以及给光立方发送命令。单片机根据编写所示好的内容指令通过I/O扩展后驱动8*8*8LED光立方显示屏。系统原理图如图5

　　2.3软件的设计

　　用手机向单片机发送指令让单片机PWM实现呼吸灯，5种英文与数字字幕显示方式，单片机集成了自行设计的英文与数字字库，8类动画显示，5种音乐频谱显示模式。流程图如图6所示

　　图6

　　2.3.1单片机的PWM呼吸灯实现

　　本作品所设计的呼吸灯是在PWM调光的基础上是实现的，实质是利用了人眼的视觉暂留，在人眼所能分辨的时间片内对脉冲宽度进行积分，假设每个时间片是一个点，绘制在坐标轴上，将得到一条正弦曲线。本作品中的LOGO展示部分是一个立体字符，所以对单片机

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