音频同步3d光立方显示控制与实现【字数：9276】
摘 要本次设计的是一个LED光立方模型，这次设计的模型是以著名的广州小蛮腰-广州塔为原型设计的。并且采用STC12C5A60S2单片机实现对整个模型的控制，STC12C5A60S2单片机是STC系列单片机中的一种 ，它是原先的51单片机发展而来的。相比于老式的51单片机STC系列单片机更为简便，耗电等各方面都更胜一筹，更加强大在目前来说用途比较广泛，本次设计就是利用单片机控制点阵的特性，来实现对整个小蛮腰光立方的控制效果。整个塔身LED会随着音乐不断变换造型，以此实现光立方跳舞的效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3设计内容及章节安排 1
1.3.1设计主要内容 1
1.3.2章节安排 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1主要任务 3
2.2总体方案设计 4
2.3系统硬件总体方案选择 4
2.3.1核心控制器选择 4
2.3.2 LED发光显示二极管 5
2.3.3硬件电路绘图软件 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1单片机 7
3.2电源供电系统设计 9
3.3驱动电路设计 9
3.4光立方的制作及工作原理介绍 12
3.4.1 3D LED光立方搭接 12
3.4.2音频同步3D光立方工作原理 15
第四章 系统软件方案设计 16
4.1软件分析方法 16
4.2音频处理 16
4.3编程思路 17
第五章 检测与调试 20
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
附录A PCB板图 25
附录B 频谱程序 26
附录C 硬件表 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景与意义
将LED和立方体相结合构成的光立方它具有美观，装饰，趣味等一系列特性，尤其是在当今的街道上，建筑上，家庭装修上起到美化装饰的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
作用。就拿广州标志性的建筑小蛮腰来说，现已俨然成为广州的地标[1]如此美的建筑怎能不让人心动。而且通过我们结合所学的单片机点阵显示技术，也能做出广州塔的美。我们采用STC12C5A60S2 单片机来作为整个光立方的核心模块，有利于加强我们对于STC系列单片机的学习和运用[2]。
1.2国内外研究现状
在国内来说光立方已经十分常见了，无论是在街道上，家里装修，建筑上随处都可以看见它的身影。例如广州的标志性建筑小蛮腰周身就是装饰的LED灯管远远看去闪闪发光的。并且在前几年的一次国庆晚会上就用到了光立方的技术，当时会场用4028棵发光树组成了一个巨大的正方形光立方体。光立方惟妙惟肖会随着音乐的不断变化起舞，让人赏心悦目。
就目前来说光立方还是有很多的局限性，就比如每个LED灯之间的间距太大使得其效果不美观，并且很多复杂好看的图案无法用单一的LED灯组成的光立方来显示。这就导致了目前国内市场对于光立方的使用不够普遍。但是随着技术的发展相信未来光立方可以实现裸眼3D的效果，如增加到1080级别那样可以实现显示功能大大方便人们的生活。并且光立方用在别的领域还能起到不一样的体验，这都有待我们去开发和探索。
1.3设计内容及章节安排
1.3.1设计主要内容
音频同步3D光立方的硬件设计：LED灯的焊接，小蛮腰模型的构建，STC12C5A60S2 单片机的核心模块设计。
音频同步3D光立方的软件设计：整个模型控制LED亮灭的程序设计，
小蛮腰塔音乐驱动的程序设计。
（3）光立方对于音频同步功能的实现。
（4）整个模型的硬件功能测试，软件设计的分析。
1.3.2章节安排
这次音频同步3D光立方的论文设计共分为五个章节
第一章：绪论，主要是对课题研究的背景与意义，国内外研究现状，论文设计的主要内容这几个方面的介绍。
第二章：整个音频同步3D光立方的总体布局和设计，以及多个方案间的对比和选择，最终采用的方案介绍。
第三章：介绍系统所用的STC12C5A60S2单片机的功能，以及利用它设计核心驱动模块的介绍。
第四章：光立方软件部分的设计，包括LED灯亮灭的控制点阵的布局，如何利用程序实现音频同步的功效
第五章：在整个软硬件系统完成后对其进行调试测试。
第二章 系统总体方案设计
整个音频同步3D光立方共分为三个模块：核心控制模块，显示模块，驱动模块。研究总体框图如图21所示
图21 研究总体框图
2.1主要任务
这次对于音频同步3D光立方的设计是建立在STC12C5A60S2单片机的基础上的，所以我们对于STC系列单片机需要有一定的了解和初步的掌握。另外还需要了解到光立方的相关知识，DXP和autoCAD这些软件的运用。具体方法如下所示：
1.查阅相关资料初步光立方制作的整个流程安排，并和指导老师沟通完善自己的初步构想。
2.熟悉STC12C5A60S2单片机，以及版图的设计，程序设计要用到的软件。
3.测试并完善设计作品，发现的问题及时与导师沟通。在设计中勇于创新，敢于发现自己身上存在的问题。
2.2总体方案设计
首先要考虑的是光立方音频同步功能的实现，先由单片机上的音乐控制模块采集到外界的声音，然后由单片机的ADC处理。经过傅氏运算来处理收集到的不同音乐，以此来实现光立方会随着不同的音乐“跳舞”的效果。
系统总体结构图如图22所示。
图22 系统总体结构图
2.3系统硬件总体方案选择
2.3.1核心控制器选择
方案一：单片机
单片机，是一种小型的计算机系统。它是一种集成电路芯片，由好多细小的模块构成。单片机集成了如中央处理单元（CPU）、各种存储器（EPROM、EEPROM、Flash ROM、ROM和RAM等）、各种输入/输出接口（串行I/O、A/D转换接口、定时/计数器和并行I/O口等）等[5]。
单片机的用途十分广泛，它广泛运用于企业生产，科技制作，电子产品开发。诸如电子设备手机，电视，电脑等都是由一块一块单片机构成。现今社会主要用的单片机有51系列，还有STC系列，Arm系列等等[6]，我们这次设计用到的就是其中STC系列的单片机STC12C5A60S2，随着时代的不断发展单片机越来越得到普及，就连小孩子的玩具中也随处可见单片机的身影[7]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3设计内容及章节安排 1
1.3.1设计主要内容 1
1.3.2章节安排 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1主要任务 3
2.2总体方案设计 4
2.3系统硬件总体方案选择 4
2.3.1核心控制器选择 4
2.3.2 LED发光显示二极管 5
2.3.3硬件电路绘图软件 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1单片机 7
3.2电源供电系统设计 9
3.3驱动电路设计 9
3.4光立方的制作及工作原理介绍 12
3.4.1 3D LED光立方搭接 12
3.4.2音频同步3D光立方工作原理 15
第四章 系统软件方案设计 16
4.1软件分析方法 16
4.2音频处理 16
4.3编程思路 17
第五章 检测与调试 20
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
附录A PCB板图 25
附录B 频谱程序 26
附录C 硬件表 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景与意义
将LED和立方体相结合构成的光立方它具有美观，装饰，趣味等一系列特性，尤其是在当今的街道上，建筑上，家庭装修上起到美化装饰的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
作用。就拿广州标志性的建筑小蛮腰来说，现已俨然成为广州的地标[1]如此美的建筑怎能不让人心动。而且通过我们结合所学的单片机点阵显示技术，也能做出广州塔的美。我们采用STC12C5A60S2 单片机来作为整个光立方的核心模块，有利于加强我们对于STC系列单片机的学习和运用[2]。
1.2国内外研究现状
在国内来说光立方已经十分常见了，无论是在街道上，家里装修，建筑上随处都可以看见它的身影。例如广州的标志性建筑小蛮腰周身就是装饰的LED灯管远远看去闪闪发光的。并且在前几年的一次国庆晚会上就用到了光立方的技术，当时会场用4028棵发光树组成了一个巨大的正方形光立方体。光立方惟妙惟肖会随着音乐的不断变化起舞，让人赏心悦目。
就目前来说光立方还是有很多的局限性，就比如每个LED灯之间的间距太大使得其效果不美观，并且很多复杂好看的图案无法用单一的LED灯组成的光立方来显示。这就导致了目前国内市场对于光立方的使用不够普遍。但是随着技术的发展相信未来光立方可以实现裸眼3D的效果，如增加到1080级别那样可以实现显示功能大大方便人们的生活。并且光立方用在别的领域还能起到不一样的体验，这都有待我们去开发和探索。
1.3设计内容及章节安排
1.3.1设计主要内容
音频同步3D光立方的硬件设计：LED灯的焊接，小蛮腰模型的构建，STC12C5A60S2 单片机的核心模块设计。
音频同步3D光立方的软件设计：整个模型控制LED亮灭的程序设计，
小蛮腰塔音乐驱动的程序设计。
（3）光立方对于音频同步功能的实现。
（4）整个模型的硬件功能测试，软件设计的分析。
1.3.2章节安排
这次音频同步3D光立方的论文设计共分为五个章节
第一章：绪论，主要是对课题研究的背景与意义，国内外研究现状，论文设计的主要内容这几个方面的介绍。
第二章：整个音频同步3D光立方的总体布局和设计，以及多个方案间的对比和选择，最终采用的方案介绍。
第三章：介绍系统所用的STC12C5A60S2单片机的功能，以及利用它设计核心驱动模块的介绍。
第四章：光立方软件部分的设计，包括LED灯亮灭的控制点阵的布局，如何利用程序实现音频同步的功效
第五章：在整个软硬件系统完成后对其进行调试测试。
第二章 系统总体方案设计
整个音频同步3D光立方共分为三个模块：核心控制模块，显示模块，驱动模块。研究总体框图如图21所示
图21 研究总体框图
2.1主要任务
这次对于音频同步3D光立方的设计是建立在STC12C5A60S2单片机的基础上的，所以我们对于STC系列单片机需要有一定的了解和初步的掌握。另外还需要了解到光立方的相关知识，DXP和autoCAD这些软件的运用。具体方法如下所示：
1.查阅相关资料初步光立方制作的整个流程安排，并和指导老师沟通完善自己的初步构想。
2.熟悉STC12C5A60S2单片机，以及版图的设计，程序设计要用到的软件。
3.测试并完善设计作品，发现的问题及时与导师沟通。在设计中勇于创新，敢于发现自己身上存在的问题。
2.2总体方案设计
首先要考虑的是光立方音频同步功能的实现，先由单片机上的音乐控制模块采集到外界的声音，然后由单片机的ADC处理。经过傅氏运算来处理收集到的不同音乐，以此来实现光立方会随着不同的音乐“跳舞”的效果。
系统总体结构图如图22所示。
图22 系统总体结构图
2.3系统硬件总体方案选择
2.3.1核心控制器选择
方案一：单片机
单片机，是一种小型的计算机系统。它是一种集成电路芯片，由好多细小的模块构成。单片机集成了如中央处理单元（CPU）、各种存储器（EPROM、EEPROM、Flash ROM、ROM和RAM等）、各种输入/输出接口（串行I/O、A/D转换接口、定时/计数器和并行I/O口等）等[5]。
单片机的用途十分广泛，它广泛运用于企业生产，科技制作，电子产品开发。诸如电子设备手机，电视，电脑等都是由一块一块单片机构成。现今社会主要用的单片机有51系列，还有STC系列，Arm系列等等[6]，我们这次设计用到的就是其中STC系列的单片机STC12C5A60S2，随着时代的不断发展单片机越来越得到普及，就连小孩子的玩具中也随处可见单片机的身影[7]。
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