基于AT89C52的光立方設(shè)計(jì)

危鑫++陽(yáng)泳++孟陽(yáng)

摘 要：該文研究了基于AT89C52的光立方設(shè)計(jì)，采用8片74HC573作為面驅(qū)動(dòng)器件，1片ULN2803作為層驅(qū)動(dòng)器件，驅(qū)動(dòng)8×8×8LED點(diǎn)陣，可顯示任意立體圖形和3D動(dòng)態(tài)效果。

關(guān)鍵字：光立方 74HC573 AT89C52 ULN2803

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（b）-0023-01

在顯示技術(shù)迅速發(fā)展的今天，“光立方”是一種新興的電子產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于金融、展覽、演出和體育活動(dòng)等方面。該文研究了采用藍(lán)燈霧狀散光LED作為顯示載體，AT89C52作為控制平臺(tái)，74HC573作為L(zhǎng)ED面驅(qū)動(dòng)器件，ULN2803作為層驅(qū)動(dòng)器件，為實(shí)現(xiàn)3D視覺效果提供了硬件支持。

1 總體設(shè)計(jì)方案

單元電路采用以二維8×8的LED驅(qū)動(dòng)電路，每一面的LED燈分8次來(lái)控制，對(duì)每一面的數(shù)據(jù)分時(shí)段進(jìn)行刷新，以產(chǎn)生立體顯示效果。

該系統(tǒng)使用一片AT89C52單片機(jī)作為控制核心，用8片74HC573作為面驅(qū)動(dòng)芯片，用一片ULN2803作為層驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)8×8×8三維LED點(diǎn)陣（即512個(gè)LED）實(shí)現(xiàn)圖形穩(wěn)定顯示，動(dòng)態(tài)快速變化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 MCU主控模塊

該系統(tǒng)的主控芯片使用的是AT89C52，它帶有512字節(jié)RAM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器和8K Flash程序儲(chǔ)存器，8位的I/O口有4組，對(duì)運(yùn)行速度的要求，配置12MHZ晶振即可滿足。

由于這種設(shè)計(jì)對(duì)MCU要求不高，使用普通的單機(jī)片就可以完成設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)與制作也方便，成本不高。該設(shè)計(jì)只用了24只腳，還剩下8個(gè)端口方便以后的擴(kuò)展。

2.2 光立方工作原理

512個(gè)藍(lán)色散光LED組成了光立方，分8層，每層64個(gè)（8×8）LED，LED之間相互都間隔了一定距離，通透性比較好，其三維顯示效果是通過(guò)LED矩陣自身的空間立體性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體的連接方式為：每一層的64個(gè)LED陽(yáng)極連起來(lái)，再連接74HC573，將縱向同列的8個(gè)LED的陰極連起來(lái)，接到鎖存器組成的列控制模塊的輸出端。一共有64個(gè)列單元在光立方中。

面驅(qū)動(dòng)電路和層驅(qū)動(dòng)電路是光立方掃描驅(qū)動(dòng)電路的兩大類。層掃描信號(hào)通過(guò)層驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生后，由74HC573驅(qū)動(dòng)選通或關(guān)閉與每一層LED陽(yáng)極，連接豎直方向同列的LED的陰極，再分別連接到8個(gè)鎖存器（74HC573）的輸出端，當(dāng)選通LED層，且鎖存器處于低輸出時(shí)，就會(huì)點(diǎn)亮相應(yīng)的LED。將光立方的空間圖像信息按8層分，每層的數(shù)據(jù)信號(hào)由面驅(qū)動(dòng)電路依次送到選通的LED列上面，由8個(gè)8bit的鎖存器來(lái)分時(shí)控制每層的64個(gè)LED，分時(shí)選通8個(gè)鎖存器時(shí)采用I/O端口，鎖存器中輸入進(jìn)每層的控制數(shù)據(jù)后，利用層選信號(hào)對(duì)相應(yīng)層進(jìn)行選通，8層在一個(gè)周期內(nèi)一次掃完，因?yàn)槿搜鄣囊曈X停留時(shí)間要比這一個(gè)周期的時(shí)間長(zhǎng)，因而一幅完整的立體圖案就呈現(xiàn)在人們的眼中了。這樣一來(lái)要分時(shí)控制512個(gè)LED可通過(guò)使用15個(gè)I/O擴(kuò)展口來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用這種工作原理，使光立方平臺(tái)上靜態(tài)畫面和動(dòng)畫的效果得以實(shí)現(xiàn)。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)在主程序首先完成系統(tǒng)初始化，則根據(jù)各參變量已有的數(shù)值，對(duì)功能模式進(jìn)行相應(yīng)的選擇，進(jìn)入對(duì)應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)處理子函數(shù)或者其他功能子函數(shù)。再把經(jīng)過(guò)處理的圖形數(shù)據(jù)寫進(jìn)74HC573，這樣最終顯示效果的變化就完成了。

4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

基于二維顯示，通過(guò)人眼的視覺停留效應(yīng)以及真實(shí)的3D空間排列的LED點(diǎn)陣，使光立方3D顯示效果能夠達(dá)到。音樂立方動(dòng)態(tài)顯示以及圖像立體靜態(tài)顯示可由該系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且真正意義上的三維顯示在動(dòng)態(tài)顯示的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了，具有很高的實(shí)用價(jià)值。不過(guò)，該設(shè)計(jì)仍存在很多的不足且需要改進(jìn)，例如受限于硬件資源，光立方?jīng)]有很高的分辨率，僅對(duì)一些簡(jiǎn)單的動(dòng)畫和圖像進(jìn)行顯示。另外，目前只能顯示單色，因此可以從全彩LED顯示方面進(jìn)行改進(jìn)。若要在比較大型的場(chǎng)所使用，則要按所給的設(shè)計(jì)方案擴(kuò)展相應(yīng)的外圍電路，這樣就可以達(dá)到目的。

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