LED光立方的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龍勝各族自治縣龍勝中學(xué) 劉時(shí)濤

1.引言

LED顯示技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前已基本形成了一批具有競(jìng)爭(zhēng)力的大中型骨干企業(yè)。依托LED顯示技術(shù)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)?；l(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品也不斷推陳出新，在某些技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。作為我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國(guó)內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。本文旨在設(shè)計(jì)一個(gè)8×8×8的三維發(fā)光二極管立方顯示體，并通過(guò)終端程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意發(fā)光二級(jí)管的亮滅控制，從而達(dá)到顯示各種圖案的效果。同時(shí)，可以通過(guò)采用不同的顯示模式來(lái)增強(qiáng)顯示效果。常用的顯示模式包括靜態(tài)顯示模式和動(dòng)態(tài)顯示模式兩種。靜態(tài)顯示模式程序簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；而動(dòng)態(tài)顯示模式按照顯示的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)又可以分為旋轉(zhuǎn)、平移、閃爍、縮放等多種顯示模式[1-3]。本文在控制LED點(diǎn)陣顯示時(shí)采用了單片機(jī)控制技術(shù)。通過(guò)將預(yù)先編寫(xiě)好的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)存儲(chǔ)單元，來(lái)控制發(fā)光二極管的亮滅，從而實(shí)現(xiàn)顯示不同圖案的目的。在顯示過(guò)程中，利用了人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，將每幅圖案的延遲時(shí)間設(shè)置在一定范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)圖案的的連續(xù)呈現(xiàn)，最終形成動(dòng)態(tài)的顯示效果[4]。

2.LED光立方工作原理

LED光立方系統(tǒng)主要由電源、單片機(jī)、外圍電路、發(fā)光二極管等組成。外圍電路主要分成復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路等幾個(gè)部分。中央處理器、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成了本系統(tǒng)的核心控制電路，本文選取較為通用的AT89S52單片機(jī)作為中央處理器。在整個(gè)系統(tǒng)中，核心控制電路最為重要，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，還控制系統(tǒng)與PC機(jī)的通訊、以及發(fā)送命令給顯示系統(tǒng)。在顯示系統(tǒng)中，每個(gè)發(fā)光二極管都由74HC373鎖存器來(lái)控制亮或滅，根據(jù)編寫(xiě)好的指令，單片機(jī)將命令通過(guò)控制電路發(fā)送到74HC373鎖存器，從而驅(qū)動(dòng)LED光立方顯示。LED光立方系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 LED光立方系統(tǒng)框圖

主控模塊也就是最小系統(tǒng)模塊，主要由AT89S52芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。復(fù)位電路通過(guò)向單片機(jī)發(fā)送復(fù)位信號(hào)初始化或重置系統(tǒng)。當(dāng)AT89S52內(nèi)的RST引腳上的復(fù)位信號(hào)連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上，AT89S52單片機(jī)即中斷系統(tǒng)并復(fù)位。時(shí)鐘電路向單片機(jī)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，控制單片機(jī)的工作頻率。單片機(jī)內(nèi)部的電路只有在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，才能?chē)?yán)格地按照時(shí)序工作。最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 最小系統(tǒng)原理圖

驅(qū)動(dòng)電路部分的功能是把發(fā)光二極管的亮滅信息暫存在74HC373鎖存器中，然后再按照程序指令同時(shí)輸出發(fā)光二極管。AT89S52單片機(jī)與鎖存器的連接方式為：?jiǎn)纹瑱C(jī)的公共端口P0接鎖存器D0到D7的輸入端；單片機(jī)的P1端口分別接8個(gè)鎖存器的使能端OE；單片機(jī)的P2口分別接光立方各平面LED組的負(fù)極。單片機(jī)的P3端口接各鎖存器的LE端，可同時(shí)控制鎖存器的輸出時(shí)間。

3.系統(tǒng)顯示

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，編程使用C語(yǔ)言。程序需要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)掃描顯示、動(dòng)態(tài)掃描顯示和三維立體掃描顯示三種顯示方式。編程過(guò)程中，首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，初始化完成后即等待顯示指令發(fā)生。通過(guò)查詢(xún)標(biāo)識(shí)位引腳上的不同指令信息，單片機(jī)選擇對(duì)應(yīng)的程序模塊來(lái)進(jìn)行顯示。靜態(tài)顯示較為簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)顯示則是把整個(gè)LED立方體分成若干部分，每一幅圖案的顯示過(guò)程包括幾個(gè)階段，各階段依次顯示完成后，再重復(fù)循環(huán)進(jìn)行。當(dāng)重復(fù)掃描顯示的頻率足夠高的情況下，人眼看到的則是一幅穩(wěn)定的靜態(tài)圖案。主顯示程序流程圖如圖3所示。

圖3 主顯示程序流程圖

4.驅(qū)動(dòng)電路板的制作

驅(qū)動(dòng)電路由八個(gè)74HC373鎖存器芯片組成，其中的線路較多，電路焊接較為復(fù)雜。將8片74HC373鎖存器分別插好并焊接，再與排針相連，其中8個(gè)片子的輸入端D端共用1個(gè)排針，其余的引腳各自接各自的排針。74HC373的正面連接圖如圖4所示。

圖4 74HC373的正面連接圖

5.結(jié)論

本文采用的顯示方式是動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，通過(guò)先選通一列后，將二極管的亮滅信號(hào)由低位到高位按行依次存入鎖存器，并由單片機(jī)控制輸出，最后得到所需的顯示圖案。值得注意的是，通常在顯示過(guò)程中，看到的效果可能并不滿(mǎn)意，需要不斷的對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，最終才能得到理想的顯示效果。

[1]沙占友,王彥朋,馬洪濤等．LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)入門(mén)[M]．中國(guó)電力出版社,2012．

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[5]楊蘭云,楊清德．LED及其應(yīng)用技術(shù)問(wèn)答[M]．電子工業(yè)出版社,2011．

[6]譚巧LED封裝與檢測(cè)技術(shù)[M]．電子工業(yè)出版社,2012．

[7]Why Should Anyone Be Led by You?∶What It Takes to Be an Authentic Leader Goffee, Rob、Jones,Gareth Harvard Business School Press(2006-02出版)．

[8]Principles of Solar Cells,LEDs and Diodes∶The role of the PN junction Kitai,Adrian Wiley-Blackwell(2011-10出版)．