光立方顯示控制系統(tǒng)設(shè)計分析

梁文哲

【摘要】? ? 本文通過具體的實例分析了光立方顯示控制系統(tǒng)，并測試了其實驗結(jié)果，證明其應(yīng)用價值較高，以期提高光立方系統(tǒng)的應(yīng)用性能。

【關(guān)鍵詞】? ? 光立方顯示系統(tǒng)? ? 內(nèi)涵? ? 具體設(shè)計

所謂光立方，是一項新的顯示技術(shù)，它是基于平面LED開發(fā)的，采用非常規(guī)、非日常的程序控制，在三維空間中顯示三維圖形和動畫。也因此開始了眾人對光立方的巧學(xué)與巧思，難度也開始在原有的基礎(chǔ)上穩(wěn)步上升，花樣的變換也越來越多，其未來的應(yīng)用前景也更加廣闊。

一、設(shè)計要求

光立方被激活或按鈕復(fù)位后，P.無須通過別的方式就能實現(xiàn)自動的顯示，從而一下子呈現(xiàn)出準(zhǔn)備工作狀態(tài)。鍵盤可用于選擇和顯示光立方圖案，并檢測圖案偏移，然后停止顯示。 這種設(shè)計需要4×4光立方硬件，完成四個或更多圖案的顯示。

二、方案分析

2.1系統(tǒng)整體框圖

該系統(tǒng)主要包括如下內(nèi)容：電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、獨立鍵盤電路、主控電路、驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路、LED燈箱電路、復(fù)位電路、時鐘電路、獨立鍵盤電路均采用單片機作為輸入，LED光立方電路和數(shù)碼管顯示電路采用單片機輸出。

2.2光立方發(fā)光的主要原理介紹

對于光立方的設(shè)計，必須使用4*4*4的模塊，連接它們的方法是層共陰極和垂直共陽極的方法，即每個陰極都被引導(dǎo)到每層LED燈上。共陰極直接接AT89S52單片機的P3.7-P3.4線P3口。16根線取自垂直共陽極，74HC573鎖存器用于連接每個芯片上的P0和P2端口。獨立鍵盤連接到 P1 端口的線路上。數(shù)碼管顯示電路必須接P0口和P2口。使用C語言編寫程序，可以對光立方的花樣實現(xiàn)不同的變化。

三、主要的元器件分析

3.1? AT89S52芯片

AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器。它有一個 8K 系統(tǒng)來對閃存進行編程，它由Atmel公司制造，其中很多密度都比較高，屬于一類非易失性存儲器技術(shù)，在引腳上可以完全兼容行業(yè)產(chǎn)品指令80C51。對于片上 Flash，程序存儲器允許系統(tǒng)編程，也可以由常規(guī)編程器應(yīng)用。在單芯片上，它有一個8位的CPU，速度更快，更容易在系統(tǒng)上進行可編程Flash，在許多控制應(yīng)用系統(tǒng)中，AT89S52被廣泛使用。AT89S52 微控制器上的部分引腳圖。

3.2 74HC573芯片

74HC573是三態(tài)非轉(zhuǎn)移透明鎖存器，屬于八進制。 對于設(shè)備輸入，可實現(xiàn)兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出;結(jié)合上拉電阻，它們獲得了LS/ALSTTL輸出的兼容性。如果鎖存上升可以很高，則這些設(shè)備上的鎖存對數(shù)據(jù)來說，無異于是透明的（即輸出是同步的）。如果鎖存功能被降低，對應(yīng)于創(chuàng)建時間和抑制時間的數(shù)據(jù)將被鎖存。輸出是高阻態(tài)的話，不是高電平也不是低電平。在這種情況下，多個芯片會實現(xiàn)同一個輸出，如果丟失的輸入數(shù)據(jù)丟失，仍然會繼續(xù)到芯片的輸出。

3.3四位一體數(shù)碼管

本設(shè)計中，數(shù)碼管采用四個共陽極，其內(nèi)部電路相連。段控管腳是指高八位管腳，位置控制管腳是下部。使用位置控制輸入方式和控制信號，按照自己的方式釋放數(shù)碼管。

四、硬件電路模塊分析

4.1最小系統(tǒng)模塊

對于單片機的最小系統(tǒng)來說，它主要包括：單片機、復(fù)位電路、電源電路、下載電路以及時鐘電路等。

1.電源電路。直流+5V是單片機的輸入電壓，它要實現(xiàn)正常工作，需要將+5V 的直流電源接通才可以。為了實現(xiàn)+5V電源電壓，可以通過12V變壓器，來降壓220V的電壓，使其成為需要的12V交流電壓，而后利用整流、穩(wěn)壓、濾波等方式，向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓+5V。需要選擇2W10型號的整流橋，2A是其電流的承受能力，1000V是其最大的耐壓能力。進過進行計算，對濾波電容的C5和C6，取標(biāo)稱值為470μF，減少紋波系數(shù)電容C2取0.1μF，使用LM7805穩(wěn)壓芯片，為了對發(fā)光二極管進行保護，使其不被燒壞，再通過1K的保護電阻R12，才能將穩(wěn)定的+5V電壓進行輸出。

2.復(fù)位電路。我們經(jīng)常提到的單片機，reset是它的初始化操作，主要作用是判斷0000H的PC啟動，從0000H單元開始，單片機執(zhí)行程序。除了進入通常的系統(tǒng)啟動外，如果程序運行期間出現(xiàn)了一定的錯誤，或者運行中出現(xiàn)的一定錯誤，系統(tǒng)處于死機狀態(tài)，要解決問題，需要按重置按鈕重新啟動它，硬件系統(tǒng)采用的單片機為AT89S52，單片機通過RST引腳復(fù)位形成兩個高電平周期后即可實現(xiàn)復(fù)位。因此，如果不按下reset鍵，可以通過計算得出電容C1選用22μF，電阻R9選用1K;如果選擇復(fù)位按鈕，則復(fù)位端通過電阻 R10 連接到 VCC，因為電阻 R9 和 R10 有分壓。為確保有效的復(fù)位信號，電阻 R10 選擇 200Ω。如圖1所示。

3.時鐘電路。對于AT89S52，芯片上有一個由反相放大器構(gòu)成的振蕩電路，振蕩電路的輸入和輸出端分別是XTAL1與XTAL2，電容器C3和C4的作用是對振蕩頻率進行穩(wěn)定，并實現(xiàn)快速起振，5～33pF為其電容值。我們在實際時鐘電路的應(yīng)用實踐中，選擇適合自身的尺寸和大小，以電路的對稱性作為重要支撐，加之較高的匹配度。本設(shè)計中使用的是其電容上限——33pF，晶振是12MHz。圖2所示的就是其時鐘電路圖。

4.2驅(qū)動模塊

該設(shè)計使用了兩塊74HC573芯片，將其進行并聯(lián)驅(qū)動。光立方是豎共陽以及層共陰的，十六根導(dǎo)線通過共陽來引出，其芯片驅(qū)動使用74HC573，利用芯片接到P0口以及P2口。四根導(dǎo)線通過共陰引出來，將其和P3.7-P3.4口線直接進行連接。

4.3鍵盤模塊

該設(shè)計使用一個總共有四個鍵的非捆綁式的鍵盤。每個按鍵之間都是聽后自己的命令，每個按鍵都對應(yīng)了唯一一個有效控制一個光立方顯示的狀態(tài)。圖3為按鍵電路圖，S1-S4按鍵連接到單片機的P10-P13端口。單片機芯片上的四個端口都加了上拉電阻，按下按鈕，相應(yīng)端口電平升高。

4.4顯示模塊

在數(shù)碼管顯示的模塊區(qū)間范圍內(nèi)，可以從下面幾個組成部分清楚的看到：四個單數(shù)碼管、74HC573驅(qū)動芯片和8個達到470Ω電阻。我們所熟知的數(shù)碼管，二極管是它的主體框架和主體結(jié)構(gòu)，假設(shè)發(fā)光二極管沒有受到外界的干擾而是有序正常工作時，其兩端被1.6V的正向壓降阻斷，10mA為初始電流。為保證數(shù)碼管達到更好的亮度，可使用74HC573芯片放大電流作為數(shù)碼管的驅(qū)動，進而將數(shù)碼管段掌控在自己的手中。

另外，電流的大小一定要適中，一旦超出了預(yù)期，那么數(shù)碼管損壞的幾率就會非常大，所以在P0上接一個470Ω的電阻。來實現(xiàn)限流。

五、測試光立方系統(tǒng)

5.1操作介紹

完成電路連接并確保其無誤后，將電源接通。上電顯示P.，將復(fù)位鍵按下也有P.顯示。將鍵1按下，光立方顯示模塊實現(xiàn)了全亮并進行閃爍。將鍵2按下，光立方顯示模塊由第一層全亮并閃爍開始向下移動循環(huán)。將鍵3按下，點亮一豎LED燈的左對角循環(huán)。將鍵4按下，對于單片的第一豎以及第四豎來說，可以實現(xiàn)點亮左右循環(huán)。

5.3分析結(jié)果

在成功搭建完成光立方后，對于整體上電 LED 燈來說，它沒有發(fā)生半亮或者不亮的現(xiàn)象。光立方利用仿真軟件設(shè)計，將字體和圖形顯示出來，具有良好的顯示效果，圖形也可以實現(xiàn)流暢的變換。

利用Zigbee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及BH1705構(gòu)成的光強調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在具有較弱或較強的光強時，可以對亮度進行自動調(diào)節(jié)，使其達到光強合適區(qū)，同時還能進行遠程智能控制。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，同時具有較高的可靠性，其應(yīng)用價值也相對較高。

六、結(jié)束語

現(xiàn)今我國的社會經(jīng)濟在飛速發(fā)展，人們對探索對LED顯示屏各個方面的腳步一直沒有停歇，應(yīng)用的廣度和深度正在對人們的生活產(chǎn)生深刻的影響。今天，它正朝著更高的亮度、更高的耐候性、更高的光密度、更高的均勻性、更強的可靠性和完美的顯色性發(fā)展。

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