基于AT89C52的光立方设计

危鑫++阳泳++孟阳

摘 要：该文研究了基于AT89C52的光立方设计，采用8片74HC573作为面驱动器件，1片ULN2803作为层驱动器件，驱动8×8×8LED点阵，可显示任意立体图形和3D动态效果。

关键字：光立方 74HC573 AT89C52 ULN2803

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0023-01

在显示技术迅速发展的今天，“光立方”是一种新兴的电子产品，广泛应用于金融、展览、演出和体育活动等方面。该文研究了采用蓝灯雾状散光LED作为显示载体，AT89C52作为控制平台，74HC573作为LED面驱动器件，ULN2803作为层驱动器件，为实现3D视觉效果提供了硬件支持。

1 总体设计方案

单元电路采用以二维8×8的LED驱动电路，每一面的LED灯分8次来控制，对每一面的数据分时段进行刷新，以产生立体显示效果。

该系统使用一片AT89C52单片机作为控制核心，用8片74HC573作为面驱动芯片，用一片ULN2803作为层驱动芯片，驱动8×8×8三维LED点阵（即512个LED）实现图形稳定显示，动态快速变化。系统结构图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 MCU主控模块

该系统的主控芯片使用的是AT89C52，它带有512字节RAM数据储存器和8K Flash程序储存器，8位的I/O口有4组，对运行速度的要求，配置12MHZ晶振即可满足。

由于这种设计对MCU要求不高，使用普通的单机片就可以完成设计，而且设计与制作也方便，成本不高。该设计只用了24只脚，还剩下8个端口方便以后的扩展。

2.2 光立方工作原理

512个蓝色散光LED组成了光立方，分8层，每层64个（8×8）LED，LED之间相互都间隔了一定距离，通透性比较好，其三维显示效果是通过LED矩阵自身的空间立体性来实现的。具体的连接方式为：每一层的64个LED阳极连起来，再连接74HC573，将纵向同列的8个LED的阴极连起来，接到锁存器组成的列控制模块的输出端。一共有64个列单元在光立方中。

面驱动电路和层驱动电路是光立方扫描驱动电路的两大类。层扫描信号通过层驱动电路产生后，由74HC573驱动选通或关闭与每一层LED阳极，连接竖直方向同列的LED的阴极，再分别连接到8个锁存器（74HC573）的输出端，当选通LED层，且锁存器处于低输出时，就会点亮相应的LED。将光立方的空间图像信息按8层分，每层的数据信号由面驱动电路依次送到选通的LED列上面，由8个8bit的锁存器来分时控制每层的64个LED，分时选通8个锁存器时采用I/O端口，锁存器中输入进每层的控制数据后，利用层选信号对相应层进行选通，8层在一个周期内一次扫完，因为人眼的视觉停留时间要比这一个周期的时间长，因而一幅完整的立体图案就呈现在人们的眼中了。这样一来要分时控制512个LED可通过使用15个I/O扩展口来实现。利用这种工作原理，使光立方平台上静态画面和动画的效果得以实现。

3 软件设计

该系统在主程序首先完成系统初始化，则根据各参变量已有的数值，对功能模式进行相应的选择，进入对应的图形数据处理子函数或者其他功能子函数。再把经过处理的图形数据写进74HC573，这样最终显示效果的变化就完成了。

4 实现结果

基于二维显示，通过人眼的视觉停留效应以及真实的3D空间排列的LED点阵，使光立方3D显示效果能够达到。音乐立方动态显示以及图像立体静态显示可由该系统来实现，且真正意义上的三维显示在动态显示的基础上实现了，具有很高的实用价值。不过，该设计仍存在很多的不足且需要改进，例如受限于硬件资源，光立方没有很高的分辨率，仅对一些简单的动画和图像进行显示。另外，目前只能显示单色，因此可以从全彩LED显示方面进行改进。若要在比较大型的场所使用，则要按所给的设计方案扩展相应的外围电路，这样就可以达到目的。

参考文献

[1] 江世明，黄同成.单片机原理及应用[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[2] 康志强，汪佳，汤勇明.基于FPGA的3D光立方设计[J].电子器件，2012，35（6）：683-686.

[3] 黄同成，周红波.程序设计基础教程（C语言）[M].长沙：湖南人民出版社，2012.endprint