基于AT89C52的光立方設計

危鑫++陽泳++孟陽

摘 要：該文研究了基于AT89C52的光立方設計，采用8片74HC573作為面驅動器件，1片ULN2803作為層驅動器件，驅動8×8×8LED點陣，可顯示任意立體圖形和3D動態效果。

關鍵字：光立方 74HC573 AT89C52 ULN2803

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0023-01

在顯示技術迅速發展的今天，“光立方”是一種新興的電子產品，廣泛應用于金融、展覽、演出和體育活動等方面。該文研究了采用藍燈霧狀散光LED作為顯示載體，AT89C52作為控制平臺，74HC573作為LED面驅動器件，ULN2803作為層驅動器件，為實現3D視覺效果提供了硬件支持。

1 總體設計方案

單元電路采用以二維8×8的LED驅動電路，每一面的LED燈分8次來控制，對每一面的數據分時段進行刷新，以產生立體顯示效果。

該系統使用一片AT89C52單片機作為控制核心，用8片74HC573作為面驅動芯片，用一片ULN2803作為層驅動芯片，驅動8×8×8三維LED點陣（即512個LED）實現圖形穩定顯示，動態快速變化。系統結構圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 MCU主控模塊

該系統的主控芯片使用的是AT89C52，它帶有512字節RAM數據儲存器和8K Flash程序儲存器，8位的I/O口有4組，對運行速度的要求，配置12MHZ晶振即可滿足。

由于這種設計對MCU要求不高，使用普通的單機片就可以完成設計，而且設計與制作也方便，成本不高。該設計只用了24只腳，還剩下8個端口方便以后的擴展。

2.2 光立方工作原理

512個藍色散光LED組成了光立方，分8層，每層64個（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LED矩陣自身的空間立體性來實現的。具體的連接方式為：每一層的64個LED陽極連起來，再連接74HC573，將縱向同列的8個LED的陰極連起來，接到鎖存器組成的列控制模塊的輸出端。一共有64個列單元在光立方中。

面驅動電路和層驅動電路是光立方掃描驅動電路的兩大類。層掃描信號通過層驅動電路產生后，由74HC573驅動選通或關閉與每一層LED陽極，連接豎直方向同列的LED的陰極，再分別連接到8個鎖存器（74HC573）的輸出端，當選通LED層，且鎖存器處于低輸出時，就會點亮相應的LED。將光立方的空間圖像信息按8層分，每層的數據信號由面驅動電路依次送到選通的LED列上面，由8個8bit的鎖存器來分時控制每層的64個LED，分時選通8個鎖存器時采用I/O端口，鎖存器中輸入進每層的控制數據后，利用層選信號對相應層進行選通，8層在一個周期內一次掃完，因為人眼的視覺停留時間要比這一個周期的時間長，因而一幅完整的立體圖案就呈現在人們的眼中了。這樣一來要分時控制512個LED可通過使用15個I/O擴展口來實現。利用這種工作原理，使光立方平臺上靜態畫面和動畫的效果得以實現。

3 軟件設計

該系統在主程序首先完成系統初始化，則根據各參變量已有的數值，對功能模式進行相應的選擇，進入對應的圖形數據處理子函數或者其他功能子函數。再把經過處理的圖形數據寫進74HC573，這樣最終顯示效果的變化就完成了。

4 實現結果

基于二維顯示，通過人眼的視覺停留效應以及真實的3D空間排列的LED點陣，使光立方3D顯示效果能夠達到。音樂立方動態顯示以及圖像立體靜態顯示可由該系統來實現，且真正意義上的三維顯示在動態顯示的基礎上實現了，具有很高的實用價值。不過，該設計仍存在很多的不足且需要改進，例如受限于硬件資源，光立方沒有很高的分辨率，僅對一些簡單的動畫和圖像進行顯示。另外，目前只能顯示單色，因此可以從全彩LED顯示方面進行改進。若要在比較大型的場所使用，則要按所給的設計方案擴展相應的外圍電路，這樣就可以達到目的。

參考文獻

[1] 江世明，黃同成.單片機原理及應用[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 康志強，汪佳，湯勇明.基于FPGA的3D光立方設計[J].電子器件，2012，35（6）：683-686.

[3] 黃同成，周紅波.程序設計基礎教程（C語言）[M].長沙：湖南人民出版社，2012.endprint