視覺暫留原理3D光立方設(shè)計

陳婕羽 林青彪

【摘要】隨著電子科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，LED電子顯示技術(shù)越來越成熟。盡管五光十色的顯示方式給人們帶來暫時性的視覺享受，但平面顯示的單調(diào)性與枯燥性的問題更為明顯。為了豐富LED顯示方式，本文將研究基于視覺暫留原理3D光立方設(shè)計，旨在分析系統(tǒng)原理，發(fā)揮LED在立體空間顯示上的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】視覺暫留 3D光立方 硬件驅(qū)動 單片機

引言

電子科技高速發(fā)展的今天，普通的平面LED顯示技術(shù)已經(jīng)不能滿足人對于顯示方式的要求。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了LED顯示技術(shù)的優(yōu)點，具有亮度高、節(jié)能、環(huán)保、成本低等特點。相比于平面LED顯示，其顯示內(nèi)容多、美觀程度高、開發(fā)方式多樣等特點，廣泛為人們所接受。本文將研究基于視覺暫留原理3D光立方的系統(tǒng)原理與設(shè)計，旨在使其得到更多關(guān)注以及廣泛的應(yīng)用。

一、光立方設(shè)計原理

光立方設(shè)計中，核心的思想是利用人眼的視覺暫留原理，利用單片機控制LED光立方在短時間內(nèi)不斷變換顯示的圖形，呈現(xiàn)三維立體的動畫效果。控制流程如下：鍵盤按鍵，輸入顯示模式，控制器發(fā)控制信號，驅(qū)動單元驅(qū)動，LED顯示。

二、系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件方面

本系統(tǒng)硬件方面主要由微控制器模塊、陽極驅(qū)動模塊、陰極驅(qū)動模塊、顯示模塊組成。以下是對系統(tǒng)各模塊進行的闡述。

微控制器模塊即CPU，主控采用STC89C51芯片。STC89C51是一款八位單片機，采用8051核的ISP，時鐘頻率最高為80MHZ，具有系統(tǒng)可編程特性，片內(nèi)有8k字節(jié)可以反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器。為維持正常運行，要為其提供最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和時鐘電路組成。復(fù)位電路保證單片機上電之后能夠正常工作，時鐘電路為單片機提供時鐘信號即單片機運行的最小節(jié)拍。

陽極驅(qū)動模塊采用74HC573鎖存器，采用并行輸入、輸出的控制方式。以PO口作為數(shù)據(jù)并行輸入口，并行輸出64位與LED點陣樹相連。74HC573的OE端接地，允許對其進行控制。鎖存器的LE控制端，分別與系統(tǒng)的P2.O-P2.7相連控制八位鎖存器的鎖存。

陰極驅(qū)動模塊采用ULN2803達(dá)林頓管驅(qū)動。達(dá)林頓管適用于較高的電流電壓要求之間的接口，兼容TTL電平。ULN2804適用于6至15伏高電平CMOS或PMOS。單片機Pl.O-P1.7并行接口作為數(shù)據(jù)口與INl-IN8相連，八個數(shù)據(jù)輸出端口分別串聯(lián)1千歐限流電阻后與單片機每一層相連。

顯示模塊由512個LED彎折搭建，組成8*8*8的空間立方體。LED選型方面，應(yīng)盡量選用亮度高、霧狀發(fā)光、方形長腳LED。

搭建過程中，遵循從點到面再到體的順序。檢查LED：用萬用表對每一個LED進行測試，確保搭建好的立方體不會因個別點的工作故障顯示不全。制作單層模板：在普通實驗板上用單排插針以兩個插針為一個單位，間距為八行，固定8*8=64個點作為一層的LED定位點。焊接單層LED：將LED陽極引腳相對于陰極引腳按照LED的一個固定方向彎折900。

把方形LED嵌入到模板中，調(diào)整引腳方向，每行每列的引腳聯(lián)通，形成8*8的單層點陣，共有八個行引腳和八個列引腳。組成3D光立方：將八層LED點陣組成一個8*8*8的空間立方體，X、Y、Z方向引腳聯(lián)通，共72個驅(qū)動引腳。

統(tǒng)軟件設(shè)計的核心思想是，利用人眼視覺暫留原理，在每秒內(nèi)顯示20幀以上的畫面達(dá)到呈現(xiàn)連續(xù)畫面的效果。

不同于平面LED顯示之處在于512個燈是在空間上的排布，而控制圖形數(shù)據(jù)的輸出只能在二維上。3D立方體顯示同平面LED顯示相同之處在于都是通過動態(tài)顯示技術(shù)，達(dá)到以間斷表示連續(xù)的效果。顯示方式如下：一，模型化空間立方體。把8*8*8的立方體看成由八層8*8點陣組成。二，建立64位數(shù)組，切割空間圖形為八層，每層存入一個數(shù)組內(nèi)。八個為一組等待調(diào)用。三，循環(huán)輸出掃描，以掃描八組數(shù)據(jù)為一幀，對3D圖形進行掃描顯示。

通過STC89C51芯片內(nèi)部的定時器進行計時，每隔0.05s通過響應(yīng)定時器中斷，調(diào)用顯示函數(shù)，顯示相應(yīng)3D圖形。程序流程：初始化、響應(yīng)定時器中斷、處理中斷、結(jié)束中斷。

三、總結(jié)

綜上所述，通過對軟硬件兩方面的技術(shù)改進能夠使LED光立方穩(wěn)定高效的發(fā)揮其顯示功能。本文進行研究探討，通過電子技術(shù)的應(yīng)用能夠使LED這一節(jié)能產(chǎn)品在3D顯示方面更加穩(wěn)定、安全與便捷。