基于51單片機的光立方的設計

孫宇

摘 要：本設計以51單片機為核心控制器，74LS245為I/O擴展口，制作了一個三維立體顯示圖案的LED光立方，文中給出了設計方案及原理圖。

關鍵詞：LED光立方；74LS245；51單片機

注：陜西省大學生科技創(chuàng)新項目（2014XK081）

本設計制作出的三維立體顯示圖案的LED光立方，不僅可以像發(fā)光二極管點陣一樣顯示平面的靜態(tài)或動態(tài)畫面，還可以顯示立體的靜態(tài)或動態(tài)畫面，打破了傳統(tǒng)的平面顯示方案，同時又增加了顯示的花樣和立體圖案顯示效果，可以廣泛用于傳媒信息顯示和各種裝飾顯示，為將來顯示技術的進步和發(fā)展指導了方向，光立方顯示比發(fā)光二極管點陣更具有視覺效果，而且畫面圖案更加非富多彩。

1.背景與意義

隨著人們生活水平的不斷提高，3D效果的欣賞已經(jīng)成了人們的追求，美輪美奐的觀賞讓人醉心不已，給人帶來無比寬松舒適的美感。3D技術的將來必有廣泛應用。僅3D打印技術這一還處在萌芽階段的技術就已經(jīng)在世界掀起了巨大波瀾。就現(xiàn)有來看3D技術已經(jīng)應用于軍工、航空航天、水下作業(yè)、模擬分析等高端領域。隨著科技發(fā)展3D技術的成本也會越來越低，相信3D電視將來也會像液晶電視一樣走入普通家庭。3D技術在未來還可以應用于教學，醫(yī)學，地下采礦，空中導航等領域。但就目前的發(fā)展，3D還不能夠普及到人們的生活中，這也就萌發(fā)了人們對于3D的設計。因此，對發(fā)光二極管進行控制，使其顯示出不同的花樣，帶給未來3D技術的科技體驗。

2.設計的總體要求和方案選擇

本次設計制作一個三維的發(fā)光二極管立方顯示體，能夠通過編寫程序來實現(xiàn)對每一個發(fā)光二級管的亮滅控制，從而可以顯示多種多樣的圖案。為了吸引觀眾增強顯示效果，可以有多種顯示模式。

3.工作原理

有8個8*8點陣，再用8個引腳來當充當各個8*8點陣的“開關”。只要將64個燈陽極連在一起，在連到這個引腳上。采用了hc573暫存的方法，來分別把64個燈的亮滅信息存到這個上面，然后再一起輸出到燈上，573的64個輸出引腳控制前面所述每一個面的64個燈；而每層燈的陰極全連接在一起接入uln2803，由uln2803控制的每一個層燈。

4.主要元器件介紹

4.1 74HC573

74HC573是八進制3態(tài)非反轉透明鎖存器。器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出既不是高電平，也不是低電平，而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下，可以多個芯片并聯(lián)輸出，當輸入的數(shù)據(jù)消失時，在芯片的輸出端，數(shù)據(jù)仍然保持。

4.2 ULN2803

ULN2803是八重達林頓管，1至8腳為8路輸入，18到11腳為8路輸出。驅(qū)動能力為 500MA ＼50V。應用時9腳接地，10腳接負載電源V+，輸入的電平信號為0或5V。輸入0是輸出達林頓管截止，輸入為5V電平時，輸出達林頓飽和。輸出負載加在電源V+和輸出口上，當輸入為高電平時，輸出負載工作，該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端才能導通工作。

4.3 STC89C51單片機

STC系列單片機是美國STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、A＼D、PWM等模塊。該器件的基本功能與普通的51單片機完全兼容。

主要功能、性能參數(shù)：內(nèi)置標準51內(nèi)核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘；工作頻率范圍：0～40MHZ，相當于普通8051的0～80MHZ； STC89C5xRC對應Flash空間：4KB＼8KB＼15KB；內(nèi)部存儲器（RAM）：512B；定時器＼計數(shù)器：3個16位；通用異步通信口（UART）1個；中斷源：8個；有ISP（在系統(tǒng)可編程）＼IAP（在應用可編程），無需專用編程器＼仿真器；通用I＼O口：32＼36個；工作電壓：3.8～5.5V；外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。

5.光立方原理圖

5.1 驅(qū)原理圖

uln2803的1～8腳接主控芯片的P1口（1～8腳），數(shù)據(jù)由主控芯片P2口輸入經(jīng)過uln2803從11～18腳輸出，實現(xiàn)通過uln2803來驅(qū)動每一層。每個573的2～9腳（數(shù)據(jù)輸入）都連接在一起連接到主控芯片的P0口（32～39腳），數(shù)據(jù)從主控芯片P0口輸送到573，573的1腳是3態(tài)輸出使能輸入（低電平）一般都與地相接，573的11腳（鎖存使能輸入）都連接在一起連接到主控芯片的P2口（21～28腳）作為鎖存控制。當573的11腳為高電平和2～9腳為高電平時，573的12～19腳（3態(tài)鎖存輸出）為高電平，驅(qū)動一豎面的燈亮，當11腳為高低平、2～9腳為低電平時，573的12～19腳則就為低電平，從而燈滅，當11腳為低電平時，2～9腳不管高低電平，12～19腳的輸出不變。主控芯片通過573+uln2803來驅(qū)動控制哪豎面的哪一層的哪個燈的亮滅。R1～R16是限流電阻。

參考文獻

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