魔幻立體廣告演示系統

張赫　高佳慧　祖永勝　李想

摘 要：該文介紹了立體廣告演示系統的設計方法，選用ARM芯片控制電路。通過實體搭建的方法，使用上位機編寫程序、立體演示動畫，達到廣告宣傳的效果。經過對實體的檢驗，通過編程可以使實體任意顯示文字和動畫。

關鍵詞：立體演示 ARM 74HC573 ULN2803

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（b）-0089-03

隨著經濟社會的不斷發展，人們對3D技術的需求越來越高，同時也更加追求實用與美觀的結合。3D立體成像技術在未來的社會必將有廣泛的應用。教學，醫療，航空航天，模擬分析等高端領域都需要3D技術，而對LED進行技術控制，使其立體顯示不同花樣，帶給未來3D技術的科技體驗將具有無窮魅力。信息化社會的高速發展，高科技技術快速的革新，傳統的平面顯示技術必將逐漸被淘汰，新型的顯示設備會如雨后春筍般發展起來。而LED顯示技術必將廣泛地應用于社會生活的各個領域。

魔幻立體廣告演示系統主要是利用LED顯示技術結合單片機控制系統，進行展示不同的圖案變換，以達到立體顯示。

1 原理及電路介紹

1.1 設計原理

設計原理見圖1。

電路大體上可以分成核心控制電路、顯示驅動電路、串信通信電路3部分。核心控制電路在整個電路當中相當于一個上位機，它負責控制整個電路以及相應的程序的運行、與PC機的串行通信，以及給顯示屏部分發送命令。單片機根據編寫好的內容和指令通過I/O口擴展后驅動16×16×16 LED顯示體?。整個設計原理如圖1所示。

1.2 工作原理

圖2是一張LED的點陣圖，如果想要點亮任意位置的LED，我們只要在該位置LED所使用的列線接地，行線接+V即可。因為是16×16的點陣，如果我們讓整體任意顯示圖案，就需要用掃描電路的方式來實現，否則無法實現對其精準的控制。所謂掃描就是一次只能讓一行或者一豎LED燈點亮，16次為一個周期，從左至右一次點一次，循環起來，我們就能看見完整的圖像了。

這里一共有16層，縱向一束的每根引腳都是要連在一起的，而橫向一層的另一根引腳連在一起。每一層有256個燈，但是不像圖2一樣的平面點陣需要一個周期的掃描，那樣會影響到亮度及效率，更影響成像的效果。因此，我們用256根PIN針分別連接到這些燈上，從而實現了一次性對256個燈的控制。ARM的引腳較少，所以采用74HC573進行擴展。

1.3 核心控制電路

核心控制板電路見圖3。

核心電路采用STM32系列芯片，相對于51單片機性能提升了很多，性價比高、配置豐富靈活、低功耗[1]。將編譯好的程序拷入芯片，通過驅動電路，使LED有序地亮滅。

1.4 驅動電路

驅動電路見圖4。

由于每一層有256個LED，所以驅動電路共采用32個74HC573，數據通過并行的方式，打入每一個74HC573中，在控制器里儲存這些數據，每層的通斷由ULN2803進行控制，通過掃描驅動電路進行動態掃描方式[2]控制燈的亮滅，從而實現每一層256個燈同時的點亮。這樣既節省了I/O接口，又使掃描速度得到了提升。

2 顯示電路的搭建

2.1 LED的焊接

整個顯示電路由4 096個LED組成，共16層，每一層有256個LED，通過特制的焊接模具，將進行過預處理的燈擺放好，然后進行手工焊接。每一層焊接完成之后需要用萬用表進行必要的檢測，更換擊穿或者短路的LED。將16層LED焊接完成之后備用。

2.2 底板的焊接

底板焊接見圖5。

將所有元件按照對應位置焊到底板的底面上，在底板的正面對應的256個小孔內焊接PIN針，用于固定燈腳。

2.3 燈陣和底板的拼裝

將焊接好的燈按照每層的方式安裝到底板上，燈的管腳要確保插入PIN針孔內，如圖5所示。

為了確保整體的穩定性，在拼裝的過程中，插入了6根0.2cm的銅線，在保證了穩定性的同時，也保證了每層電流的通路。將所有16層燈都拼裝完成之后，所有燈的陽極都已經接通了。此時需要把燈的陰極也連接好，燈才能正常工作。

因為控制每層的是2803的管腳，所以事先在設計底板的時候考慮到層控制，已經將2803的管腳引至底板的正面，方便連接。取帶有絕緣皮的導線，將第8層連接到1號腳，第7層連接到2號腳，依此類推，將16層都連接好。

此時系統的硬件部分搭建完畢。

燈架搭建見圖6。

3 程序的編寫

由于整個系統主體過于復雜，程序編寫的難度也非常大，所以為了在簡化程序編寫的過程中，不降低動畫的演示效果。我們采用上位機軟件，通過上位機將想要演示的動畫編寫好，由上位機自動編譯出程序。

整個上位機共分為5部分，包括動畫組、資源列表、索引表、操作區域和效果預覽區。通過在操作區域添加幀，將幀與需要顯示的動畫關聯，便可以在效果預覽區觀察到演示的效果[3]。完成動畫的編寫之后，通過軟件編譯轉化成程序，拷貝到主板中。整個演示系統就可以演示之前編好的動畫。

4 結語

魔幻立體廣告演示系統是通過一個16×16的燈陣組成的立體，通過上位機編譯程序是燈陣演示動畫。因其燈陣較為龐大，可以顯示復雜的圖案和文字，完全可以達到廣告宣傳單效果。可以運用于廣告宣傳，大型展會，體育場館，企事業單位進行宣傳需要等，未來用途廣泛，有很大地開發應用潛力。

參考文獻

[1] 李群芳.單片微型計算機與接口技術[M].電子工業出版社，2012.

[2] 余春暄.80×86/Pentium微機原理及接口技術[M].機械工業出版社，2008.

[3] 陶佳，梁芳.Flash動畫制作[M].中國勞動社會保障出版社，2010.