描述
摘要：解决二维问题LED提出了单调和立体感差的问题STC12c5a60s二是核心芯片，辅以ULN2803芯片和74HC573芯片大功率512LED3.灯驱动D显示设计方案。通过对3D结合硬件电路设计和软件编程，对显示屏原理进行了分析×8×显示屏光立方制作，并给出最终的交替变换动态效果。
1.总体方案设计
3D显示屏由512个LED灯构建的三维LED点阵模块及相应的控制系统构成3-4。外观规格为18cm×18cm×18cm，相邻两个灯之间的距离约为25.6mm。系统通过二维8×8的LED驱动电路控制XY基面沿Z轴方向依次扫描8次，完成8次整体×8×8LED扫描从底面到最高面。整体模型用X、Y、Z三轴模拟，其X轴控制锁定器使能端，Y轴控制锁定器数据端，X、Y轴控制XY基面，Z如图1所示，轴控层。利用人眼的视觉暂留效应，在不同的时间段刷新每个层次的数据，可以达到立体显示的动态和静态效果。
本设计采用STC12c5a60s2单片机是核心芯片，不仅具有操作速度快、功耗低、抗干扰能力强等优点，而且内部功能完全兼并8051；同时集成MAX810专用复位电路简化了传统的电路设计；它还有10位8路高速公路A/D转换和2路PWM，能适应电机控制和干扰性强的场合。ULN2803作为整体LED8位共阴极驱动芯片增强驱动电流的能力。74，一个8片规格完全相同的锁定器HC573对LED阳极端口控制可实现图形稳定显示、动态快速变换、亮度可调等功能。如图2所示。
2、硬件设计
2.1MCU主控模块
本系统采用STC12c5a60s2单片机是核心芯片，内部高达60台KB的FlashROM和1280BRAM4组8的数据存储器bit的I/O口。其中P0端口与74HC连接573数据输入端口，发送阳极数据，对应Y轴；P1口与ULN连接2803数据输入端口，发送与Z轴相对应的阴极数据；P2口与74HC573使端口相连，发送片选信号数据，对应X轴。XTAL1和XTAL2分别连接12MHz晶振两端，串联30pF电容C1、C2后接地，其晶振能满足运行速度的要求。由于STC12c5a60s芯片自带复位电路，忽略了电路中的复位电路环节，简化了电路设计。主控电路如图3所示。
2.2驱动模块设计
2.2.1模块ULN2803设计
在这个设计中LED考虑到更多，单片机本身的驱动能力不足ULN2803模块具有03模块具有很强的灌电流能力(Z轴)驱动，其中com端口接地，1C~8C主控器分别对应P1.0~P1.7端口，输出端口1B~8B分别对应LED8个共阴极端口5点阵。在初步实验中使用ULN在2803模块中，电流仍未能满足设计要求，因此增加了图4所示的外部灌溉电流驱动电路，实验效果显著提高。
2.2.274HC573模块设计
本设计采用74HC573模块对阳极束(Y轴)并行输入并行输出控制。它具有以下优点:(1)具有高阻态功能，输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗状态。在这种状态下，多个芯片可以并联输出并控制；(2)具有数据锁定功能，当输入数据消失时，芯片输出端的数据仍然保持不变；(3)具有数据缓冲功能，可以增强电路的驱动能力。
74HC如图5所示，573模块驱动电路OE口均接地，LE锁存端口P2.i在主控系统中P2相应的I位端口相连，8位数据输入端口D0~D7分别与主控系统P0口并行连接，8位数据输出端口Q0~Q7分别连接到相应的8列X轴，即64位阳极束。
3、软件设计
本实验3D显示屏LED点阵模块是在二维基础上通过层叠加原理实现的6，因此可以实现三维8×8×8模型看作是64×8的平面模型，即对应的XY表面与Z的相互作用模型。其中64看作阳极束，一片74HC573芯片输出端为8位，正好设计了8片74HC573芯片控制64位阳极束。8作为阴极束，用一片ULN2803芯片控制。因此64×8对应所有512位，即512位LED灯。每个人都可以使用状态0或1来控制它的度或灭度，实现三维LED灯的发光或熄灭。
此设计采用X、Y、Z任意三轴三维模型模拟LED灯的坐标为LED(X，Y，Z)，坐标均为0~7。要(3、4、5)点亮坐标灯，控制其Z=四个平面灯全亮，即输入端口为高电平1，其余为低电平0；Y=三个平面灯全亮，即输入端口为高电平1，其余为低电平0；X=两个平面输入端口对Y=锁定三个平面数据，即从高电平1到低电平0，从而实现LED(3、4、5)坐标灯保持高亮，其余灯熄灭。通过点可以实现线、面、体、两两组合的各种三维动静态图形显示。由于动画显示只有在15帧以上才能看到流畅的动态效果，因此动态图形中的扫描周期必须小于(1/15)s，也就是说，每层的停留时间最多为(1/15)×(1/8)7。显示此效果是通过软件实现的，这里显示一个简单的动态沙漏程序，代码如下：
voidshalou()
{inti，j，d；
chushihua()；//初始化函数
for(j=0；j《8；j )
{
For(d=0；d《5*(8-j)；d )
{
For(i=0；i《=j；i )
{
CLEAR()//清屏函数
P0=SHALOU［i］；//Y轴扫描数据
P2=SHALOU［i］；//X高电平数据存储在轴中
P2=0x00；//X轴低电平锁定数据
P1=0x80》》i；//Z轴向发送层扫描函数
Delayms(5)；
}
}
}
For(j=7；j》=0；j--)
{
For(d=0；d《5*(8-j)；d )
{
For(i=0；i《=j；i )
{
CLEAR()；
P0=SHALOU［i］；//Y轴扫描数据
P2=SHALOU［i］；//X高电平数据存储在轴中
P2=0x00；//X轴低电平锁定数据
P1=0x01《《i；//Z轴向发送层扫描函数
Delayms(5)；
}
}
}
实现代码的思维流程如图6所示
4、仿真效果
本设计通过硬件电路设计和软件编程实现了3D如图7所示，效果显示。其中，图7(a)为动态沙漏的某一瞬间截图；图7(b)为动态桃心的某一瞬间截取图；图7(c)为动态平面前后扫面的某一瞬间截取图；图7(d)整体静态显示图。从图7(a)、(b)可以清楚地看到图形的立体层次感；图7(c)、(d)可见，与平面二维效果相比，三维立体感更强，更真实。
5、结论
本文实现了以下目的：（1）电路设计合理，不仅图形稳定性好，观赏性强，为其他三维效果设计提供了一定的实践基础；（2）从模拟结果可以看出，三维效果比二维效果更强、更真实，设计方案是未来三维效果图形设计的主流趋势。但由于条件限制，通过A/D转换音频控制LED未能进一步设计，将利用离散傅里叶光学变换进行研究。
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