基于51单片机光立方设计_陈聪.pdf

基于 51 单片机光立方设计 摘要： 这个光立方制作非常简单，简单到整个作品只用到了一块 STC89C52RC 单片机作为控制器；由 8 块 74HC573 和 1 块 ULN2803 组成控制线路；由 8×8×8 只发光二极管组成真实的 3D 立方体显示 器。其最大的特点就是：功能强大，通过显示 3D 图形，带给你未来 3D 技术的科技体验，并且留 给广大学生和电子爱好者自由发挥的空间。 关键词： 51单片机、74HC573、ULN2803、显示3D图形 1 引言 单片机以其强大的控制能力已经被广泛应用于诸多领域，配以各种接口传感器可以实现系统 的智能化。无论是在工业控制领域、医疗卫生领域、还是在国防军事领域、航天航空领域，微控 制器都起着举足轻重的作用。从最初的8位控制器到现在的16位、32位控制器都还有很大的发展 和应用空间。 光立方并非我的首创，在网上早有光立方的视频。许多电子爱好者，看过这些视频之后，都 会被其超酷的3D显示效果所震撼，我就是其中之一，于是我也想制作一个应用于教学。 光立方功能强大，样式绚丽。在制作其立方体部分，能很好的锻炼制作者的动手能力；在制 作者编写3D图形时,又很好的锻炼了制作者的3D编程能力。其炫酷、连贯、有节奏的图形效果， 既能吸引观赏者的眼光，又可突出单片机强大的控制能力。 网上也有将 8×8×8 光立方叫做：CUBE8 光立方。其由来是：立方体的英文单词是 Cube，又 因为我要制作的是8×8×8的3D显示阵列。所以综合得名——CUBE8光立方。 2 系统工作原理 2.1 立方体原部分 CUBE8 是一个长、宽、高由 8×8×8 个 LED 灯组成的真实 3D 立方体显示器。于是，我们可以 将其拆解为8层： 图2-1 立方体层分解 每个面由8×8=64只发光二极管组成： 图2-2 每层 LED 组成 首先，我们只要控制单层这64只LED灯使其能够自由变换，然后再通过控制每个层依次点亮 即可。单片机通过对这 8 层 64LED 只灯单元快速扫描，同时由于我们眼睛的视觉暂留，使我们感 觉看到的发光二极管是一起点亮的。这样我们就看到了一个完整的个体。 2.2 控制电路部分 有了工作原理，接下来我们来设计电路原理图：如果要控制 8×8 点阵，需要 16 个引脚，那 么有8个8×8点阵，需要再用8个引脚来充当各个8×8点阵的“开关”即可。 由于我们单片机的端口数量有限，在控制单层64只LED灯时，直接使用I/O口控制根本无法 实现。于是，采用了锁存器74HC573暂存数据的方法，将64只LED灯的亮灯数据分别赋予8块锁 存器75HC573，然后打开层“开关”，点亮LED。 鉴于每层需控制的 LED 数量较多，电流较大，不能直接采用单片机 I/O 口直接控制，于是我 们借助一块集成块来增加单片机接口控制电流较小的缺点。这里使用的是达林顿管驱动器 ULN2803A作为每层的“开关”。 1、锁存器74HC573介绍 八进制 3 态非反转透明锁存器74HC573输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们 能和 LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端 LE 为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也 就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的 数据会被锁存。 图2-3 74HC573 管脚图 74HC573功能表： 输入 输出 输出使能（OE） 锁存使能（LE） D Q L H H H L H L L L L ×