基于AT89S52單片機的4*4*4光立方

　　當(dāng)今社會，隨著電子行業(yè)的迅速發(fā)展，單片機廣泛的應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域。從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)思想與設(shè)計方法，成為現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中重要的一部分。

　　本文介紹了一款基于AT89S52單片機的4*4*4光立方，介紹了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的主要方法。系統(tǒng)硬件主要分為七個模塊：單片機模塊、光立方驅(qū)動模塊、數(shù)碼管顯示模塊、獨立鍵盤模塊、電源模塊、復(fù)位模塊、下載模塊。采用的主控芯片為AT89S52 芯片，驅(qū)動電路是采用了常用74HC573數(shù)字芯片，設(shè)計采用C語言編程，通過單片機I/O口狀態(tài)來控制LED的亮滅，采用延時控制LED亮滅時間，最終使得整個立體展現(xiàn)不同的造型和圖案，使其能夠呈現(xiàn)出立體動畫的效果。

　　光立方的背景

　　光立方在2009年10月1日天安門廣場舉行的國慶聯(lián)歡晚會上面世，這是新中國成立六十周年國慶晚會最具創(chuàng)意的三大法寶之首，一個全新的名詞“光立方”，吸引了全國人民的關(guān)注，并得到了全球的高度肯定。所謂“光立方”：就是在平面LED基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的顯示技術(shù)，通過復(fù)雜的程序控制，在三維空間能夠顯示具有立體感的圖形、動畫等，不再停留在乏味的平面成像，直接沖擊著人們的視覺。由此，也掀起了光立方的設(shè)計與學(xué)習(xí)熱潮，在原有的基礎(chǔ)上不斷增加難度，增加變換花樣，吸引電子愛好者對其研究、創(chuàng)新。

　　1.2 研究的意義

　　光立方作為一種特殊的顯示資源，通過更寬廣的三維空間來呈現(xiàn)絢麗的效果，已用于一些廣告行業(yè)、家庭、娛樂廳、會議室、大型演唱會、城市地標(biāo)廣場等場所的布置和裝飾，還可以用于更廣泛方面。而且，光立方的研究對未來的3D技術(shù)有很大的借鑒和啟發(fā)作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　從平面向立體變化，符合科技發(fā)展潮流，3D光立方采用了64顆LED組成，制作難度適中，在制作過程中能提高動手能力、鍛煉焊接技術(shù)。并以低成本，智能化產(chǎn)品對實現(xiàn)經(jīng)濟利益、商業(yè)價值的形成具有積極的推動作用。

　　2 設(shè)計要求和方案選擇

　　2.1 設(shè)計要求

　　光立方上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示P.，進入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。光立方可以通過鍵盤選擇顯示花樣，切換花樣，停止顯示。要求4×4的光立方硬件，并且顯示四種及以上花樣。

　　2.2 方案選擇

　　2.2.1 驅(qū)動芯片的選擇

　　現(xiàn)在單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，目前世界各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位、32位，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供了廣闊的天地，本設(shè)計采用了AT89C52型號單片機，與 MCS-51系列單片機在原有功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。AT89系列單片機片內(nèi)Flash存儲器允許在線擦出，使用編程器或串行下載對其重復(fù)編程

　　2.2.2 驅(qū)動模塊的選擇

　　方案一：采用8個8050NPN三極管驅(qū)動，雖能起到反相的作用。但由于需要八個數(shù)量較多，對于整體布局效果不佳，影響美觀。并且性價比不高，所以不采用此方案。

　　方案二：選用74HC573芯片實現(xiàn)對光立方的動態(tài)掃描，可以鎖定IO口的電平，每個輸出口有20mA的電流輸出，具有有較強的驅(qū)動能力，同時大大縮小元器件占用空間。綜上所述選擇74HC573芯片。

　　2.2.3 發(fā)光LED的選擇

　　方案一：由于我們常用的LED燈不容易聚光，光發(fā)散比較厲害點亮?xí)r相互之間將會有影響，容易影響視角效果。

　　方案二：我們放棄我們經(jīng)常用的草帽型LED，采用的是白發(fā)霧狀藍(lán)燈，工作電壓為2.7~4.2V，工作電流2mA~10mA。使用霧狀的比較聚光，64個燈同時點亮?xí)r也同樣能夠達(dá)到動畫的效果，如圖1所示：

　　圖1 霧面型LED燈