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【摘要】随着电子科学技术的迅猛发展，LED电子显示技术越来越成熟。尽管五光十色的显示方式给人们带来暂时性的视觉享受，但平面显示的单调性与枯燥性的问题更为明显。为了丰富LED显示方式，本文将研究基于视觉暂留原理3D光立方设计，旨在分析系统原理，发挥LED在立体空间显示上的优势。
【关键词】视觉暂留 3D光立方 硬件驱动 单片机
引言
电子科技高速发展的今天，普通的平面LED显示技术已经不能满足人对于显示方式的要求。本系统充分发挥了LED显示技术的优点，具有亮度高、节能、环保、成本低等特点。相比于平面LED显示，其显示内容多、美观程度高、开发方式多样等特点，广泛为人们所接受。本文将研究基于视觉暂留原理3D光立方的系统原理与设计，旨在使其得到更多关注以及广泛的应用。
一、光立方设计原理
光立方设计中，核心的思想是利用人眼的视觉暂留原理，利用单片机控制LED光立方在短时间内不断变换显示的图形，呈现三维立体的动画效果。控制流程如下：键盘按键，输入显示模式，控制器发控制信号，驱动单元驱动，LED显示。
二、系统设计
2.1 硬件方面
本系统硬件方面主要由微控制器模块、阳极驱动模块、阴极驱动模块、显示模块组成。以下是对系统各模块进行的阐述。
微控制器模块即CPU，主控采用STC89C51芯片。STC89C51是一款八位单片机，采用8051核的ISP，时钟频率最高为80MHZ，具有系统可编程特性，片内有8k字节可以反复擦写的只读程序存储器。为维持正常运行，要为其提供最小系统。最小系统由复位电路和时钟电路组成。复位电路保证单片机上电之后能够正常工作，时钟电路为单片机提供时钟信号即单片机运行的最小节拍。
阳极驱动模块采用74HC573锁存器，采用并行输入、输出的控制方式。以PO口作为数据并行输入口，并行输出64位与LED点阵树相连。74HC573的OE端接地，允许对其进行控制。锁存器的LE控制端，分别与系统的P2.O-P2.7相连控制八位锁存器的锁存。
阴极驱动模块采用ULN2803达林顿管驱动。达林顿管适用于较高的电流电压要求之间的接口，兼容TTL电平。ULN2804适用于6至15伏高电平CMOS或PMOS。单片机Pl.O-P1.7并行接口作为数据口与INl-IN8相连，八个数据输出端口分别串联1千欧限流电阻后与单片机每一层相连。
显示模块由512个LED弯折搭建，组成8*8*8的空间立方体。LED选型方面，应尽量选用亮度高、雾状发光、方形长脚LED。
搭建过程中，遵循从点到面再到体的顺序。检查LED：用万用表对每一个LED进行测试，确保搭建好的立方体不会因个别点的工作故障显示不全。制作单层模板：在普通实验板上用单排插针以两个插针为一个单位，间距为八行，固定8*8=64个点作为一层的LED定位点。焊接单层LED：将LED阳极引脚相对于阴极引脚按照LED的一个固定方向弯折900。
把方形LED嵌入到模板中，调整引脚方向，每行每列的引脚联通，形成8*8的单层点阵，共有八个行引脚和八个列引脚。组成3D光立方：将八层LED点阵组成一个8*8*8的空间立方体，X、Y、Z方向引脚联通，共72个驱动引脚。
统软件设计的核心思想是，利用人眼视觉暂留原理，在每秒内显示20帧以上的画面达到呈现连续画面的效果。
不同于平面LED显示之处在于512个灯是在空间上的排布，而控制图形数据的输出只能在二维上。3D立方体显示同平面LED显示相同之处在于都是通过动态显示技术，达到以间断表示连续的效果。显示方式如下：一，模型化空间立方体。把8*8*8的立方体看成由八层8*8点阵组成。二，建立64位数组，切割空间图形为八层，每层存入一个数组内。八个为一组等待调用。三，循环输出扫描，以扫描八组数据为一帧，对3D图形进行扫描显示。
通过STC89C51芯片内部的定时器进行计时，每隔0.05s通过响应定时器中断，调用显示函数，显示相应3D图形。程序流程：初始化、响应定时器中断、处理中断、结束中断。
三、总结
综上所述，通过对软硬件两方面的技术改进能够使LED光立方稳定高效的发挥其显示功能。本文进行研究探讨，通过电子技术的应用能够使LED这一节能产品在3D显示方面更加稳定、安全与便捷。
【关键词】视觉暂留 3D光立方 硬件驱动 单片机
引言
电子科技高速发展的今天，普通的平面LED显示技术已经不能满足人对于显示方式的要求。本系统充分发挥了LED显示技术的优点，具有亮度高、节能、环保、成本低等特点。相比于平面LED显示，其显示内容多、美观程度高、开发方式多样等特点，广泛为人们所接受。本文将研究基于视觉暂留原理3D光立方的系统原理与设计，旨在使其得到更多关注以及广泛的应用。
一、光立方设计原理
光立方设计中，核心的思想是利用人眼的视觉暂留原理，利用单片机控制LED光立方在短时间内不断变换显示的图形，呈现三维立体的动画效果。控制流程如下：键盘按键，输入显示模式，控制器发控制信号，驱动单元驱动，LED显示。
二、系统设计
2.1 硬件方面
本系统硬件方面主要由微控制器模块、阳极驱动模块、阴极驱动模块、显示模块组成。以下是对系统各模块进行的阐述。
微控制器模块即CPU，主控采用STC89C51芯片。STC89C51是一款八位单片机，采用8051核的ISP，时钟频率最高为80MHZ，具有系统可编程特性，片内有8k字节可以反复擦写的只读程序存储器。为维持正常运行，要为其提供最小系统。最小系统由复位电路和时钟电路组成。复位电路保证单片机上电之后能够正常工作，时钟电路为单片机提供时钟信号即单片机运行的最小节拍。
阳极驱动模块采用74HC573锁存器，采用并行输入、输出的控制方式。以PO口作为数据并行输入口，并行输出64位与LED点阵树相连。74HC573的OE端接地，允许对其进行控制。锁存器的LE控制端，分别与系统的P2.O-P2.7相连控制八位锁存器的锁存。
阴极驱动模块采用ULN2803达林顿管驱动。达林顿管适用于较高的电流电压要求之间的接口，兼容TTL电平。ULN2804适用于6至15伏高电平CMOS或PMOS。单片机Pl.O-P1.7并行接口作为数据口与INl-IN8相连，八个数据输出端口分别串联1千欧限流电阻后与单片机每一层相连。
显示模块由512个LED弯折搭建，组成8*8*8的空间立方体。LED选型方面，应尽量选用亮度高、雾状发光、方形长脚LED。
搭建过程中，遵循从点到面再到体的顺序。检查LED：用万用表对每一个LED进行测试，确保搭建好的立方体不会因个别点的工作故障显示不全。制作单层模板：在普通实验板上用单排插针以两个插针为一个单位，间距为八行，固定8*8=64个点作为一层的LED定位点。焊接单层LED：将LED阳极引脚相对于阴极引脚按照LED的一个固定方向弯折900。
把方形LED嵌入到模板中，调整引脚方向，每行每列的引脚联通，形成8*8的单层点阵，共有八个行引脚和八个列引脚。组成3D光立方：将八层LED点阵组成一个8*8*8的空间立方体，X、Y、Z方向引脚联通，共72个驱动引脚。
统软件设计的核心思想是，利用人眼视觉暂留原理，在每秒内显示20帧以上的画面达到呈现连续画面的效果。
不同于平面LED显示之处在于512个灯是在空间上的排布，而控制图形数据的输出只能在二维上。3D立方体显示同平面LED显示相同之处在于都是通过动态显示技术，达到以间断表示连续的效果。显示方式如下：一，模型化空间立方体。把8*8*8的立方体看成由八层8*8点阵组成。二，建立64位数组，切割空间图形为八层，每层存入一个数组内。八个为一组等待调用。三，循环输出扫描，以扫描八组数据为一帧，对3D图形进行扫描显示。
通过STC89C51芯片内部的定时器进行计时，每隔0.05s通过响应定时器中断，调用显示函数，显示相应3D图形。程序流程：初始化、响应定时器中断、处理中断、结束中断。
三、总结
综上所述，通过对软硬件两方面的技术改进能够使LED光立方稳定高效的发挥其显示功能。本文进行研究探讨，通过电子技术的应用能够使LED这一节能产品在3D显示方面更加稳定、安全与便捷。