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【摘要】 本文通过具体的实例分析了光立方显示控制系统，并测试了其实驗结果，证明其应用价值较高，以期提高光立方系统的应用性能。
【关键词】 光立方显示系统 内涵 具体设计
所谓光立方，是一项新的显示技术，它是基于平面LED开发的，采用非常规、非日常的程序控制，在三维空间中显示三维图形和动画。也因此开始了众人对光立方的巧学与巧思，难度也开始在原有的基础上稳步上升，花样的变换也越来越多，其未来的应用前景也更加广阔。
一、设计要求
光立方被激活或按钮复位后，P.无须通过别的方式就能实现自动的显示，从而一下子呈现出准备工作状态。键盘可用于选择和显示光立方图案，并检测图案偏移，然后停止显示。 这种设计需要4×4光立方硬件，完成四个或更多图案的显示。
二、方案分析
2.1系统整体框图
该系统主要包括如下内容：电源电路、复位电路、时钟电路、独立键盘电路、主控电路、驱动电路、数码管显示电路、LED灯箱电路、复位电路、时钟电路、独立键盘电路均采用单片机作为输入，LED光立方电路和数码管显示电路采用单片机输出。
2.2光立方发光的主要原理介绍
对于光立方的设计，必须使用4*4*4的模块，连接它们的方法是层共阴极和垂直共阳极的方法，即每个阴极都被引导到每层LED灯上。共阴极直接接AT89S52单片机的P3.7-P3.4线P3口。16根线取自垂直共阳极，74HC573锁存器用于连接每个芯片上的P0和P2端口。独立键盘连接到 P1 端口的线路上。数码管显示电路必须接P0口和P2口。使用C语言编写程序，可以对光立方的花样实现不同的变化。
三、主要的元器件分析
3.1 AT89S52芯片
AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器。它有一个 8K 系统来对闪存进行编程，它由Atmel公司制造，其中很多密度都比较高，属于一类非易失性存储器技术，在引脚上可以完全兼容行业产品指令80C51。对于片上 Flash，程序存储器允许系统编程，也可以由常规编程器应用。在单芯片上，它有一个8位的CPU，速度更快，更容易在系统上进行可编程Flash，在许多控制应用系统中，AT89S52被广泛使用。AT89S52 微控制器上的部分引脚图。
3.2 74HC573芯片
74HC573是三态非转移透明锁存器，属于八进制。 对于设备输入，可实现兼容标准CMOS输出;结合上拉电阻，它们获得了LS/ALSTTL输出的兼容性。如果锁存上升可以很高，则这些设备上的锁存对数据来说，无异于是透明的（即输出是同步的）。如果锁存功能被降低，对应于创建时间和抑制时间的数据将被锁存。输出是高阻态的话，不是高电平也不是低电平。在这种情况下，多个芯片会实现同一个输出，如果丢失的输入数据丢失，仍然会继续到芯片的输出。
3.3四位一体数码管
本设计中，数码管采用四个共阳极，其内部电路相连。段控管脚是指高八位管脚，位置控制管脚是下部。使用位置控制输入方式和控制信号，按照自己的方式释放数码管。
四、硬件电路模块分析
4.1最小系统模块
对于单片机的最小系统来说，它主要包括：单片机、复位电路、电源电路、下载电路以及时钟电路等。
1.电源电路。直流+5V是单片机的输入电压，它要实现正常工作，需要将+5V 的直流电源接通才可以。为了实现+5V电源电压，可以通过12V变压器，来降压220V的电压，使其成为需要的12V交流电压，而后利用整流、稳压、滤波等方式，向系统提供稳定的直流电压+5V。需要选择2W10型号的整流桥，2A是其电流的承受能力，1000V是其最大的耐压能力。进过进行计算，对滤波电容的C5和C6，取标称值为470μF，减少纹波系数电容C2取0.1μF，使用LM7805稳压芯片，为了对发光二极管进行保护，使其不被烧坏，再通过1K的保护电阻R12，才能将稳定的+5V电压进行输出。
2.复位电路。我们经常提到的单片机，reset是它的初始化操作，主要作用是判断0000H的PC启动，从0000H单元开始，单片机执行程序。除了进入通常的系统启动外，如果程序运行期间出现了一定的错误，或者运行中出现的一定错误，系统处于死机状态，要解决问题，需要按重置按钮重新启动它，硬件系统采用的单片机为AT89S52，单片机通过RST引脚复位形成两个高电平周期后即可实现复位。因此，如果不按下reset键，可以通过计算得出电容C1选用22μF，电阻R9选用1K;如果选择复位按钮，则复位端通过电阻 R10 连接到 VCC，因为电阻 R9 和 R10 有分压。为确保有效的复位信号，电阻 R10 选择 200Ω。如图1所示。
3.时钟电路。对于AT89S52，芯片上有一个由反相放大器构成的振荡电路，振荡电路的输入和输出端分别是XTAL1与XTAL2，电容器C3和C4的作用是对振荡频率进行稳定，并实现快速起振，5～33pF为其电容值。我们在实际时钟电路的应用实践中，选择适合自身的尺寸和大小，以电路的对称性作为重要支撑，加之较高的匹配度。本设计中使用的是其电容上限——33pF，晶振是12MHz。图2所示的就是其时钟电路图。
4.2驱动模块
该设计使用了两块74HC573芯片，将其进行并联驱动。光立方是竖共阳以及层共阴的，十六根导线通过共阳来引出，其芯片驱动使用74HC573，利用芯片接到P0口以及P2口。四根导线通过共阴引出来，将其和P3.7-P3.4口线直接进行连接。
4.3键盘模块
该设计使用一个总共有四个键的非捆绑式的键盘。每个按键之间都是听后自己的命令，每个按键都对应了唯一一个有效控制一个光立方显示的状态。图3为按键电路图，S1-S4按键连接到单片机的P10-P13端口。单片机芯片上的四个端口都加了上拉电阻，按下按钮，相应端口电平升高。 4.4显示模块
在数码管显示的模块区间范围内，可以从下面几个组成部分清楚的看到：四个单数码管、74HC573驱动芯片和8个达到470Ω电阻。我们所熟知的数码管，二极管是它的主体框架和主体结构，假设发光二极管没有受到外界的干扰而是有序正常工作时，其两端被1.6V的正向压降阻断，10mA为初始电流。为保证数码管达到更好的亮度，可使用74HC573芯片放大电流作为数码管的驱动，进而将数码管段掌控在自己的手中。
另外，电流的大小一定要适中，一旦超出了预期，那么数码管损坏的几率就会非常大，所以在P0上接一个470Ω的电阻。来实现限流。
五、测试光立方系统
5.1操作介绍
完成电路连接并确保其无误后，将电源接通。上电显示P.，将复位键按下也有P.显示。将键1按下，光立方显示模块实现了全亮并进行闪烁。将键2按下，光立方显示模块由第一层全亮并闪烁开始向下移动循环。将键3按下，点亮一竖LED灯的左对角循环。将键4按下，对于单片的第一竖以及第四竖来说，可以实现点亮左右循环。
5.3分析结果
在成功搭建完成光立方后，對于整体上电 LED 灯来说，它没有发生半亮或者不亮的现象。光立方利用仿真软件设计，将字体和图形显示出来，具有良好的显示效果，图形也可以实现流畅的变换。
利用Zigbee 网络协调器以及BH1705构成的光强调节系统，在具有较弱或较强的光强时，可以对亮度进行自动调节，使其达到光强合适区，同时还能进行远程智能控制。该系统的结构比较简单，同时具有较高的可靠性，其应用价值也相对较高。
六、结束语
现今我国的社会经济在飞速发展，人们对探索对LED显示屏各个方面的脚步一直没有停歇，应用的广度和深度正在对人们的生活产生深刻的影响。今天，它正朝着更高的亮度、更高的耐候性、更高的光密度、更高的均匀性、更强的可靠性和完美的显色性发展。
参 考 文 献
[1]赖雄辉，方泽彬. 基于物联网的3D RGB光立方控制系统设计[J]. 广东轻工职业技术学院学报，2019，18（4）：1-4，9.
[2]何滔，雷富坤. 基于STC单片机的8×8×8LED光立方系统设计与功能实现研究[J]. 电子测试，2020（19）：37-38，17.
[3]张敏. 基于Zigbee控制的LED 3D立体效果显示系统设计研究[J]. 通讯世界，2016（17）：277-278.
[4]李红波，李盛，黄健. 大中型光立方体及驱动组件建模与仿真[J]. 液晶与显示，2020，35（9）：946-954.
[5] 陈漱文. 一种无线分布式控制的互动地砖屏系统设计[J]. 电子制作，2016（13）：7-9.
[6]颜兵兵，任翔，贾俊成，等. 基于单片机的LED立体成像系统设计[J]. 佳木斯大学学报（自然科学版），2013，31（3）：393-395.
【关键词】 光立方显示系统 内涵 具体设计
所谓光立方，是一项新的显示技术，它是基于平面LED开发的，采用非常规、非日常的程序控制，在三维空间中显示三维图形和动画。也因此开始了众人对光立方的巧学与巧思，难度也开始在原有的基础上稳步上升，花样的变换也越来越多，其未来的应用前景也更加广阔。
一、设计要求
光立方被激活或按钮复位后，P.无须通过别的方式就能实现自动的显示，从而一下子呈现出准备工作状态。键盘可用于选择和显示光立方图案，并检测图案偏移，然后停止显示。 这种设计需要4×4光立方硬件，完成四个或更多图案的显示。
二、方案分析
2.1系统整体框图
该系统主要包括如下内容：电源电路、复位电路、时钟电路、独立键盘电路、主控电路、驱动电路、数码管显示电路、LED灯箱电路、复位电路、时钟电路、独立键盘电路均采用单片机作为输入，LED光立方电路和数码管显示电路采用单片机输出。
2.2光立方发光的主要原理介绍
对于光立方的设计，必须使用4*4*4的模块，连接它们的方法是层共阴极和垂直共阳极的方法，即每个阴极都被引导到每层LED灯上。共阴极直接接AT89S52单片机的P3.7-P3.4线P3口。16根线取自垂直共阳极，74HC573锁存器用于连接每个芯片上的P0和P2端口。独立键盘连接到 P1 端口的线路上。数码管显示电路必须接P0口和P2口。使用C语言编写程序，可以对光立方的花样实现不同的变化。
三、主要的元器件分析
3.1 AT89S52芯片
AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器。它有一个 8K 系统来对闪存进行编程，它由Atmel公司制造，其中很多密度都比较高，属于一类非易失性存储器技术，在引脚上可以完全兼容行业产品指令80C51。对于片上 Flash，程序存储器允许系统编程，也可以由常规编程器应用。在单芯片上，它有一个8位的CPU，速度更快，更容易在系统上进行可编程Flash，在许多控制应用系统中，AT89S52被广泛使用。AT89S52 微控制器上的部分引脚图。
3.2 74HC573芯片
74HC573是三态非转移透明锁存器，属于八进制。 对于设备输入，可实现兼容标准CMOS输出;结合上拉电阻，它们获得了LS/ALSTTL输出的兼容性。如果锁存上升可以很高，则这些设备上的锁存对数据来说，无异于是透明的（即输出是同步的）。如果锁存功能被降低，对应于创建时间和抑制时间的数据将被锁存。输出是高阻态的话，不是高电平也不是低电平。在这种情况下，多个芯片会实现同一个输出，如果丢失的输入数据丢失，仍然会继续到芯片的输出。
3.3四位一体数码管
本设计中，数码管采用四个共阳极，其内部电路相连。段控管脚是指高八位管脚，位置控制管脚是下部。使用位置控制输入方式和控制信号，按照自己的方式释放数码管。
四、硬件电路模块分析
4.1最小系统模块
对于单片机的最小系统来说，它主要包括：单片机、复位电路、电源电路、下载电路以及时钟电路等。
1.电源电路。直流+5V是单片机的输入电压，它要实现正常工作，需要将+5V 的直流电源接通才可以。为了实现+5V电源电压，可以通过12V变压器，来降压220V的电压，使其成为需要的12V交流电压，而后利用整流、稳压、滤波等方式，向系统提供稳定的直流电压+5V。需要选择2W10型号的整流桥，2A是其电流的承受能力，1000V是其最大的耐压能力。进过进行计算，对滤波电容的C5和C6，取标称值为470μF，减少纹波系数电容C2取0.1μF，使用LM7805稳压芯片，为了对发光二极管进行保护，使其不被烧坏，再通过1K的保护电阻R12，才能将稳定的+5V电压进行输出。
2.复位电路。我们经常提到的单片机，reset是它的初始化操作，主要作用是判断0000H的PC启动，从0000H单元开始，单片机执行程序。除了进入通常的系统启动外，如果程序运行期间出现了一定的错误，或者运行中出现的一定错误，系统处于死机状态，要解决问题，需要按重置按钮重新启动它，硬件系统采用的单片机为AT89S52，单片机通过RST引脚复位形成两个高电平周期后即可实现复位。因此，如果不按下reset键，可以通过计算得出电容C1选用22μF，电阻R9选用1K;如果选择复位按钮，则复位端通过电阻 R10 连接到 VCC，因为电阻 R9 和 R10 有分压。为确保有效的复位信号，电阻 R10 选择 200Ω。如图1所示。
3.时钟电路。对于AT89S52，芯片上有一个由反相放大器构成的振荡电路，振荡电路的输入和输出端分别是XTAL1与XTAL2，电容器C3和C4的作用是对振荡频率进行稳定，并实现快速起振，5～33pF为其电容值。我们在实际时钟电路的应用实践中，选择适合自身的尺寸和大小，以电路的对称性作为重要支撑，加之较高的匹配度。本设计中使用的是其电容上限——33pF，晶振是12MHz。图2所示的就是其时钟电路图。
4.2驱动模块
该设计使用了两块74HC573芯片，将其进行并联驱动。光立方是竖共阳以及层共阴的，十六根导线通过共阳来引出，其芯片驱动使用74HC573，利用芯片接到P0口以及P2口。四根导线通过共阴引出来，将其和P3.7-P3.4口线直接进行连接。
4.3键盘模块
该设计使用一个总共有四个键的非捆绑式的键盘。每个按键之间都是听后自己的命令，每个按键都对应了唯一一个有效控制一个光立方显示的状态。图3为按键电路图，S1-S4按键连接到单片机的P10-P13端口。单片机芯片上的四个端口都加了上拉电阻，按下按钮，相应端口电平升高。 4.4显示模块
在数码管显示的模块区间范围内，可以从下面几个组成部分清楚的看到：四个单数码管、74HC573驱动芯片和8个达到470Ω电阻。我们所熟知的数码管，二极管是它的主体框架和主体结构，假设发光二极管没有受到外界的干扰而是有序正常工作时，其两端被1.6V的正向压降阻断，10mA为初始电流。为保证数码管达到更好的亮度，可使用74HC573芯片放大电流作为数码管的驱动，进而将数码管段掌控在自己的手中。
另外，电流的大小一定要适中，一旦超出了预期，那么数码管损坏的几率就会非常大，所以在P0上接一个470Ω的电阻。来实现限流。
五、测试光立方系统
5.1操作介绍
完成电路连接并确保其无误后，将电源接通。上电显示P.，将复位键按下也有P.显示。将键1按下，光立方显示模块实现了全亮并进行闪烁。将键2按下，光立方显示模块由第一层全亮并闪烁开始向下移动循环。将键3按下，点亮一竖LED灯的左对角循环。将键4按下，对于单片的第一竖以及第四竖来说，可以实现点亮左右循环。
5.3分析结果
在成功搭建完成光立方后，對于整体上电 LED 灯来说，它没有发生半亮或者不亮的现象。光立方利用仿真软件设计，将字体和图形显示出来，具有良好的显示效果，图形也可以实现流畅的变换。
利用Zigbee 网络协调器以及BH1705构成的光强调节系统，在具有较弱或较强的光强时，可以对亮度进行自动调节，使其达到光强合适区，同时还能进行远程智能控制。该系统的结构比较简单，同时具有较高的可靠性，其应用价值也相对较高。
六、结束语
现今我国的社会经济在飞速发展，人们对探索对LED显示屏各个方面的脚步一直没有停歇，应用的广度和深度正在对人们的生活产生深刻的影响。今天，它正朝着更高的亮度、更高的耐候性、更高的光密度、更高的均匀性、更强的可靠性和完美的显色性发展。
参 考 文 献
[1]赖雄辉，方泽彬. 基于物联网的3D RGB光立方控制系统设计[J]. 广东轻工职业技术学院学报，2019，18（4）：1-4，9.
[2]何滔，雷富坤. 基于STC单片机的8×8×8LED光立方系统设计与功能实现研究[J]. 电子测试，2020（19）：37-38，17.
[3]张敏. 基于Zigbee控制的LED 3D立体效果显示系统设计研究[J]. 通讯世界，2016（17）：277-278.
[4]李红波，李盛，黄健. 大中型光立方体及驱动组件建模与仿真[J]. 液晶与显示，2020，35（9）：946-954.
[5] 陈漱文. 一种无线分布式控制的互动地砖屏系统设计[J]. 电子制作，2016（13）：7-9.
[6]颜兵兵，任翔，贾俊成，等. 基于单片机的LED立体成像系统设计[J]. 佳木斯大学学报（自然科学版），2013，31（3）：393-395.