魔幻立體廣告演示系統(tǒng)

張赫　高佳慧　祖永勝　李想

摘 要：該文介紹了立體廣告演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，選用ARM芯片控制電路。通過實(shí)體搭建的方法，使用上位機(jī)編寫程序、立體演示動畫，達(dá)到廣告宣傳的效果。經(jīng)過對實(shí)體的檢驗(yàn)，通過編程可以使實(shí)體任意顯示文字和動畫。

關(guān)鍵詞：立體演示 ARM 74HC573 ULN2803

中圖分類號：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（b）-0089-03

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，人們對3D技術(shù)的需求越來越高，同時也更加追求實(shí)用與美觀的結(jié)合。3D立體成像技術(shù)在未來的社會必將有廣泛的應(yīng)用。教學(xué)，醫(yī)療，航空航天，模擬分析等高端領(lǐng)域都需要3D技術(shù)，而對LED進(jìn)行技術(shù)控制，使其立體顯示不同花樣，帶給未來3D技術(shù)的科技體驗(yàn)將具有無窮魅力。信息化社會的高速發(fā)展，高科技技術(shù)快速的革新，傳統(tǒng)的平面顯示技術(shù)必將逐漸被淘汰，新型的顯示設(shè)備會如雨后春筍般發(fā)展起來。而LED顯示技術(shù)必將廣泛地應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域。

魔幻立體廣告演示系統(tǒng)主要是利用LED顯示技術(shù)結(jié)合單片機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行展示不同的圖案變換，以達(dá)到立體顯示。

1 原理及電路介紹

1.1 設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)原理見圖1。

電路大體上可以分成核心控制電路、顯示驅(qū)動電路、串信通信電路3部分。核心控制電路在整個電路當(dāng)中相當(dāng)于一個上位機(jī)，它負(fù)責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、與PC機(jī)的串行通信，以及給顯示屏部分發(fā)送命令。單片機(jī)根據(jù)編寫好的內(nèi)容和指令通過I/O口擴(kuò)展后驅(qū)動16×16×16 LED顯示體?。整個設(shè)計(jì)原理如圖1所示。

1.2 工作原理

圖2是一張LED的點(diǎn)陣圖，如果想要點(diǎn)亮任意位置的LED，我們只要在該位置LED所使用的列線接地，行線接+V即可。因?yàn)槭?6×16的點(diǎn)陣，如果我們讓整體任意顯示圖案，就需要用掃描電路的方式來實(shí)現(xiàn)，否則無法實(shí)現(xiàn)對其精準(zhǔn)的控制。所謂掃描就是一次只能讓一行或者一豎LED燈點(diǎn)亮，16次為一個周期，從左至右一次點(diǎn)一次，循環(huán)起來，我們就能看見完整的圖像了。

這里一共有16層，縱向一束的每根引腳都是要連在一起的，而橫向一層的另一根引腳連在一起。每一層有256個燈，但是不像圖2一樣的平面點(diǎn)陣需要一個周期的掃描，那樣會影響到亮度及效率，更影響成像的效果。因此，我們用256根PIN針分別連接到這些燈上，從而實(shí)現(xiàn)了一次性對256個燈的控制。ARM的引腳較少，所以采用74HC573進(jìn)行擴(kuò)展。

1.3 核心控制電路

核心控制板電路見圖3。

核心電路采用STM32系列芯片，相對于51單片機(jī)性能提升了很多，性價比高、配置豐富靈活、低功耗[1]。將編譯好的程序拷入芯片，通過驅(qū)動電路，使LED有序地亮滅。

1.4 驅(qū)動電路

驅(qū)動電路見圖4。

由于每一層有256個LED，所以驅(qū)動電路共采用32個74HC573，數(shù)據(jù)通過并行的方式，打入每一個74HC573中，在控制器里儲存這些數(shù)據(jù)，每層的通斷由ULN2803進(jìn)行控制，通過掃描驅(qū)動電路進(jìn)行動態(tài)掃描方式[2]控制燈的亮滅，從而實(shí)現(xiàn)每一層256個燈同時的點(diǎn)亮。這樣既節(jié)省了I/O接口，又使掃描速度得到了提升。

2 顯示電路的搭建

2.1 LED的焊接

整個顯示電路由4 096個LED組成，共16層，每一層有256個LED，通過特制的焊接模具，將進(jìn)行過預(yù)處理的燈擺放好，然后進(jìn)行手工焊接。每一層焊接完成之后需要用萬用表進(jìn)行必要的檢測，更換擊穿或者短路的LED。將16層LED焊接完成之后備用。

2.2 底板的焊接

底板焊接見圖5。

將所有元件按照對應(yīng)位置焊到底板的底面上，在底板的正面對應(yīng)的256個小孔內(nèi)焊接PIN針，用于固定燈腳。

2.3 燈陣和底板的拼裝

將焊接好的燈按照每層的方式安裝到底板上，燈的管腳要確保插入PIN針孔內(nèi)，如圖5所示。

為了確保整體的穩(wěn)定性，在拼裝的過程中，插入了6根0.2cm的銅線，在保證了穩(wěn)定性的同時，也保證了每層電流的通路。將所有16層燈都拼裝完成之后，所有燈的陽極都已經(jīng)接通了。此時需要把燈的陰極也連接好，燈才能正常工作。

因?yàn)榭刂泼繉拥氖?803的管腳，所以事先在設(shè)計(jì)底板的時候考慮到層控制，已經(jīng)將2803的管腳引至底板的正面，方便連接。取帶有絕緣皮的導(dǎo)線，將第8層連接到1號腳，第7層連接到2號腳，依此類推，將16層都連接好。

此時系統(tǒng)的硬件部分搭建完畢。

燈架搭建見圖6。

3 程序的編寫

由于整個系統(tǒng)主體過于復(fù)雜，程序編寫的難度也非常大，所以為了在簡化程序編寫的過程中，不降低動畫的演示效果。我們采用上位機(jī)軟件，通過上位機(jī)將想要演示的動畫編寫好，由上位機(jī)自動編譯出程序。

整個上位機(jī)共分為5部分，包括動畫組、資源列表、索引表、操作區(qū)域和效果預(yù)覽區(qū)。通過在操作區(qū)域添加幀，將幀與需要顯示的動畫關(guān)聯(lián)，便可以在效果預(yù)覽區(qū)觀察到演示的效果[3]。完成動畫的編寫之后，通過軟件編譯轉(zhuǎn)化成程序，拷貝到主板中。整個演示系統(tǒng)就可以演示之前編好的動畫。

4 結(jié)語

魔幻立體廣告演示系統(tǒng)是通過一個16×16的燈陣組成的立體，通過上位機(jī)編譯程序是燈陣演示動畫。因其燈陣較為龐大，可以顯示復(fù)雜的圖案和文字，完全可以達(dá)到廣告宣傳單效果?？梢赃\(yùn)用于廣告宣傳，大型展會，體育場館，企事業(yè)單位進(jìn)行宣傳需要等，未來用途廣泛，有很大地開發(fā)應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 余春暄.80×86/Pentium微機(jī)原理及接口技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 陶佳，梁芳.Flash動畫制作[M].中國勞動社會保障出版社，2010.