基于单片机的LED 立体成像系统设计①

颜兵兵， 任 翔， 贾俊成， 李广宇， 李 杨

(佳木斯大学机械工程学院，黑龙江 佳木斯154007)

0 引 言

近年来，随着3D 显示技术迅速发展，作为人机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展.基于LED 立体成像的产品无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪立体成像的代表性主流产品. 在2009 年的国庆期间，北京设立了21处LED 夜景照明景观，布置了LED 立方体，组成方形的地面视频区域［1］，给人带来一种全新的视觉体验［2］.LED 立体成像技术在文化、教育、电视广播、娱乐、工程、医疗科技、军事等诸多方面具有广泛的应用，在实现三维建模、三维心电图、数据可视化、工业及建筑设计等方面也具有重要的研究价值.

本文以单片机作为控制核心，设计一种基于LED 的立体成像系统(简称光立方).通过PC 串口发送指令给单片机，再由单片机进行码控制LED点阵，以实现动态显示立体图像效果.

1 LED 立体成像系统工作原理

本系统是基于二维LED 平面显示技术扩展到三维的LED 立体显示［3］.LED 点阵设计采用16 ×16 ×16 模式，以单片机为控制核心，辅以外围电路，配合三维坐标系将立体图像编写成PC 机软件程序，并通过串口通信完成对下位机LED 光立方的控制.LED 立体成像系统原理如图1 所示.

图1 LED 立体成像系统工作原理

2 LED 立体成像系统硬件设计

光立方的灯体由4096(16 ×16 ×16)个雾状红蓝双色LED 组成，分为16 层.建立16 ×16 ×16 点阵的直角坐标系如图2 所示，定义该系统中任意一个LED 的位置坐标为(x，y，z)，各变量取值范围为［0，15］，即{0，1，2，3，…，13，14，15}.

图2 LED 立体成像系统坐标系

每层256 个阳极与APM4953 的输出引脚相连，阴极竖直向下与TB62726 的输出引脚相连. 光立方主控芯片采用STC12C5A60S2 单片机，扫描驱动电路［4］分为层驱动电路(采用APM4953 和74HC595 芯片)和列驱动电路(采用TB62726 芯片)，以TB62726 的并行输出作为光立方的“列”控制，以APM4953 作为光立方的“层”控制，并通过USB 转串口模块PL2303 与PC 机通信.

3 LED 立体成像系统软件设计

3.1 基本原理

(1)由上位机软件计算光立方当前画面各点数据，并采用一种或多种组合形式将该数据传送至单片机;

(2)单片机根据不同指令控制光立方的成像显示，与此同时PC 机通过延时函数控制画面之间的间隔;

(3)循环步骤(1)、(2)，实现动画效果.

图3 由点到线

图4 由线到面

3.2 程序编写

基于上述原理编写程序，TB62726 控制程序如下:

void In_ TB62726(uint date)//将数据移位送入TB62726

{

uint d，i;

d=date;

for(i=0;i ＜16;i+ +){

DN=d＆0x8000;

CLOCK=0;

_nop_();

_nop_();

CLOCK=1;

d=d ＜＜1;

}

LATCH=1;

_nop_();

_nop_();

LATCH=0;

EN=0;//使能TB62726

LATCH=1;//使TB62726 输出

}

图5 由面组合成体

图6 LED 立体成像系统测试

4 设计制作与成像试验

焊接二极管前要将其引脚弯折，制作相应的焊接用模具，再依次由点到线、由线到面、由面到体进行焊接，顺次组装，操作过程如图4 ～6 所示:

光立方整体搭建完成后，设计底层驱动电路板，通过底板引脚将两者连接，再将驱动软件烧录至底层驱动板，在PC 机中运行上位机软件进行立体图像成像控制.图7 为光立方整体连接状态测试效果.

5 总 结

本文设计了一种基于单片机的LED 立体成像系统，由PC 机计算光立方各像素点数据，以STC12C5A60S2 单片机为主控芯片，分别采用APM4953、74HC595 和TB62726 芯片进行层列控制.通过PC 机与单片机协同控制进行了系列立体成像试验，为大型三维立体成像系统研发提供一定的技术支持.

［1］ 胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.北京:清华大学出版社，1996.

［2］ LED Cube3 -dimensional display［EB/OL］.http:www. Instructables.Com/id/Led-Cube-8* 8* 8/.

［3］ 王浩然，秦会斌. LED 点阵屏显示单元的设计与驱动控制［J］.电子器件，2010，33(5):550 -552.

［4］ 闵剑，余菲梁蓓.一种应用于AMOLED 的阵列扫描电路［J］.电子器件2011，34(5):303 -306.