魔幻立体广告演示系统

张赫　高佳慧　祖永胜　李想

摘 要：该文介绍了立体广告演示系统的设计方法，选用ARM芯片控制电路。通过实体搭建的方法，使用上位机编写程序、立体演示动画，达到广告宣传的效果。经过对实体的检验，通过编程可以使实体任意显示文字和动画。

关键词：立体演示 ARM 74HC573 ULN2803

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（b）-0089-03

随着经济社会的不断发展，人们对3D技术的需求越来越高，同时也更加追求实用与美观的结合。3D立体成像技术在未来的社会必将有广泛的应用。教学，医疗，航空航天，模拟分析等高端领域都需要3D技术，而对LED进行技术控制，使其立体显示不同花样，带给未来3D技术的科技体验将具有无穷魅力。信息化社会的高速发展，高科技技术快速的革新，传统的平面显示技术必将逐渐被淘汰，新型的显示设备会如雨后春笋般发展起来。而LED显示技术必将广泛地应用于社会生活的各个领域。

魔幻立体广告演示系统主要是利用LED显示技术结合单片机控制系统，进行展示不同的图案变换，以达到立体显示。

1 原理及电路介绍

1.1 设计原理

设计原理见图1。

电路大体上可以分成核心控制电路、显示驱动电路、串信通信电路3部分。核心控制电路在整个电路当中相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通信，以及给显示屏部分发送命令。单片机根据编写好的内容和指令通过I/O口扩展后驱动16×16×16 LED显示体?。整个设计原理如图1所示。

1.2 工作原理

图2是一张LED的点阵图，如果想要点亮任意位置的LED，我们只要在该位置LED所使用的列线接地，行线接+V即可。因为是16×16的点阵，如果我们让整体任意显示图案，就需要用扫描电路的方式来实现，否则无法实现对其精准的控制。所谓扫描就是一次只能让一行或者一竖LED灯点亮，16次为一个周期，从左至右一次点一次，循环起来，我们就能看见完整的图像了。

这里一共有16层，纵向一束的每根引脚都是要连在一起的，而横向一层的另一根引脚连在一起。每一层有256个灯，但是不像图2一样的平面点阵需要一个周期的扫描，那样会影响到亮度及效率，更影响成像的效果。因此，我们用256根PIN针分别连接到这些灯上，从而实现了一次性对256个灯的控制。ARM的引脚较少，所以采用74HC573进行扩展。

1.3 核心控制电路

核心控制板电路见图3。

核心电路采用STM32系列芯片，相对于51单片机性能提升了很多，性价比高、配置丰富灵活、低功耗[1]。将编译好的程序拷入芯片，通过驱动电路，使LED有序地亮灭。

1.4 驱动电路

驱动电路见图4。

由于每一层有256个LED，所以驱动电路共采用32个74HC573，数据通过并行的方式，打入每一个74HC573中，在控制器里储存这些数据，每层的通断由ULN2803进行控制，通过扫描驱动电路进行动态扫描方式[2]控制灯的亮灭，从而实现每一层256个灯同时的点亮。这样既节省了I/O接口，又使扫描速度得到了提升。

2 显示电路的搭建

2.1 LED的焊接

整个显示电路由4 096个LED组成，共16层，每一层有256个LED，通过特制的焊接模具，将进行过预处理的灯摆放好，然后进行手工焊接。每一层焊接完成之后需要用万用表进行必要的检测，更换击穿或者短路的LED。将16层LED焊接完成之后备用。

2.2 底板的焊接

底板焊接见图5。

将所有元件按照对应位置焊到底板的底面上，在底板的正面对应的256个小孔内焊接PIN针，用于固定灯脚。

2.3 灯阵和底板的拼装

将焊接好的灯按照每层的方式安装到底板上，灯的管脚要确保插入PIN针孔内，如图5所示。

为了确保整体的稳定性，在拼装的过程中，插入了6根0.2cm的铜线，在保证了稳定性的同时，也保证了每层电流的通路。将所有16层灯都拼装完成之后，所有灯的阳极都已经接通了。此时需要把灯的阴极也连接好，灯才能正常工作。

因为控制每层的是2803的管脚，所以事先在设计底板的时候考虑到层控制，已经将2803的管脚引至底板的正面，方便连接。取带有绝缘皮的导线，将第8层连接到1号脚，第7层连接到2号脚，依此类推，将16层都连接好。

此时系统的硬件部分搭建完毕。

灯架搭建见图6。

3 程序的编写

由于整个系统主体过于复杂，程序编写的难度也非常大，所以为了在简化程序编写的过程中，不降低动画的演示效果。我们采用上位机软件，通过上位机将想要演示的动画编写好，由上位机自动编译出程序。

整个上位机共分为5部分，包括动画组、资源列表、索引表、操作区域和效果预览区。通过在操作区域添加帧，将帧与需要显示的动画关联，便可以在效果预览区观察到演示的效果[3]。完成动画的编写之后，通过软件编译转化成程序，拷贝到主板中。整个演示系统就可以演示之前编好的动画。

4 结语

魔幻立体广告演示系统是通过一个16×16的灯阵组成的立体，通过上位机编译程序是灯阵演示动画。因其灯阵较为庞大，可以显示复杂的图案和文字，完全可以达到广告宣传单效果。可以运用于广告宣传，大型展会，体育场馆，企事业单位进行宣传需要等，未来用途广泛，有很大地开发应用潜力。

参考文献

[1] 李群芳.单片微型计算机与接口技术[M].电子工业出版社，2012.

[2] 余春暄.80×86/Pentium微机原理及接口技术[M].机械工业出版社，2008.

[3] 陶佳，梁芳.Flash动画制作[M].中国劳动社会保障出版社，2010.