顏兵兵， 任 翔， 賈俊成， 李廣宇， 李 楊

(佳木斯大學(xué)機械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯154007)

0 引 言

近年來，隨著3D 顯示技術(shù)迅速發(fā)展，作為人機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展.基于LED 立體成像的產(chǎn)品無疑會有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀立體成像的代表性主流產(chǎn)品. 在2009 年的國慶期間，北京設(shè)立了21處LED 夜景照明景觀，布置了LED 立方體，組成方形的地面視頻區(qū)域［1］，給人帶來一種全新的視覺體驗［2］.LED 立體成像技術(shù)在文化、教育、電視廣播、娛樂、工程、醫(yī)療科技、軍事等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用，在實現(xiàn)三維建模、三維心電圖、數(shù)據(jù)可視化、工業(yè)及建筑設(shè)計等方面也具有重要的研究價值.

本文以單片機作為控制核心，設(shè)計一種基于LED 的立體成像系統(tǒng)(簡稱光立方).通過PC 串口發(fā)送指令給單片機，再由單片機進行碼控制LED點陣，以實現(xiàn)動態(tài)顯示立體圖像效果.

1 LED 立體成像系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)是基于二維LED 平面顯示技術(shù)擴展到三維的LED 立體顯示［3］.LED 點陣設(shè)計采用16 ×16 ×16 模式，以單片機為控制核心，輔以外圍電路，配合三維坐標(biāo)系將立體圖像編寫成PC 機軟件程序，并通過串口通信完成對下位機LED 光立方的控制.LED 立體成像系統(tǒng)原理如圖1 所示.

圖1 LED 立體成像系統(tǒng)工作原理

2 LED 立體成像系統(tǒng)硬件設(shè)計

光立方的燈體由4096(16 ×16 ×16)個霧狀紅藍雙色LED 組成，分為16 層.建立16 ×16 ×16 點陣的直角坐標(biāo)系如圖2 所示，定義該系統(tǒng)中任意一個LED 的位置坐標(biāo)為(x，y，z)，各變量取值范圍為［0，15］，即{0，1，2，3，…，13，14，15}.

圖2 LED 立體成像系統(tǒng)坐標(biāo)系

每層256 個陽極與APM4953 的輸出引腳相連，陰極豎直向下與TB62726 的輸出引腳相連. 光立方主控芯片采用STC12C5A60S2 單片機，掃描驅(qū)動電路［4］分為層驅(qū)動電路(采用APM4953 和74HC595 芯片)和列驅(qū)動電路(采用TB62726 芯片)，以TB62726 的并行輸出作為光立方的“列”控制，以APM4953 作為光立方的“層”控制，并通過USB 轉(zhuǎn)串口模塊PL2303 與PC 機通信.

3 LED 立體成像系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 基本原理

(1)由上位機軟件計算光立方當(dāng)前畫面各點數(shù)據(jù)，并采用一種或多種組合形式將該數(shù)據(jù)傳送至單片機;

(2)單片機根據(jù)不同指令控制光立方的成像顯示，與此同時PC 機通過延時函數(shù)控制畫面之間的間隔;

(3)循環(huán)步驟(1)、(2)，實現(xiàn)動畫效果.

圖3 由點到線

圖4 由線到面

3.2 程序編寫

基于上述原理編寫程序，TB62726 控制程序如下:

void In_ TB62726(uint date)//將數(shù)據(jù)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 輸出

}

圖5 由面組合成體

圖6 LED 立體成像系統(tǒng)測試

4 設(shè)計制作與成像試驗

焊接二極管前要將其引腳彎折，制作相應(yīng)的焊接用模具，再依次由點到線、由線到面、由面到體進行焊接，順次組裝，操作過程如圖4 ～6 所示:

光立方整體搭建完成后，設(shè)計底層驅(qū)動電路板，通過底板引腳將兩者連接，再將驅(qū)動軟件燒錄至底層驅(qū)動板，在PC 機中運行上位機軟件進行立體圖像成像控制.圖7 為光立方整體連接狀態(tài)測試效果.

5 總 結(jié)

本文設(shè)計了一種基于單片機的LED 立體成像系統(tǒng)，由PC 機計算光立方各像素點數(shù)據(jù)，以STC12C5A60S2 單片機為主控芯片，分別采用APM4953、74HC595 和TB62726 芯片進行層列控制.通過PC 機與單片機協(xié)同控制進行了系列立體成像試驗，為大型三維立體成像系統(tǒng)研發(fā)提供一定的技術(shù)支持.

［1］ 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)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，秦會斌. LED 點陣屏顯示單元的設(shè)計與驅(qū)動控制［J］.電子器件，2010，33(5):550 -552.

［4］ 閔劍，余菲梁蓓.一種應(yīng)用于AMOLED 的陣列掃描電路［J］.電子器件2011，34(5):303 -306.