基于AT89S52单片机的4*4*4光立方

　　当今社会，随着电子行业的迅速发展，单片机广泛的应用于仪器仪表、家用电器、医用设备等领域。从根本上改变了传统的控制系统设思想与设计方法，成为现代生产和生活中重要的一部分。

　　本文介绍了一款基于AT89S52单片机的4*4*4光立方，介绍了系统软硬件设计的主要方法。系统硬件主要分为七个模块：单片机模块、光立方驱动模块、数码管显示模块、独立键盘模块、电源模块、复位模块、下载模块。采用的主控芯片为AT89S52 芯片，驱动电路是采用了常用74HC573数字芯片，设计采用C语言编程，通过单片机I/O口状态来控制LED的亮灭，采用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立体展现不同的造型和图案，使其能够呈现出立体动画的效果。

　　光立方的背景

　　光立方在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世，这是新中国成立六十周年国庆晚会最具创意的三大法宝之首，一个全新的名词“光立方”，吸引了全国人民的关注，并得到了全球的高度肯定。所谓“光立方”：就是在平面LED基础上发展起来的新的显示技术，通过复杂的程序控制，在三维空间能够显示具有立体感的图形、动画等，不再停留在乏味的平面成像，直接冲击着人们的视觉。由此，也掀起了光立方的设计与学习热潮，在原有的基础上不断增加难度，增加变换花样，吸引电子爱好者对其研究、创新。

　　1.2 研究的意义

　　光立方作为一种特殊的显示资源，通过更宽广的三维空间来呈现绚丽的效果，已用于一些广告行业、家庭、娱乐厅、会议室、大型演唱会、城市地标广场等场所的布置和装饰，还可以用于更广泛方面。而且，光立方的研究对未来的3D技术有很大的借鉴和启发作用，具有广阔的应用前景。

　　从平面向立体变化，符合科技发展潮流，3D光立方采用了64颗LED组成，制作难度适中，在制作过程中能提高动手能力、锻炼焊接技术。并以低成本，智能化产品对实现经济利益、商业价值的形成具有积极的推动作用。

　　2 设计要求和方案选择

　　2.1 设计要求

　　光立方上电或按键复位后能自动显示P.，进入准备工作状态。光立方可以通过键盘选择显示花样，切换花样，停止显示。要求4×4的光立方硬件，并且显示四种及以上花样。

　　2.2 方案选择

　　2.2.1 驱动芯片的选择

　　现在单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，目前世界各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位、32位，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地，本设计采用了AT89C52型号单片机，与 MCS-51系列单片机在原有功能、引脚及指令系统方面完全兼容。AT89系列单片机片内Flash存储器允许在线擦出，使用编程器或串行下载对其重复编程

　　2.2.2 驱动模块的选择

　　方案一：采用8个8050NPN三极管驱动，虽能起到反相的作用。但由于需要八个数量较多，对于整体布局效果不佳，影响美观。并且性价比不高，所以不采用此方案。

　　方案二：选用74HC573芯片实现对光立方的动态扫描，可以锁定IO口的电平，每个输出口有20mA的电流输出，具有有较强的驱动能力，同时大大缩小元器件占用空间。综上所述选择74HC573芯片。

　　2.2.3 发光LED的选择

　　方案一：由于我们常用的LED灯不容易聚光，光发散比较厉害点亮时相互之间将会有影响，容易影响视角效果。

　　方案二：我们放弃我们经常用的草帽型LED，采用的是白发雾状蓝灯，工作电压为2.7~4.2V，工作电流2mA~10mA。使用雾状的比较聚光，64个灯同时点亮时也同样能够达到动画的效果，如图1所示：

　　图1 雾面型LED灯