當(dāng)今社會(huì)，隨著電子行業(yè)的迅速發(fā)展，單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域。從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)思想與設(shè)計(jì)方法，成為現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中重要的一部分。

　　本文介紹了一款基于AT89S52單片機(jī)的4*4*4光立方，介紹了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的主要方法。系統(tǒng)硬件主要分為七個(gè)模塊：單片機(jī)模塊、光立方驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、獨(dú)立鍵盤模塊、電源模塊、復(fù)位模塊、下載模塊。采用的主控芯片為AT89S52 芯片，驅(qū)動(dòng)電路是采用了常用74HC573數(shù)字芯片，設(shè)計(jì)采用C語言編程，通過單片機(jī)I/O口狀態(tài)來控制LED的亮滅，采用延時(shí)控制LED亮滅時(shí)間，最終使得整個(gè)立體展現(xiàn)不同的造型和圖案，使其能夠呈現(xiàn)出立體動(dòng)畫的效果。

　　光立方的背景

　　光立方在2009年10月1日天安門廣場(chǎng)舉行的國慶聯(lián)歡晚會(huì)上面世，這是新中國成立六十周年國慶晚會(huì)最具創(chuàng)意的三大法寶之首，一個(gè)全新的名詞“光立方”，吸引了全國人民的關(guān)注，并得到了全球的高度肯定。所謂“光立方”：就是在平面LED基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的顯示技術(shù)，通過復(fù)雜的程序控制，在三維空間能夠顯示具有立體感的圖形、動(dòng)畫等，不再停留在乏味的平面成像，直接沖擊著人們的視覺。由此，也掀起了光立方的設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)熱潮，在原有的基礎(chǔ)上不斷增加難度，增加變換花樣，吸引電子愛好者對(duì)其研究、創(chuàng)新。

　　1.2 研究的意義

　　光立方作為一種特殊的顯示資源，通過更寬廣的三維空間來呈現(xiàn)絢麗的效果，已用于一些廣告行業(yè)、家庭、娛樂廳、會(huì)議室、大型演唱會(huì)、城市地標(biāo)廣場(chǎng)等場(chǎng)所的布置和裝飾，還可以用于更廣泛方面。而且，光立方的研究對(duì)未來的3D技術(shù)有很大的借鑒和啟發(fā)作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　從平面向立體變化，符合科技發(fā)展潮流，3D光立方采用了64顆LED組成，制作難度適中，在制作過程中能提高動(dòng)手能力、鍛煉焊接技術(shù)。并以低成本，智能化產(chǎn)品對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益、商業(yè)價(jià)值的形成具有積極的推動(dòng)作用。

　　2 設(shè)計(jì)要求和方案選擇

　　2.1 設(shè)計(jì)要求

　　光立方上電或按鍵復(fù)位后能自動(dòng)顯示P.，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。光立方可以通過鍵盤選擇顯示花樣，切換花樣，停止顯示。要求4×4的光立方硬件，并且顯示四種及以上花樣。

　　2.2 方案選擇

　　2.2.1 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇

　　現(xiàn)在單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，目前世界各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位、32位，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地，本設(shè)計(jì)采用了AT89C52型號(hào)單片機(jī)，與 MCS-51系列單片機(jī)在原有功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。AT89系列單片機(jī)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器允許在線擦出，使用編程器或串行下載對(duì)其重復(fù)編程

　　2.2.2 驅(qū)動(dòng)模塊的選擇

　　方案一：采用8個(gè)8050NPN三極管驅(qū)動(dòng)，雖能起到反相的作用。但由于需要八個(gè)數(shù)量較多，對(duì)于整體布局效果不佳，影響美觀。并且性價(jià)比不高，所以不采用此方案。

　　方案二：選用74HC573芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)光立方的動(dòng)態(tài)掃描，可以鎖定IO口的電平，每個(gè)輸出口有20mA的電流輸出，具有有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)大大縮小元器件占用空間。綜上所述選擇74HC573芯片。

　　2.2.3 發(fā)光LED的選擇

　　方案一：由于我們常用的LED燈不容易聚光，光發(fā)散比較厲害點(diǎn)亮?xí)r相互之間將會(huì)有影響，容易影響視角效果。

　　方案二：我們放棄我們經(jīng)常用的草帽型LED，采用的是白發(fā)霧狀藍(lán)燈，工作電壓為2.7~4.2V，工作電流2mA~10mA。使用霧狀的比較聚光，64個(gè)燈同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r也同樣能夠達(dá)到動(dòng)畫的效果，如圖1所示：

　　圖1 霧面型LED燈