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POV裸眼3D旋转屏

专家
2013-01-11 14:40:33    评分

作者:鄂东职业技术学院 王展 吴濯清 刘莉

  作品简介

  1. 开发背景:普通的点阵条屏已再无新意, 开发出一款夺人眼球的3D显示POV旋转屏,让商家在众多门面中脱颖而出,显得尤为重要。
  2. 结构说明:该作品有三部分组成,分别为底座电机,控制电路板和透明光幕,此作品是根据上一届的作品的设计理念进行重新设计,在旋转灯条的基础上升级设计的可以显示3D效果的旋转屏,硬件部分包括底座和电路和软件设计都是由我们自主设计制作。本作品采用是组委会提供的BASYS2 FPGA控制芯片,配合74HC595和74HC154做功率驱动,74HC154做为列扫描,74hc595送入数据,再由旋转的透明光幕使显示的字或者图形拖出一条圆弧,在此圆弧上就会显示出3D的效果。另外,由于是使用了透明的点阵光幕,在光幕的顶边、侧边都可以显示平面图形和字。
  3. 功能与使用说明:该作品从结构到外观上给人以视觉上的美感,透明的显示屏在电机的带动下随着转动,奇迹般的闪现了美丽的图案和清晰的字幕。随着科学技术的发展,3D的电影、数码相机等受到了人们的喜爱。因此,通过我们通过改进,把旋转屏做成3D的旋转屏。该作品有坚实的底座,高集成度的开发板,透明的显示屏,可以清晰地在人眼前显示出图案或字幕,我们不用带3D眼镜,直接可以用肉眼看到,让人能身临其境感觉到立体空间感。  

   平台选型说明

  本系统采用了BASYS2 FPGA为主控芯片,此开发板为电路提供了一个设计平台。此硬件是可编程的,可以通过硬件描述语言进行编程。对FPGA的编程在编译后是转化为FPGA内的连线表,相当于FPGA内提供了大量的与非门、或非门、触发器等基本数字器件,编程决定了有多少器件被使用以及它们之间的连接。FPGA速度和性能上有一定的要求,运用在本设计中非常合适。FPGA在速度上和抗干扰上有很大优势。并且它操作简便,自由度大。

  设计说明

  1. 设计原理:本设计原理在于采用了BASYS2 FPGA为主控芯片,此开发板为电路提供了一个设计平台,集成了FPGA所需的支持电路,实现了512个双色LED的工作。本设计采用的矩阵式双色LED的显示,所以为了端口节约,采用74HC595芯片作为串口转并口的工具。此电路需要一个驱动部分对矩阵式双色LED灯的驱动,由74HC595和74HC154协同主控芯片对显示部分进行功率驱动,74HC154作为列扫描,74HC595送入数据,实现LED的亮灭。本设计由电机带动显示屏转动,在人的视觉暂留效果下,3D立体的字或图案就清晰的显示在人们面前。

  2. 系统框图:  

   3.方案选择与论证
  3.1主控芯片的选择与论证
  方案一:采用BASYS2 FPGA作为主控芯片,可以通过硬件描述语言进行编程。它的操作简便,自由度更大。FPGA在抗干扰上,速度上有很大优势。
  方案二:使用最普通的AT系列,此单片机集成在单一芯片上的微型计算机系统,采用也是存储程序执行的方式,对单片机的编程就是对其中的ROM写入程序,在加电后ROM中的程序会像计算机内存中的程序一样得到逐条的执行。单片机属于集成控制器件,也可以用于模拟数字器件,但复杂了许多,代价高了许多,且速度和性能有限。
  由于,本设计对速度和性能有一定的要求,要有一定的抗干扰能力,所以主控芯片选择BASYS2 FPGA。

  3.2串口转并口方案选择与论证
  方案一:采用74HC595作为数据串口转并口的控制芯片。74HC595芯片是一个8位串行输入,8位串行输入或输出的芯片,经常运用于串行到并行的数据转换。74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器,三态输出功能,输出寄存器可以直接清零。74HC595具有数据存储寄存器,在移位的过程中,输出端的数据可以保持不变。
  方案二:使用74HC164译码器也可以作为串口转并口的数据控制芯片,74HC164是一个串入并出的8位移位寄存器,数据通过两个输入端串行输入,在任一端可以用作高电平使能端,控制另一个输入端的数据输入。但74HC164只有数据清零端。
  通过两个芯片的比较,74HC595的功能比较适合本设计使用,且74HC164驱动电流比74HC595小,在本设计中74HC595比较合适。

  4.硬件电路设计
  4.1主控电路部分
  核心控制芯片采用BASYS2 FPGA芯片,此芯片功能强大,资源丰富,此芯片的内部有丰富的触发器和I/O口,采用高速的CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。它可现场可编程门阵列,作为专用集成电路领域中的一种半定制电路出现的,解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。BASYS2 FPGA是提高系统集成度、可靠性的最佳选择。因此,设计主控芯片的电路图如下所示:  

   4.2矩阵LED列扫描电路部分
  由于LED做的是矩阵式的,所以在输入数据时要做一个扫描部分电路,所以,再此选择2个74HC154作为列扫描芯片,此部分的电路设计如下(其中之一):  

   4.3串口转并口电路部分
  本设计采用4个74HC595作为串口转并口的控制芯片,节约了端口资源,且74HC595的主要优点是具有数据存储寄存器,在移位的过程中,输出端的数据可以保持不变。设计此部分电路如下所示(选择其中两个):  

   产品特色

  本作品使用了透明的点阵光幕,在光幕的顶边,侧边都可以显示美丽的图案和清晰的文字,可以同时实现平面和裸眼3D的效果。本作品采用BASYS2 FPGA控制芯片作为核心,配合74HC595和74HC154做功率驱动来显示点阵,FPGA能高速的处理数据以及并行逻辑时序结构,并行时序结构对于控制旋转屏显示3D效果优于普通51内核单片机的顺序逻辑结构。在电子世界里,3D旋转屏也深受人们喜爱,既可以美化眼前的世界,又可以给电子爱好者带来创作的灵感。这个作品贴近生活,也丰富了生活,让人们的视觉世界里充满了色彩,也实现了用肉眼可以观察到,不用任何配置,真是地感受立体的世界。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2357




关键词: 裸眼     旋转     显示     部分     控制     设计     可以     电路         

菜鸟
2018-01-20 11:30:34    评分
2楼

楼主真厉害,请接收一个单片机初学者的膜拜。。


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