CN204537668U - Led光立方 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED光立方，包括电源模块、LED显示单元、控制单元、驱动单元和蜂鸣器，电源模块与蜂鸣器、驱动单元、控制单元和LED显示单元相连，用于给蜂鸣器、驱动单元、控制单元和LED显示单元供电，控制单元的输出端连接蜂鸣器与所述驱动单元的输入端，控制单元用于向蜂鸣器输入音频信号；驱动单元的输出端与LED显示单元连接，LED显示单元为LED光立光体，控制单元的输出端与蜂鸣器通过音效放大电路连接。通过控制单元能够协调控制该LED光立方显示包括文字、图案和动画在内的各种效果，同时，控制单元还向蜂鸣器输入音频信号，因此，该LED光立方不仅能够展示各式的图案，还能配合LED光立方显示的图像发出相应的声音特效，使整个LED光立方更加动感。

Description

LED光立方

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，特别是涉及一种LED光立方。

背景技术

越来越多商家在室内和室外广告投放广告，通常使用阴极管、石英管大型电视或投影设备播放。但大型电视和投影设备等显示的通常为二维图像，不能显示三维图像。

而现有的LED光立方虽能显示三维图像，但现有的LED光立方仅能显示三维图形、文字和较简单的动画，无法显示更在丰富的图案，从而限制了LED光立体的使用。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种多功能的LED光立方。

一种LED光立方，包括电源模块、LED显示单元、控制单元、驱动单元和蜂鸣器，电源模块与蜂鸣器、驱动单元、控制单元和LED显示单元相连，用于给蜂鸣器、驱动单元、控制单元和LED显示单元供电，控制单元的输出端连接蜂鸣器和驱动单元的输入端，控制单元用于向蜂鸣器输入音频信号，驱动单元的输出端与LED显示单元连接，LED显示单元为LED光立光体；

蜂鸣器为无源蜂鸣器，控制单元的输出端与蜂鸣器通过音效放大电路连接，音效放大电路包括三极管、二极管和第二电阻，蜂鸣器的一端接地，另一端与三极管的集电极相连，三极管的集电极与二极管相连，三极管的发射极连接电源，三极管的基极通过第二电阻连接控制单元的输出端，二极管与蜂鸣器并联。

在一种实施方式中，LED显示单元的灯珠为LED水晶灯珠。 

在一种实施方式中，控制单元包括单片机和控制电路，控制电路包括复位开关、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻和晶体振荡器，复位开关的一端与电源连接，另一端与单片机的复位引脚连接，第一电容的一端与电源连 接，另一端分别与单片机的复位引脚和第一电阻的一端连接，晶体振荡器连接在单片机的第一引脚和第二引脚之间，第一引脚还与第二电容的一端连接，第二引脚还与第三电容的一端连接，第二电容的另一端、第三电容的另一端和第一电阻的另一端接地。

在一种实施方式中，驱动单元包括移位寄存器芯片。

在一种实施方式中，移位寄存芯片包括8位移位寄存器和一个存储器，驱动单元的至少两个移位寄存芯片级联。

在一种实施方式中，驱动单元包括九个移位寄存芯片，九个移位寄存芯片级联。

该LED光立方，控制单元向驱动单元输入控制信号，驱动单元根据该控制信号驱动LED显示单元发光显示，通过控制单元能够协调控制该LED光立方显示包括文字、图案和动画在内的各种效果，并且，由于LED显示单元为LED光立方体，因此，能够具有3D显示效果。同时，控制单元还向蜂鸣器输入音频信号，因此，该LED光立方不仅能够展示各式的图案，还能配合LED光立方显示的图像发出相应的声音特效，使整个LED光立方更加动感。

附图说明

图1为一种LED光立方的组成模块示意图；

图2为一个具体的实施方式的LED光立方的音效放大电路的电路原理图；

图3为一个具体的实施方式的LED光立方的控制单元的单片机的引脚图；

图4为一个具体的实施方式的LED光立方的控制单元的单片机系统电路的示意图；

图5为一个具体的实施方式的LED光立方的控制单元的控制电路的电路原理图；

图6为一个具体的实施方式的LED光立方的驱动单元的移位寄存芯片的引脚图；

图7为一个具体的实施方式的LED光立方的驱动单元的移位寄存芯片的电路示意图；

图8为一个具体的实施方式的LED光立方的驱动单元的移位寄存芯片的级联示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种LED光立方，包括电源模块10、LED显示单元50、控制单元30、驱动单元40和蜂鸣器20。电源模块10与蜂鸣器20、驱动单元40、控制单元30和LED显示单元50相连，用于给蜂鸣器20、驱动单元40、控制单元30和LED显示单元50供电。控制单元40的输出端连接蜂鸣器20和驱动单元40的输入端，控制单元30用于向蜂鸣器输入音频信号，驱动单元40的输出端与LED显示单元50连接，控制单元30用于给驱动单元输入控制信号，该LED显示单元50为光立方体，驱动单元40根据控制信号驱动LED显示单元发光显示。

控制单元30的输出端与蜂鸣器20通过音效放大电路连接，该LED光立方的蜂鸣器用于配合LED光立方显示的图像发出相应的声音特效，使整个显示系统更加动感。电源模块10为蜂鸣器提供5V的电源。在一个具体实施方式中，蜂鸣器采用无源蜂鸣器。由于蜂鸣器的工作电流比较大，控制单元无法直接驱动蜂鸣器发出声音，所以要利用音效放大电路来驱动。如图2所示，音效放大电路包括三极管Q1、二极管D1和第二电阻R2，蜂鸣器的一端接地，另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管的发射极连接电源，基极通过第二电阻连接控制单元的输出端，二极管D1与蜂鸣器并联。

当控制单元输出高电平信号时，三极管Q1截止，蜂鸣器断点，当控制单元输出低电平信号时，三极管Q1导通，蜂鸣器通电，当控制单元产生相应的变化时，无源蜂鸣器会发出滴滴的声音来响应。由于蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管D1提供续流，否则在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。

该LED光立方，通过控制单元向驱动单元输入控制信号，驱动单元根据该控制信号驱动LED显示单元发光显示，通过控制单元能够协调控制该LED光立 方显示包括文字、图案和动画在内的各种效果，并且，由于LED显示单元为LED光立方体，因此，能够具有3D显示效果。同时，控制单元还向蜂鸣器输入音频信号，因此，该LED光立方不仅能够展示各式的图案，还能配合LED光立方显示的图像发出相应的声音特效，使整个LED光立方更加动感。该LED光立方用于广告宣传的宣传效果更好。

在一个具体的实施方式中，电源模块10向蜂鸣器20、驱动单元40、控制单元30和LED显示单元50提供5V的直流电流。

在一个具体的实施方式中，LED光立方体为8*8*8的立方体结构，也可以根据需要设计为其它尺寸的立方体结构。本实施方式中，立方体分为8层，每层是一个8*8大小的平面LED阵列，并且每层有64个LED灯通过相同的引脚焊接而成。光立方体的每层的64个LED通过共阴极方式连接，引出8个共阴极接口，各层在垂直方向上对应位置的LED的阳极相连，引出64列LED阳极接口。因此，LED光立方共有72个接口，包括8个共阴极层选接口和64个共阳极显示驱动接口。

本实施方式中，所选用的LED为2*5*7的方形雾状LED，这种LED是在高亮LED的基础上将透明环氧树脂封装的内表面做成磨砂面，因此其发出的光柔和不刺眼。与市场上常用的LED卤素灯珠相比，高亮LED水晶灯珠具有发热量低、显色性好、性能稳定、亮度高等优点，其360度立体圆柱设计，外观新颖别致，发光效果更好。

在另一种实施方式中，控制单元30包括单片机和控制电路。

在一具体的实施方式中，单片机采用STC12C5616AD单片机，其具有增强型的8051内核，速度比普通8051内核快8～12倍，可以加快扫描速度。STC12C5616AD单片机引脚图如图3所示。

如图4所示，为STC12C5616AD单片机系统电路的示意图，该单片机采用20个引脚PDIP封装。STC12C5616AD单片机工作的必要条件包括支持电压范围内的稳定电源以及控制电路，控制电路由复位电路和晶体振荡器电路组成。电源模块10给单片机供电，复位电路使单片机保持正常工作，晶体振荡器电路推动单片机运行。电源模块10提供稳定的5V工作电压，引脚1为复位引脚， 连接控制电路中的复位电路，引脚4和引脚5为外部晶体振荡器接口引脚，连接控制电路中的晶体振荡器电路，引脚2和引脚3分别为串行通信的接收和发送引脚，因为STC12C5616AD单片机支持串口方式烧录hex文件到flash，因此将引脚2和引脚3引出，用于下载应用程序。驱动单元40共有三个控制接口，且对单片机IO端口没有特殊要求，即单片机的IO端口均单做普通IO使用，为了电路焊接方便，设计采用了P3.4、P3.5和P3.7三个IO端口控制驱动单元40。

控制电路的电路原理图如图5所示，包括复位开关RST1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1和晶体振荡器Y1，复位开关RST1的一端与电源VCC连接，另一端与单片机的复位引脚连接，第一电容C1的一端与电源VCC连接，另一端分别与单片机的复位引脚和第一电阻R1的一端连接，晶体振荡器Y1连接在所述单片机的第一引脚和第二引脚之间，第一引脚还与第二电容C2的一端连接，第二引脚还与第三电容C3的一端连接，第二电容C2另一端、第三电容C3的另一端和第一电阻R1的另一端接地。

STC12C5616AD单片机为高电平复位，因此将复位引脚通过一个10千欧的第一电阻R1下拉接地，根据芯片手册说明的单片机复位脉冲保持时间和手册推荐的上电复位电路，在复位引脚与电源VCC之间串接一个10uF的铝电解第一电容C1，以保证单片机上电能有效复位，保证程序正确运行。在一个具体的实施方式中，音片机的第一引脚和第二引脚为外部晶体振荡器接口引脚。在第一电容C1两端并联一个复位开关RTS1，在具体的实施方式中，该复位开关RST1可为按健，用于手动复位。STC12C5616AD单片机最高可支持35MHz(兆赫)的外部高速石英晶体振荡器，本实施方式中采用24MHz的无源晶体振荡器给单片机提供时钟，保证LED光立方的扫描显示速度，同时为以后系统扩展串口通讯功能打下硬件基础。

在一个实施方式中，驱动单元40包括移位寄存器芯片。在一个具体的实施方式中，驱动单元40采用移动寄存器芯片74HC595，该驱动单元40通过74HC595芯片的级联连接方式，扩展51单片机的IO端口，同时驱动LED显示单元发光显示

74HC595芯片具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄 存器和存储器拥有自己的时钟，数据在SCK(同步时钟)的上升沿输入到移位寄存器中，在RCK(处理器时钟)的上升沿输入到存储寄存器中去，如果两个时钟连在一起，则存储寄存器比移位寄存器迟一个脉冲，移位寄存器有一个SER(串行器)、一个QH，和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的、具备三态的总线输出，当输出使能端G为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线，74HC595芯片的引脚图6所示。

74HC595基本电路如图7所示，74HC595与单片机通讯只需要三根线，分别是移位寄存器串行输入端SER、移位寄存器串行输入时钟SCK和输出锁存寄存器并行输出时钟RCK。正常工作时，74HC595的输出使能端G为低电平使能，电路中直接接地，SRCLK为清除端，连接电源VCC。

74HC595级联电路如图8所示，74HC595芯片在每个SCK时钟的上升沿将输入移位寄存器的数据左移一位，最高位QH从QH1引脚移出，并将SER引脚的数据移入移位寄存器的最低位QA。根据这个特点，将第一片74HC595芯片的QH1引脚与第二片74HC595芯片的SER引脚相连，同时SCK时钟引脚和RCK时钟引脚分别相连，便可实现74HC595芯片的两级级联连接，如此继续级联，可实现74HC595芯片的多级级联连接。本实施方式使用了74HC595的9级级联连接方式扩展单片机IO端口，驱动LED显示单元50发光显示。

在具体的实施方式中，音效放大电路的三级管采用PNP型三级管，蜂鸣器的一端接地，另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管的发射极连接电源，基极通过第二电阻连接单片机的引脚，二极管D1与蜂鸣器并联。三极管Q1为PNP型三极管S8550，二极管D1为1N4148二极管。蜂鸣器BEEP一端接地，另一端与三极管S8550的集电极相连接，三极管S8550的发射级连接5V直流电源VCC，基极通过一个1K的电阻R2连接到单片机引脚，用于单片机控制蜂鸣器发出声音。当单片机引脚输出高电平时，三极管Q1截止，蜂鸣器断点，当单片机引脚输出低电平时，三极管Q1导通，蜂鸣器通电，当单片机引脚产生相应的变化时，无源蜂鸣器会发出滴滴的声音来响应。

该LED光立方通过单片机来控制该LED光立方体发光显示和发出声音，单片机向驱动单元的移位寄存芯片发送数据，移位寄存芯片通过设备的时序控制 LED光立方体的点亮。该LED光立方通过单片机和移位寄存器控制LED光立立体显示立体动画，并配合LED光立方显示的动画发出相应的声音特效，使整个LED光立方更加动感。LED光立方的应用不仅可用于展示立体动画，还能产生声音，用于广告宣传的宣传效果更好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种LED光立方，其特征在于，包括电源模块、LED显示单元、控制单元、驱动单元和蜂鸣器，所述电源模块与所述蜂鸣器、驱动单元、控制单元和LED显示单元相连，用于给所述蜂鸣器、驱动单元、控制单元和LED显示单元供电，所述控制单元的输出端连接所述蜂鸣器和所述驱动单元的输入端，所述控制单元用于向所述蜂鸣器输入音频信号，所述驱动单元的输出端与所述LED显示单元连接，所述LED显示单元为LED光立光体；

所述蜂鸣器为无源蜂鸣器，所述控制单元的输出端与所述蜂鸣器通过音效放大电路连接，所述音效放大电路包括三极管、二极管和第二电阻，所述蜂鸣器的一端接地，另一端与三极管的集电极相连，所述三极管的集电极与所述二极管相连，所述三极管的发射极连接电源，所述三极管的基极通过第二电阻连接所述控制单元的输出端，所述二极管与所述蜂鸣器并联。

2.根据权利要求1所述的LED光立方，其特征在于，所述LED显示单元的灯珠为LED水晶灯珠。

3.根据权利要求2所述的LED光立方，其特征在于，所述控制单元包括单片机和控制电路，所述控制电路包括复位开关、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻和晶体振荡器，所述复位开关的一端与电源连接，另一端与单片机的复位引脚连接，所述第一电容的一端与电源连接，另一端分别与所述单片机的复位引脚和所述第一电阻的一端连接，所述晶体振荡器连接在所述单片机的第一引脚和第二引脚之间，所述第一引脚还与第二电容的一端连接，所述第二引脚还与所述第三电容的一端连接，所述第二电容的另一端、所述第三电容的另一端和所述第一电阻的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的LED光立方，其特征在于，所述驱动单元包括移位寄存器芯片。

5.根据权利要求4所述的LED光立方，其特征在于，所述移位寄存芯片包括8位移位寄存器和一个存储器，所述驱动单元的至少两个移位寄存芯片级联。

6.根据权利要求5所述的LED光立方，其特征在于，所述驱动单元包括九个移位寄存芯片，所述九个移位寄存芯片级联。