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本文说明书将以看图说话的方式详细介绍光立方的搭建过程,以及阐述光立方的设计原理和架构方法。这些内容如图一所示大致分为如下三个部分。 图一 光立方的设计思路示意图 图二 (a)雾状方形LED灯；(b)层示意图；(c)立方体点阵实物图 如图二所示，LED点阵由512个2*5*7mm的雾状方形蓝色发光管采用层共阴、竖共阳的方式焊接而成，采用LED雾灯可以很好的收聚光线，使要显示的灯的光亮不会影响周围灯的亮度，暗灭很明显，利于效果呈现。这里层共阴竖共阳的意思说光立方的每一层的负极都接在一起，一共8层，最后引出8根跳线与底座电路连接（与8个100Ω电阻串联后接在STC单片机P0口），阳极则层与层之间对应连接在一起，一共有64个口，分别接在底座电路图的8个74HC595的IO口中。这种层共阴、竖共阳的方式焊接，可以使所有LED灯并联连接，不相互影响，通过程序控制，可以点亮任意LED。 图三 焊接现场 焊接的方式是将每个LED灯的正负极弯折成90度，固定在事先制作好的间距为20mm的阵列模板中，将所有正极用工具将其盘出一个圆环，所有LED的负极则相互搭在一起，然后焊牢，一层则制作完成。正极的圆环是用来最后在每层都焊好的时候，将所有层上下连接在一起而准备的。 如这样，最后完成了光立方立方体点阵的焊接，如图二(c)所示。 图四 电路原理图 底座硬件电路以STC单片机为控制中心，主要包含复位电路，时钟信号电路，以及595控制电路，如图四原理图所示。 图四所示595电路设计，按照前部分立方体点阵搭建思路，可知最少需要用到的单片机IO口就需要64+8个，对于40PIN的STC12C5A60S2显然IO口不足，所以我们使用8个74HC595芯片来节约单片机的IO口资源, 分别用来控制每一层中每一列的LED灯。在图中，数据通过串行的方式，分别传送到每一个74HC595芯片中，再内部控制器储存这些数据，从而实现一层64个灯同时的点亮。 图四所示时钟信号电路设计，我们在XTAL1（单片机内部振荡电路的输入端口）、XTAL2（单片机内部振荡电路的输出端口）上接一个石英晶体并在两端接两个电容，这样就可以产生一个内部激荡电路，这里需要注意的是此实验用的晶振是12MHZ的，和晶振相连的电容一般选用33PF的陶瓷电容。 图四对应的PCB原理图如图五所示，由于光立方线路复杂，我们在布线过程中17根跳线（PCB图中红色和粉色线所示） 图五 底座PCB图 本光立方的组成有两各个部分一个是硬件一个则是软件，软件的伸缩性很大，编写的好的程序实现起来简单不易出错，编的不好的数据会出现很多问题，本系统采用的是模块化的设计方案，减少软件出错的概率，在软件的设计过程中需要用到了KEIL4软件编辑器。 另外，我们写程序时的设计思路是这样的：描述一个固定画面的显示，需要硬件执行8次扫描的过程。 - 将第一层64个点的数据传入8个74hc595中，控制uln2803层控制芯片打开第一层开关，使第一层点亮，这个时候，其他层是灭的。
- 等待时间t。
- 熄灭第一层，开始向74hc595中传输第二层的数据，锁存，开启第二层总控制开关，点亮第二层。
- 等待时间t。
....... - 熄灭第七层，将第八层的的数据传入所有74hc595中，锁存，开启第八层总开关，
- 点亮第八层。
- 再回到第一步，循环下去....
这样，便实现了一个侦画面的显示，由于人眼的视觉暂留的特性，只要刷新的够快，我们看到的就是光立方整体一起点亮的。便实现了我们想要的效果。为了画面的稳定，上面间隔点亮t要保持一致，否则会出现亮度不均的情况。 光立方最大的特点就是点阵显示，每个LED都是采用并联方式焊接，所以通过编写程序可以随意设计点阵显示方式，在本课题的光立方中，我们设计了倒计时数字显示，波浪，左右推进等显示方式。 下面是部分源程序展示。
完成了硬件和软件设计，我们的光立方最后成功制作成功，展示结果如图七所示。 图七 光立方效果显示实物图
电路原理图如下：
元件清单：
单片机源程序：
全部资料51hei下载地址：
程序＿74HC595_test_OK.rar
(74.56 KB, 下载次数: 27)
基于STC单片机的光立方使用说明.docx
(2.56 MB, 下载次数: 15)
mt10光立方使用说明.pdf
(1.7 MB, 下载次数: 19)
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