1系统的工作原理
本次光立方的设计目的是能根据使用者需求和想法来控制每一个灯珠,这样我们所预想的一些效果就能得以实现了,那么就让我们从光立方的原理开始入手,首先从点阵的点亮原理开始。能实现预先控制效果的前提就是能点亮任意需要位置的led灯珠。为达此目的,需要将这个LED所在位置的列线接地,行线接上电源即可。在这里,一共有八层,纵向一层束的负极性引脚要连在一起。而横向一层的正极引脚要接在一起。因为扫描每次只能扫描一层,所以每次都只能点亮一层。8×8×8光立方的每一层都有64个灯,虽然灯的数量众多,但是我们有64根线分别接在64个灯上,在实际制作过程中就是将64个led灯珠接在了镀锡电子线上,因而可以实现同时对64个灯的控制。我们将光立方从下往上分为8层,每次扫描一层这样一幅画面就完成了。单片机引脚往往小于所需控制的led灯珠的个数较少,采用的方案是用74hc595芯片进行拓展。数据通过串行的方式,分别传送到用于扩展接口和控制的74hc595芯片当中,再由芯片的内部控制器储存这些数据。
光立方点阵 光立方层
光立方列扫描电路
通过上述分析的LED点阵控制原理,我们不妨将一个光立方体由体到面的拆开,可以看作是8个8*8点阵屏的led面叠放在一起的。这8个led点阵屏的显示效果叠加起来就构成了我们所看到的一个光立方的显示效果。所以控制一个光立方体,只要通过程序分别在此控制8个光立方层就可以实现光立方的显示。人体具有一些特殊性,比如人眼有视觉暂留性,这个特殊的能力能使所摄到的画面停留在我们的眼前,这便让我们感觉到看到的东西是具有连贯一致性的,所以也就能感觉到这八层光立方屏阵是在一起亮的,这一原理的应用让一个完整图像,本次设计便是基于此原理。弄懂设计原理之后是进行3D 图形的构想,这个过程中需要开放的新思维,从整体设想出发,分析这个立体图形,将其拆解成面,在找寻面中需要点亮的点,可以将这个过程化解为三维空间点线面的组成关系。3Dled光立方具有极强的表象能力,给各位观赏者带来感官上的震撼。
3d光立方最核心炫目的部分就是它的显示模块,完成光立方的制作工作的重要部分是LED灯珠立体矩阵的构建。8×8×8光立方体一共有512粒小led灯珠,因此这个搭建过程也是比较繁琐漫长的。将光立方体分为8层,每层在分为8列,每列包含8个LED灯珠,为使光立方外形的美观,这样在整体完成之后才会形成一个立体的形态,在后续编程完成后显示效果才能得以展现,因此要求每一片的LED阵列都要求排列整齐,互相看齐,这对设计者的焊接能力有不小的要求。
2光立方系统的各个模块
整个光立方体系统可以大致分为两大重要部分,硬件部分和软件部分。3dled光立方体设计的硬件部分是整个设计的骨架部分,在此基础上在进行连线等其他硬件部分的工作,完备的硬件部分为后续软件部分的工作提供了良好的基础。软件部分是整个led光立方体的骨肉和灵魂,整个系统得以鲜活控制,硬件部分依靠软件部分才能发挥作用。因此,硬件部分和软件部分需要相互配合互相支撑才能达到预期效果。
通过以上分析,本次光立方系统的设计方案如下:
这样,光立方的总体设计方案就可以由以上五个模块两个部分来进行简单的确定,在后面的设计过程中,按照本章确定的大致方向进行设计,并在其后的工作中进行补充和完整。
光立方系统框图
此次光立方体系统的主要控制部分为STC12C5A60S2单片机,显示部分采用了512只led灯珠,这512只LED灯的控制我们选用的方案是直接控制,选择将其与单片机的I/O口和7hc573芯片接口相连接。启动过程是:当启动整个系统时,单片机系统首先对7hc573芯片进行选通,向7hc573芯片传送数据,某一组LED灯将被选中,再由传递的数据完成LED灯的负逻辑点亮,按照2.1所述的人体特有的视觉暂留原理,虽然显示区域并非同时点亮,但是依照输出数据而点亮的每组LED灯产生的效果也不会立刻消失,而是随着立体区域中逐渐点亮的LED灯在视觉系统中产生连续流畅的立体图像。
制作流程大致从lED显示部分——底板焊接——组装——调试四个步骤进行实施,在接下来的硬件制作和软件调试中,将着手解决这四个环节之间的连接问题与每一个环节的运行方针,目标较为明确。
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