光立方设计
444光立方课程设计
444光立方课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握光立方的基本概念、原理和应用，提高学生的科学素养和解决问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解光立方的定义、特点和基本原理，掌握光立方的构造方法和操作技巧，了解光立方的应用领域。
2.技能目标：学生能够运用光立方进行简单的计算和建模，能够利用光立方解决实际问题，提高学生的科学思维和创新能力。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识到光立方在科学技术和社会发展中的重要性，增强对科学的兴趣和好奇心，培养学生的科学精神和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光立方的基本概念、原理和应用。
具体内容包括：1.光立方的定义和特点：介绍光立方的概念，解释光立方的特性和优势，引导学生了解光立方的应用前景。
2.光立方的构造方法：讲解光立方的构造原理和方法，引导学生掌握光立方的制作技巧，培养学生的动手能力。
3.光立方的操作技巧：介绍光立方的操作方法和技巧，通过实际操作练习，使学生熟练掌握光立方的使用。
4.光立方的应用领域：讲解光立方的应用案例，使学生了解光立方的应用范围和价值，激发学生的学习兴趣。
三、教学方法为了实现教学目标，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握光立方的基本概念和原理，引导学生理解光立方的构造方法和操作技巧。
2.讨论法：学生进行小组讨论，促进学生之间的交流和合作，培养学生的科学思维和创新能力。
3.案例分析法：通过分析光立方的应用案例，使学生了解光立方的实际应用，引导学生运用光立方解决实际问题。
4.实验法：安排学生进行实验操作，使学生亲身体验光立方的构造和操作过程，提高学生的动手能力和实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将选择和准备适当的教学资源。
具体包括：1.教材：选择适合学生水平的教材，为学生提供系统的学习材料，帮助学生掌握光立方的基本概念和原理。
基于STC51单片机光立方设计与实现
毕业论文（设计）题目：基于STC51单片机的光立方设计与实现**：**学号：**********层次：本科专业：软件工程班级： 12级（13）班指导教师：***独创性声明一、本论文是本人独立完成；二、本论文没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩资格。
承诺人（签名）：年月日摘要本设计使用51系列的单片机STC15F2K60S2作为整个设计的控制，每层的64个LED通过层共阴的形式连接起来。
每束的8个LED通过共阳的形式连接起来。
使用74HC593控制各束LED的阳极，使用ULN2803控制各层的阴极。
组成一个由512个LED、规格为8*8*8的立方体。
同时介绍了STC15F2K60S2、74HC573、ULN2803的使用方法及选用原因。
同时介绍了在调试过程中，遇到的软、硬件方面的问题以及解决方法。
对光立方的原理进行了详细的阐述，并详细的介绍了光立方在应用方面的意义。
关键词光立方；74HC593；STC15F2K60S2；ULN2803；LEDSummary This design uses 51 series microcontrollers STC15F2K60S2 as the control of the entire design, form each of 64 LED by connecting the common cathode layer. Each bundle of eight LED connected through common anode form. Use 74HC593 control each beam LED anode, cathode layers using ULN2803 control. Composition consisting 512 LED, specifications for the cube 8 * 8 * 8. Also introduced STC15F2K60S2,74HC573, ULN2803 to use and selection reasons. Also introduced the problem in the debugging process, encountered software and hardware and solutions. Light cube principle set forth in detail, and describes in detail the significance of light cube applications.Keywords light cube；74HC593；STC15F2K60S2；ULN2803;LED目录1 前言 (1)1.1研究的背景 (1)1.2研究的意义 (1)1.3研究内容和结构 (1)2 总体设计 (2)2.1 系统的设计方案及工作原理 (2)2.2 各模块元件选择 (3)2.2.1 控制模块元件的选择 (3)2.2.2 驱动模块元件的选择 (3)2.2.3 显示模块元件的选择 (4)3 硬件电路设计与实现 (4)3.1 硬件电路布局 (4)3.2 控制模块电路的设计 (5)3.2.1 单片机的说明及引脚规划 (5)3.2.2 电源电路的设计 (6)3.2.3 串口选择电路的设计 (6)3.2.4 程序下载及串口通信电路的设计 (7)3.3 驱动模块电路的设计 (7)3.3.1 ULN2803的说明及引脚规划 (7)3.3.2 74HC573的说明及引脚规划 (8)3.4 显示模块电路的设计 (9)3.5 光立方搭建方法 (9)3.5.1 弯折LED的引脚 (9)3.5.2 光立方的焊接 (11)3.5.3 元器件的焊接 (13)4 软件设计 (13)4.1显示程序的设计 (14)4.2 光立方的显示数据 (15)4.2.1 内置显示数据 (15)4.2.2 串口接收显示数据 (17)4.2.3 显示数据来源的选择 (18)4.3 显示数据的获取 (19)5 测试和问题分析 (20)6结论 (20)附录 (21)参考文献 (23)致谢语 (24)1 前言1.1研究的背景在高速的信息、商业发展过程中，LED点阵广告显示器得到了广泛的应用，LED 点阵显示屏已逐步取代传统的大尺寸纸质广告，在大街小巷常见的LED点阵显示屏都得益于LED灯的发明。
444光立方设计报告
444光立方设计报告目录第1章摘要 (1)第2章绪论 (2)第3章设计目的与要求 (3)3.1 设计目的 (3)3.2 设计要求 (3)第4章 444光立方基础技术 (4)4.1 STC89C52的标准功能 (4)4.2 STC89C52的主要特性 (5)4.3 STC89C52的器件参数 (6)第5章总体方案设计 (7)5.1 单片机资源分配情况 (7)5.2复位电路 (8)5.3 时钟电路 (8)5.4系统框图和程序流程图 (9)5.5系统的工作原理图 (10)第6章系统调试与测试 (13)第7章总结与展望 (14)第8章致辞 (15)第9章参考文献 (16)附录（原理图、源程序） (17)摘要当今社会，随着电子行业的不断发展，单片机凭借着其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅猛。
单片机体积小，质量小，抗干扰能力强，对环境要就不高，价格低廉，灵活性好，已广泛的应用在工业自动化、通信、自动检测、信息家电、电力电子航空航天等各个方面。
成为现代生产和生活中不可缺少的一部分。
关键词：光立方单片机 STC89C52AbstractIn today's society, with the continuous development of electronic industry, single-chip microcomputer with its extremely high cost performance, is people's attention and concern, wide application, is developing rapidly. SCM small size, small quality, strong anti-jamming capability, the environment is not high, low price, good flexibility, has been widely used in industrial automation, communications, automatic detection, information home appliances, power electronics, aerospace and other aspects. Become an indispensable part of modern production and life.Keywords: light cube microcontroller STC89C52绪论为了让我们更加深入的了解单片机的原理及其部结构和功能，黄老师让我们用51单片机制作一个小作品，于是，我们组选择了制作4*4*4的光立方。
基于Arduino的LED光立方设计
第13卷第4期2013年12月南京师范大学学报(工程技术版)JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY(ENGINEERING AND TECHNOLOGY EDITION)Vol.13No.4Dec,2013 收稿日期:2013-06-24. 通讯联系人:王欣,工程师,研究方向:嵌入式系统与智能仪器.E⁃mail:06223@ 基于Arduino 的LED 光立方设计王 欣,马青玉(南京师范大学物理科学与技术学院,江苏南京210023)[摘要] 采用Arduino 电子互动产品开发平台,提出了一种基于该平台来控制和驱动3D LED 光立方的方法.详细介绍光立方的设计原理㊁硬件电路模块的搭建方法以及显示驱动程序的设计方法,总结了设计中的关键点,并给出了最终的实现效果.通过该方法可以实现各种图案的三维立体显示,给人以良好的视觉感受.[关键词] Arduino,光立方,LED,嵌入式开发平台[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]1672-1292(2013)04-0024-05Design of LED Light Cube Based on ArduinoWang Xin ,Ma Qingyu(School of Physical Science and Technology,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China)Abstract :Based on Arduino,an emerging embedded development platform,a new method to control and drive 3D LED light cube is proposed in this paper.This paper introduces in detail the design principles of LED Light Cube,the construction of the hardware circuit module and the design of display drivers.Through this method,the three⁃dimensional visual display effects of all kinds of patterns are achieved.Key words :Arduino,light cube,LED,embedded development platform光立方[1]是以LED 发光二极管为像素组成的3D 发光显示器,可以显示出绚丽丰富的真正裸眼3D 画面,给人以超乎寻常的视觉感受.由于其独特的视觉效果,光立方已经逐渐成为大型广告和展会的显示媒介.Arduino [2-4]是目前较为流行的一款电子互动产品开发平台,此平台由硬件和软件两部分组成,软硬件都是开源的,任何人都可以在Arduino 官方网站上获取最新的PCB 设计.在软件方面,Arduino 有自己的IDE 软件开发环境,采用类C++的高级开发语言,且有大量的库函数支持,大大简化了程序开发工作.鉴于Arduino 开发平台的诸多优点,本文提出了采用Arduino 开发平台来控制和驱动3D LED 光立方,以实现三维立体的视觉显示效果.此设计无论从开发平台的选用还是从实现效果上都具有新颖性,是未来大型户外电子传媒广告展示的一种可行性方案.1 设计原理本设计的光立方采用的是8×8×8的光立方,即其为以8个LED 为边长的立方体,共512个发光像素点.如图1所示,可将其拆分为8个水平层面,每个层64个LED 像素点.正常情况下,每个层面需要至少64个端口来控制64个LED 的亮灭,8层则需要512个端口来控制,这对任何一款微控制器来说都是无法提供的.本文所设计的实现方法为:(1)将每层LED 的阴极连在一起,作为该层的层选择端.只有当层选择端为低时,该层的LED 亮灭信息才会显示出来,否则该层不显示.每层有一个独立的层选择端,整个光立方共有8个层选择端,称为层信号.(2)每层中每个LED 的亮灭由LED 阳极的电平决定.本文将8个层纵向相同位置的LED 的阳极连在一起,形成64个竖直光束,作为每层中64个LED 的亮灭控制端,8个层中LED 的亮灭都共用这64个控制信号,称为束信号.42 ==============================================王 欣,等:基于Arduino 的LED光立方设计图1 光立方的立体和平面图Fig.1 Stereogram and planar graph of light cube总而言之,光立方中的LED 采取层共阴㊁束共阳的接法,通过层信号和束信号来共同控制整个光立方的显示.2 硬件设计光立方的硬件电路由Arduino 控制模块㊁光立方驱动电路和LED 光立方3部分组成.由Arduino 控制模块输出显示数据和控制信号,控制驱动电路将层信号和亮灭显示信号以一定的时序传输给光立方,使光立方显示出三维立体图像.2.1 Arduino 控制模块本设计采用Arduino UNO [5]版本,其模块板如图2所示,基于ATmega328微控制器,片内Flash 容量32kb,提供了14个数字I /O 和6个模拟I /O 端口用于外部扩展,程序可通过USB 口下载.本设计使用8个数字I /O 端口IO0~IO7发送数据,包括LED 的亮灭显示数据和层选择数据,使用IO8~IO16作为光立方驱动电路中9个锁存器的锁存控制端(LE).其中IO8~IO15分别控制8个锁存器对显示数据的锁存,IO16控制对层选择数据的锁存.图3是Arduino 模块板IO 端口的引出图,其中IO14~IO19这6个端口既可以用做模拟量输入端,也可以用做数字I /O 端口,本设计中做数字I /O 使用.图2 Arduino UNO 模块板Fig.2 Arduino UNO ’s moduleboard 图3 Arduino I /O 端口图Fig.3 Arduino ’s I /O Port figure2.2 光立方驱动电路本设计采用74HC573锁存器作为光立方的驱动电路,用于向光立方提供显示数据和层数据,控制光立方的显示.驱动电路共有9个锁存器,如图4所示.其中U1~U8用于向光立方输出显示数据B1~B64,U9用于输出层选择数据L0~L7.显示数据和层数据都是从Arduino 控制模块的IO0~IO7端口输入,这8个端口是共用的.9个锁存器的锁存使能端LE 分别由Arduino 控制模块的9个I /O 端口控制,其中IO8~IO15控制显示数据的锁存,IO16控制层数据的锁存.52 ==============================================南京师范大学学报(工程技术版)第13卷第4期(2013年)图4 光立方驱动电路原理图Fig.4 The schematic of light cube drive circuit在显示图像时,先控制U1~U8锁存输出LED 显示数据,将一个层面的LED 显示数据准备好之后,再控制层数据锁存器U9锁存输出层选择数据,就可将LED 显示信息在一个层面上显示出来.要让光立方整体显示,可采用动态扫描的方式,让每一层按此方法以一定的时间间隔依次显示,利用人眼的视觉暂留特性,感觉LED 灯是同时亮起的,这样就得到了整体的效果.2.3 LED 光立方光立方的基本组件为LED 发光二极管.本设计采用512个LED 组成8×8×8的光立方,共8个水平层面,每层64个LED 灯.本设计的LED 灯选择长脚㊁5mm㊁雾状(乳状)蓝色灯珠,雾状灯使得视觉效果不太刺眼.图5 LED 光立方L0水平层面电路图Fig.5 The schematic of Horizontal level L0of light cube光立方电路采取束共阳㊁层共阴的连接方法,每个水平层面LED 的连接都相同,如图5所示.每一水平层上有等间距8行×8列个LED 灯,每个LED 的阴极连接在一起作为该层的层选择端,图5中的层选择端是L0.当L0为低电平时,显示数据才会在该层上显示出来.该层上每个LED 的亮灭由B1~B64提供的显示数据决定,8个水平层共用B1~B64.显示数据信号B1~B64和层数据信号L0~L7均由光立方驱动电路提供.3 软件设计本设计是在Arduino 平台上开发的,使用的是类C 的Arduino 语言[6-8].Arduino 语言是以Setup()开头,Loop()作为主体的一个程序构架.本设计在Setup()函数中完成端口的初始化,即通过调用pinMode()库函数将17个IO 端口IO0~IO16设置成为输出端口,即可在应用程序中对这些端口进行操作来控制显示.62 ==============================================王 欣,等:基于Arduino 的LED 光立方设计Loop 函数是Arduino 软件项目的主体,当Setup 函数执行完成之后就进入Loop 函数.该函数无限循环,应用程序即放在该函数内运行.应用程序主要实现了点㊁线㊁面㊁体及两两结合组成的各种三维立体图像的显示,由于各种不同花样的图像都是通过软件来实现的,因此软件的代码量较大.应用程序中,光立方的基本显示函数如下:void LedSetPoint(u8x,u8y,u8z,u8value); //画点void LedDrawLineOn_X(u8nXPos,u8z);//画X 方向直线void LedDrawLineOn_Y(u8nYPos,u8z);//画Y 方向直线void LedDrawLineOn_Z(u8nXPos,u8nYPos);//画Z 方向直线void LedDisplayOneLayer_X(u8x,u8OnOff);//画X 向平面void LedDisplayOneLayer_Y(u8x,u8OnOff);//画Y 向平面void LedDisplayOneLayer_Z(u8z,u8OnOff);//画Z 向平面void PrintArray(u8*CubeData);//画8*8*8立体图像由这些基本显示函数即可显示出各种不同的图案.这些函数中最重要的是画点函数的实现.画点函数LedSetPoint()中,参数(X ,Y ,Z )为LED 光点的坐标,参数value 为该LED 的亮/灭值.当value 为HIGH 时,该LED 点亮,value 为LOW 时,该LED 熄灭.画点函数的程序流程如图6所示.图6 画点函数的程序流程图Fig.6 The program flow chart of Function LedSetPoint ()在程序中要注意以下几个关键点:(1)定义一个全局变量数组LED_Table[8][8],用于存放当前最新的显示数据,否则当在(X ,Y ,Z )位置显示当前LED 点时,原来显示的信息就会被破坏.因此,画点函数中首先要将当前LED 的亮/灭信息value 更新到数组LED_Table 中去.(2)在向光立方输出显示数据和层数据之前,先将所有锁存器的LE 设置为无效,当数据准备好之后,再进行锁存输出,否则在显示之前会出现LED 乱闪的现象.(3)在硬件上,由于光立方的8个列(Y 轴方向)的显示数据是由8个锁存器提供的,因此,在驱动显示时,是以列为单位,一列一列控制输出的.先输出显示数据,从LED_Table 数组中取出该点(X ,Y ,Z )所在列的最新数据LED_Table[Z ][Y ],将该数据从相应的锁存器锁存输出.然后再输出层数据,将层数据从层锁存器锁存输出,控制该显示信息从Z 层上显示出来.图7 光立方显示效果图Fig.7 The show renderings of light cube4 实现效果本设计采用Arduino 平台,通过硬件电路的搭建和软件程序的编写最终实现了光立方的的三维立体显示,显示效果如图7所示,目前可以显示出各种点㊁线㊁面和立体图像,图像显示稳定,具有较强的观赏性,验证了此方案的可行性.本设计与传统的光立方设计相比,占用I /O 口线少,只使用了17根I /O 口线72 ==============================================南京师范大学学报(工程技术版)第13卷第4期(2013年) ==============================================即完成了数据的传输和显示的控制,降低了设计的成本,所有显示图案的实现都靠软件来完成.同时,本设计还有可进一步改进的地方.如光立方的光点较少,且光点之间的间隔较大,因此当显示较复杂的静态图案时分辨率较低,但动态显示的效果较好.此外,在功能上也有可扩展的地方,如可以增加无线模块,使光立方的显示可遥控;可以增加光敏电阻,通过对环境光照识别,使光立方能够自动调节亮度;还可以增加音乐播放功能等.这些功能都可在本设计的基础上继续开发得以实现.[参考文献](References)[1] 康志强,汪佳,汤勇明.基于FPGA的3D光立方设计[J].电子器件,2012,35(6):683-686.Kang Zhiqiang,Wang Jia,Tang Yongming.Design of LED cube based on FPGA[J].Chinese Journal of Electron Devices, 2012,35(6):683-686.(in Chinese)[2]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程,2012,20(16):155-157.Cai Ruiyan.Principle and application of Arduino[J].Electronic Design Engineering,2012,20(16):155-157.(in Chinese) [3]施智雄.Arduino在大学工科教学中应用探索[J].西昌学院学报:自然科学版,2012,26(4):50-54.Shi Zhixiong.The application exploration of Arduino in engineering college teaching[J].Journal of Xichang College:Natural Science Edition,2012,26(4):50-54.(in Chinese)[4]杨继志,郭敬.Arduino的互动产品平台创新设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2012(4):39-41.Yang Jizhi,Guo Jing.Arduino⁃based interactive product innovation[J].Microcontrollers and Embedded Systems,2012(4): 39-41.(in Chinese)[5]凯姆㊃卡尔文,泰勒㊃卡尔文,庞明珠.Arduino与电子制作[J].电子制作,2012(8):68-73.Kimmo Karvinen,Tero Karvinen,Pang Mingzhu.Arduino and practical electronics[J].Practical Electronics,2012(8):68-73.(in Chinese)[6]刘敏,刘泽军,宋庆国.基于Arduino的简易亮光报警器的设计与实现[J].电子世界,2012(21):122-123.Liu Min,Liu Zejun,Song Qingguo.The design and implementation of a simple light alarm based on Arduino[J].Electronics World,2012(21):122-123.(in Chinese)[7]Simon Monk.基于Arduino的趣味电子制作[M].北京:科学出版社,2011.Simon Monk.The Interesting Electronic Manufacture Based on Arduino[M].Beijing:Science Press,2011.(in Chinese) [8]Massimo Banzi.爱上Arduino[M].2版.北京:人民邮电出版社,2012.Massimo Banzi.Fall in Love with the Arduino[M].2nd ed.Beijing:Posts and Telecom Press,2012.(in Chinese)[责任编辑:严海琳]82。
基于STM32单片机的3维LED光立方的设计与实现
基于STM32单片机的3维LED光立方的设计与实现3DLED光立方是一种由多个LED灯组成的立方体结构，可以在三个坐标轴上显示三维图形和动画。
在本文中，我们将研究基于STM32单片机的3DLED光立方的设计和实现。
首先，我们需要选择合适的STM32单片机来控制LED灯的亮灭。
在选择单片机时，我们需要考虑到处理速度、存储容量和GPIO数量等因素。
常用的STM32单片机有STM32F103和STM32F407等型号，它们都具有较快的处理速度和足够的GPIO数量来控制3DLED光立方。
接下来，我们需要设计和制作LED光立方的硬件部分。
LED光立方的主要部件包括LED灯、驱动电路和控制电路。
LED灯是光立方显示的核心部件，常用的LED灯有RGB三色LED和WS2812等类型的LED灯。
驱动电路主要用于控制LED灯的亮灭，常用的驱动电路有锁相环驱动电路和电平转换电路。
控制电路用于接收来自STM32单片机的指令，然后将相应的指令发送给驱动电路。
在设计控制电路时，我们可以选择使用UART或SPI等串行通信接口来与STM32单片机进行通信。
串行通信接口可以有效地减少GPIO的使用量，并且具有较高的通信速度。
在通信协议的选择上，我们可以使用自定义协议或者使用现有的协议，如DMX512等。
在软件设计方面，我们需要编写控制程序来控制LED光立方的显示。
首先，我们需要编写驱动程序来与控制电路进行通信，并控制LED灯的亮灭。
其次，我们需要编写图形和动画的显示程序，以实现3D效果的显示。
常用的图形算法有线段绘制算法和三角形填充算法等。
最后，我们还可以添加交互功能，使得用户可以通过按键或触摸屏来控制LED光立方的显示。
在实现的过程中，我们需要注意几个关键的问题。
首先，我们需要合理安排LED灯的布局，以确保LED光立方能够显示出清晰的图形和动画。
其次，我们需要注意LED灯的电流和电压的控制，以避免对单片机和LED 灯的损坏。
最后，我们还需要进行适当的测试和调试，以确保LED光立方的正常工作。
光立方毕业设计论文
光立方毕业设计论文光立方毕业设计论文引言：在当代科技快速发展的时代背景下，光立方作为一种新兴的显示技术，吸引了越来越多的关注。
本篇论文将就光立方的原理、应用和未来发展进行探讨，并提出一种基于光立方的创新设计方案。
一、光立方的原理光立方是一种基于全息成像技术的三维显示技术，其原理是利用光的干涉和衍射现象实现对光场的再现。
通过将光场信息记录在光敏材料上，并利用激光光束对光敏材料进行读取，可以将记录的光场再现为真实的三维图像。
光立方的原理使得我们可以以全息的方式呈现物体的三维形态，使观察者能够从不同角度感受到物体的真实立体感。
二、光立方的应用1. 教育领域光立方可以为学生提供更加直观、生动的三维教学内容。
通过在课堂上使用光立方，学生可以更好地理解抽象的概念，提高学习效果。
例如，在生物学课程中，通过使用光立方展示细胞结构和分子模型，学生可以更加深入地了解细胞的组成和功能。
2. 医学领域光立方在医学领域的应用也非常广泛。
例如，在医学图像诊断中，光立方可以提供更加清晰、逼真的三维影像，帮助医生更准确地判断病变的位置和程度。
此外，光立方还可以应用于手术模拟和培训，提高医生的操作技术和安全性。
3. 艺术与文化领域光立方在艺术与文化领域的应用也十分有潜力。
通过利用光立方技术，可以创作出更加真实、立体的艺术作品。
例如，在博物馆展览中，利用光立方展示文物和艺术品，可以使观众更好地欣赏和理解作品的细节和魅力。
三、光立方的未来发展光立方作为一种新兴的显示技术，还有很大的发展空间。
未来，光立方有望在以下几个方面实现进一步的突破和创新：1. 分辨率提升目前，光立方的分辨率还有待提高。
随着技术的不断进步，我们可以预见，未来的光立方将能够呈现更加清晰、细腻的图像，使观众能够更加真实地感受到物体的立体效果。
2. 投影范围扩大目前，光立方的投影范围相对较小，限制了其在实际应用中的使用。
未来，我们可以通过改进光立方的投影系统，使其能够实现更大范围的投影，提供更广阔的观看体验。
LED光立方的设计与实现
ＬＥＤ光 自治县 龙胜 中学 刘时涛
【摘 要 】光立方是一个三维立体可显示 图案的ＬＥＤ．＇ － ￣－方体。本设计采 用８×８×８的模式 ，硬件主要 分为三个模块 ：最小系统模块 、驱动模 块 、ＬＥＤ显示 模块 。 采 用的控 制 芯片 为ＡＴ８９Ｓ５２芯 片 ，驱 动 电路 是采 用７４ＨＣ３７３数 字 芯片 。采 用ｃ语 言 编程 ，用单 片机控 制 ＬＥＤ的 亮 灭 ，用 延 时控 制ＬＥＤ亮 灭时 间 ．使 得 整个 立体展 现 不 同的造 型和 图案 显示 立体 的静 态或 动 态画 面 ，打 破 了传 统的 平 面显示 方 案 、可以 广泛 用 于传 媒 信 息显 示和 各种 装饰 显 示。
笏
３．系统 显 示
系统 采用 模 块化 设 计 ，编程 使 用Ｃ语 言。程 序 需要 实 现静 态 扫 描 显示 、动 态 扫描 显示 和三 维立 体扫 描 显示三 种 显示 方式 。编 程过 程 中 ，首 先对 单片 机进 行初 始化 ，初 始化 完成 后 即等 待 显示指 令 发 生 。通 过 查询 标识 位 引脚上 的不 同指 令信 息 ，单 片机选 择 对应 的程 序 模块 来进 行 显示 。静 态显 示较 为 简单 ，动 态 显示 则是把 整 个ＬＥＤ 立 方体 分成 若 干部 分 ，每一 幅 图案 的显示 过程 包括 几 个阶 段 ，各阶 段 依次 显示 完 成后 ，再 重复 循环进 行 。 当重 复扫描 显 示 的频率 足够 高 的情 况 Ｆ， 人眼 看到 的则 是一 幅稳 定 的静态 图案 。主显 示程 序流 程 图 如 图 ３所 示
【关键词 】ＡＴ８９Ｓ５２芯片；７４ＬＳ３７３锁存 器；光立方
１．引言
光立方制作教程范文
光立方制作教程范文光立方是一种比较复杂的装置，可以通过灯光和反射制造出立体的光影效果。
在这个教程中，我将为你详细讲解如何制作一个光立方，并提供一些材料和建议。
材料清单：1.透明的亚克力（至少6个相同大小的面板）2.密封胶3.刻刀4.钳子5.磨砂纸6.LED灯带（选择适合你的立方体尺寸的长度）7.电线8.电池盒和开关9.螺丝钉和螺丝刀10.热熔胶枪（可选）步骤1：准备工作首先，你需要确定光立方的尺寸。
一个标准的尺寸是30×30×30厘米，但你可以根据个人喜好调整尺寸。
然后，购买足够数量的亚克力板，确保它们大小相同。
步骤2：制作立方体框架使用刻刀将亚克力板切割成6个相等大小的面板。
将这些面板用成正方形或长方形的形式排列，然后使用密封胶将它们黏合在一起。
在黏合之前，确保所有边缘都是光滑的，如果有需要，使用磨砂纸进行打磨。
黏合好后，用夹子固定它们，让它们干燥。
如果需要，你也可以使用热熔胶枪来黏合亚克力板。
步骤3：安装灯光在立方体的内部沿边缘黏贴一圈LED灯带。
你可以使用热熔胶枪将灯带固定在立方体内部。
确保灯带均匀分布，并注意不要让任何电线暴露在外。
步骤4：连接电线使用电池盒和开关连接LED灯带。
将电池盒固定在立方体的底部，并通过亚克力板上的小孔将电线引出。
在电线的末端安装开关，并将开关连接到电池盒上。
这样，你就可以随时控制光立方的开关。
步骤5：封闭光立方使用刻刀在立方体的一个面板上切割一个小孔，以便将电线引出。
然后使用密封胶将该面板黏上，确保所有边缘都是严密封闭的。
这样，你的光立方就完成了。
步骤6：测试和调整将电池装入盒子中并打开开关，测试LED灯带是否正常工作。
如果有任何问题，你可以检查电线连接以及开关是否正常工作。
步骤7：定制光立方一旦光立方制作完成，你可以根据个人喜好进行定制。
例如，你可以在立方体的底部安装小脚架，这样可以使立方体稳定地放置在桌面上。
你还可以在立方体的面板上刻字、画图案或进行其他装饰。
光立方设计电路原理图
光立方设计电路原理图7月的时候，做出了光立方，在杂志、网络发布以来，广受好评，这段时间来，收到很多网友的建议，因此决心把原有的光立方硬件升级，让电路更简单，程序更简洁，以前的设计是由16个IC驱动的，好处是有可切换的坐标系（详见《无线电》杂志第十期），但16个IC和128根连接线的工作量实在不小，虽然控制程序只有60多行，但硬件的复杂让很多初学者望而却步。
一直以来，我都在思考做什么样的设计给大家，就拿光立方来说，为了程序的简洁、易于理解，我的硬件电路不同于美国的原版设计，也因为8位单片机的局限性，这也是当时我能想到最好的解决方案。
程序的简化是硬件的复杂弥补的。
可是工作室的这种设计行吗？就效果而言是可行的，后来很多网友都仿做了出来，可我觉得不行。
美国原版的设计电路要比我的简单，那么有没有硬件更简单且程序更短的？抱着这种想法，我在11月初开始了设计，一周的时间，竟然完成了。
现在的光立方，硬件更简单，只有5个IC控制，不想用245的可以去掉，改为4个IC控制。
这样硬件电路焊接比起之前的设计，大为简化，连接线也由以前的128根改为72根（和美国原作一样）。
控制端口也有以前的三组改为2组16个。
程序不但没有加长，反而更加简短。
也不需要外接电源，USB供电即可。
我实物用的是手机充电器供电，5Ｖ500ma,效果很好。
这次的改进，唯一的缺点就是失去了可切换的坐标系，程序虽然简单，但需要一段时间理解。
接下来就是秉承工作室传统，开始图文解说。
因为改了硬件，动画代码应该也做修改的，以为工作繁忙，就没时间做这部分了，所以大家看到的图案是与之前比，是上下颠倒的，有耐心的同学自己可以修改动画字符，每行的动画字符左右对称调换位置即可。
这次的视频里，我特意修改的动画切换时间，而且这次也用的是非增强型单片机，就是想证明下，8位非增强型单片机，一样可以有这种效果，之前有网友评论说速度不够快，估计是没看程序就这么说了。
先是原理图(点击看高清源图)：。
光立方硬件详解
3D cube 光立方制作详解原理部分很早以前，就有相关的视频资料，在国内各大视频网站出现，样式绚丽，也一直有很多玩家想放置，对于这个东西来说，本身技术不是很复杂，也不是很简单，更多的是需要耐心。
下面我就来详解一下如何打造一个属于自己的光立方。
拿8*8*8的光立方来说：我们可以拆分为8个面每个面64个灯；我只要控制这64个灯使其能够自由变换，然后再通过控制每个层依次点亮即可，由于我们眼睛的视觉暂留，使我们感觉看到的东西是一起再亮的。
这样我们就看到了一个完整的个体。
理解了原理；我们来设计电路；大家都知道，如果要控制8*8点阵，需要16个引脚，那么有8个8*8点阵，我再用8个引脚来当充当各个8*8点阵的“开关”即可。
那么我们的电路设计的基本原理知道了。
如何让一个引脚来当64个灯的“总开关”呢？只要将64个灯阳极或阴极连在一起，在连到这个引脚上即可。
那么如何用16个引脚来控制这64个灯的另外64个引脚呢？我采用了hc573暂存的方法，来分别把64个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，这样我们通过查询相应芯片的型号可以确定基本电路。
电路部分573的64个输出引脚控制前面所述每一个面的64个灯；而uln2008控制的每一个层。
同时要注意每个573输出的引脚对应的按顺序的x轴的8个引脚。
这样做完全了后期编写程序方便。
因为我们的动画是实时运算的，而且我所采用的紧紧是stc89c52系列单片机，它本身的运算速度有限。
焊接部分这里需要说的是，一定注意每个灯的焊接时间，和焊接整齐度，焊接整齐度直接影响整个制作效果。
每一层的二极管是共阴的。
如图所示，连在一起的是阴极，这样焊接起来。
我的方法是用一个木头板按照规则，扎64个孔然后把灯放到上面，一个一个焊接起来这样可以保障每一层的灯位置都是一样的而且各个灯之间排列是规则的。
最后通过架设支撑架的方式把各个层架起来，然后用电烙铁焊接起来。
Pcb板这里不过多说明，按照你焊接设计的规格设计pcb板。
基于51单片机的光立方设计毕业设计
毕业设计基于51单片机的光立方设计*名：***学号： ********班级： 10信科一班专业：信息科学与技术所在系：电子信息工程系指导教师：**基于51单片机的光立方设计摘要本文详细的介绍了光立方的搭建过程，以51系列的单片机STC12C5A60S2为主要的控制芯片，由512个LED通过共阴的形式连接起来，由74HC595为扩展单片机的I/O口，用ULN2803为驱动电路，形成一个规格为8*8*8(长，宽，高)14cm*14cm*20cm立方体,还介绍了这款芯片的特点和使用方法及在调试过程中遇到的软件和硬件方面的问题及解决方法，详细的阐述了光立方的设计原理和架构方法，对光立方目前存在的意义也进行了详细的介绍。
关键词：光立方；74HC595；单片机；ULN2803；LEDLight CuBe Based on 51 single ChiP miCroComPuterABstraCtThis PaPer introduCes the ProCess of Building Light CuBe, with 51 Series MCUSTC12C5A60S2 as the main Control ChiP, ConneCted By 512 LED By CO Yin form, By74HC595 for the exPansion of the MCU I/O Port, using ULN2803 as the drive CirCuit, the formation of a sPeCifiCation for 8*8* 8 (length, width, height) the 14Cm*14Cm*20Cm CuBe, also introduCes the CharaCteristiCs and methods of use of the ChiP and software and hardware in the ProCess of deBugging ProBlems and solutions, desCriBed in detail the design PrinCiPle and arChiteCture method Light CuBe, the CuBe existed at Present signifiCanCe have also Been introduCed in detail.Keywords:Light CuBe; 74HC595; STC12C5A60S2; ULN2803; LED目录摘要 ................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
光立方设计说明书
光立方设计说明书光立方设计说明书章节一、设计背景和目标1.1 设计背景根据市场需求和技术发展趋势，我们开展了光立方设计项目。
随着人们对高质量光学产品和创新设计的需求增加，我们旨在开发一种具有卓越性能和独特外观的光立方产品。
1.2 设计目标我们的设计目标是开发出一款具有以下特点的光立方产品：- 高质量光学性能：确保光学元件的精确度和光传输效率。
- 创新外观设计：在传统的光立方设计基础上，加入新颖元素，提升产品的美观性和独特性。
- 可靠性和稳定性：保证产品在各种环境条件下都能正常工作，并具有较长的使用寿命。
- 成本效益：在保证产品性能的同时，尽量控制生产成本，以提供具有竞争力的价格。
章节二、设计原理和细节2.1 光立方构造光立方由光学元件组成，包括镜面、棱镜、透镜和滤波器等。
我们将采用先进的光学制造技术，确保各个元件的精确度和质量稳定性。
2.2 光学性能优化通过优化光立方的元件、密封方式和光学参数等方面的设计，我们将实现高质量的光学性能。
具体的优化措施包括减少反射、消除晕圈效应、提高透射率等。
2.3 外观设计光立方的外观设计将结合传统和现代元素，打造出独特的外观风格。
我们将考虑产品的可定制性，以满足不同客户的需求。
章节三、材料和制造工艺3.1 材料选择在光立方的设计中，我们将选择具有优良光学性能和稳定性的材料，如光学玻璃和高精度塑料等。
3.2 制造工艺光立方的制造过程将采用精密的加工工艺和先进的设备。
我们将确保每个步骤的准确度和一致性，以保证最终产品的质量。
章节四、测试和验证4.1 光学性能测试我们将使用专业测试仪器对光立方进行各项性能测试，包括透射率、反射率、波前畸变等。
测试结果将用于优化设计和生产过程。
4.2 外观检验每一件光立方产品都将经过严格的外观检验，以确保产品的外观质量符合设计要求。
章节五、附件本文档涉及的附件包括：- 光立方设计图纸- 光立方元件材料清单注：附件内容请参阅实际附件文件。
基于STC12C5A60S2单片机的光立方设计
基于STC12C5A60S2单片机的光立方设计AbstractThe objective of this paper is to design and implement a Light Cube using STC12C5A60S2 microcontroller. The Light Cube is a three-dimensional display that can display images and patterns in mid-air without the need for any physical screen or surface. The designed Light Cube consists of a microcontroller, LEDs, power supply, and other supporting components. The microcontroller is programmed to control the LEDs and display the patterns in mid-air. The Light Cube is compact, portable and can be easily controlled using a smartphone app. The results of the experiment show that the Light Cube is capable of displaying various patterns and images in a 3D format, making it an ideal device for advertising, entertainment and display purposes.IntroductionThree-dimensional displays have been a popular topic of research in recent years due to their unique ability to create virtual images and objects in mid-air without the need for any physical screen or surface. One such type of three-dimensional display is the Light Cube. A Light Cube consists of a three-dimensional array of LEDs that can be programmedto display various patterns and images in mid-air. The Light Cube is an ideal device for advertising, entertainment, and display purposes due to its ability to create stunning 3D effects.In this paper, we present the design and implementation of a compact and portable Light Cube using STC12C5A60S2microcontroller. The design of the Light Cube includes the use of LEDs, power supply, and other supporting components. The microcontroller is programmed to control the LEDs and display various patterns and images in mid-air. The Light Cube is easy to control and can be operated using a smartphone app.Design and ImplementationThe design of the Light Cube involves the use of athree-dimensional array of LEDs. The LEDs are arranged in a cube shape and connected to the STC12C5A60S2 microcontroller. The design also includes a power supply, voltage regulators, and other supporting components.The microcontroller used in the design is STC12C5A60S2, which is a powerful 8-bit microcontroller with high-speed processing capability. The microcontroller is programmed using the C language to control the LEDs and display various patterns and images in mid-air. The programming also includes the use of algorithms to create 3D effects.The power supply for the Light Cube is designed using a step-down voltage regulator that converts the input voltage to a lower voltage level suitable for driving the LEDs. The voltage regulator also includes protection circuits toprotect the LEDs and the microcontroller from power surges and other electrical faults.The Light Cube design also includes a Bluetooth module that allows it to be controlled using a smartphone app. The app can be downloaded from the app store and installed on any smartphone. The app allows the user to select and display various patterns and images on the Light Cube.Results and DiscussionThe Light Cube designed and implemented in this paperwas tested and shown to be able to display various patterns and images in mid-air. The patterns and images were displayed in a 3D format, creating stunning visual effects. The Light Cube was also able to be easily controlled using a smartphone app, making it an ideal device for advertising, entertainment and display purposes.ConclusionIn this paper, we have presented the design and implementation of a compact and portable Light Cube using STC12C5A60S2 microcontroller. The Light Cube is a three-dimensional display that can display images and patterns in mid-air without the need for any physical screen or surface. The Light Cube is easy to control and can be operated using a smartphone app. The Light Cube is ideal for advertising, entertainment, and display purposes due to its ability to create stunning 3D effects.。
888光立方课程设计
888光立方课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握光立方的基本原理和制作方法，培养学生的创新意识和动手能力。
具体分为三个部分：1.知识目标：学生能够理解光立方的物理原理，包括光的传播、反射、折射等；掌握光立方的制作流程和技巧。
2.技能目标：学生能够运用光立方原理，独立完成一个光立方的设计和制作；培养学生的团队协作能力和问题解决能力。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识到光立方在科技领域的应用价值，激发对科技创新的热爱和好奇心；培养学生的创新精神和实践能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光立方的原理、制作方法和应用。
具体安排如下：1.第一章：光立方概述，介绍光立方的定义、发展历程和应用领域；2.第二章：光立方的物理原理，讲解光的基本性质、光的传播、反射、折射等现象；3.第三章：光立方的制作材料和工具，介绍光立方制作所需的材料、工具及其使用方法；4.第四章：光立方的制作流程，讲解光立方的设计、搭建、调试和优化等环节；5.第五章：光立方的创新应用，介绍光立方在各个领域的应用案例，探讨光立方的未来发展。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：教师讲解光立方的基本原理、制作方法和应用，引导学生掌握相关知识；2.实践操作法：学生动手制作光立方，培养学生的实践能力和创新意识；3.案例分析法：分析光立方的实际应用案例，帮助学生了解光立方的应用价值；4.小组讨论法：学生分组讨论光立方的制作过程中的问题，培养团队协作能力。
四、教学资源为了支持教学内容的实施，本课程准备以下教学资源：1.教材：《光立方制作教程》，为学生提供系统的学习材料；2.参考书：《光学原理与应用》、《创新制作教程》等，为学生提供拓展阅读资料；3.多媒体资料：制作光立方的视频教程、动画演示等，帮助学生更好地理解光立方的制作过程；4.实验设备：为学生提供光立方制作所需的实验材料和设备，如LED灯、电路板、显微镜等。
光立方电路图 (2)
光立方电路图1. 简介光立方电路图是一种用于创建光效的电路图。
它通过使用不同的光电元件和电子元件，可以实现各种不同的光效。
本文档将详细介绍光立方电路图的组成部分以及如何使用它来实现各种光效。
2. 组成部分2.1 光电元件光立方电路图中使用的光电元件包括LED灯、光敏电阻和光电二极管。
LED灯是最常用的光电元件，它能够发出不同颜色的光。
光敏电阻能够根据光强度的变化来改变电阻值，从而实现自动控制。
光电二极管则能够将光转换为电信号。
2.2 电子元件光立方电路图中使用的电子元件包括电阻、电容、晶体管和集成电路。
这些电子元件用于调节电流和控制电路的工作方式。
电阻用于限制电流的流动，电容用于储存电荷，晶体管用于放大电流信号，集成电路用于实现特定功能。
2.3 连接方式光立方电路图中的光电元件和电子元件通过导线来连接。
导线用于传输电流和信号，它们需要正确地连接到电路图中的不同元件。
连接方式包括串联和并联，有时还需要使用电路布线板进行连接。
3. 光效实现3.1 基本光效通过使用LED灯和电阻，可以实现基本的光效。
可以使用不同颜色的LED灯来实现不同的光效，例如红色、绿色和蓝色。
通过调整电阻的阻值，可以控制LED灯的亮度。
可以使用串联或并联连接LED灯，以实现不同的光效。
3.2 光敏控制通过使用光敏电阻和晶体管，可以实现光敏控制的光效。
光敏电阻可以感知周围光强度的变化，当光强度超过一定阈值时，晶体管将导通，从而控制LED灯的点亮。
这种光效可以用于夜灯、光感灯等应用场景。
3.3 光音效通过使用光电二极管和集成电路，可以实现光音效的光效。
光电二极管可以将声音转换为光信号，并通过集成电路进行处理。
可以将不同频率的声音转换为不同颜色的光，从而实现光与音的联动效果。
4. 示例电路图以下是一个简单的光立方电路图示例：+-------------+| |[LED1]--->[R1]--->[LED2]--->[LED3]| |+-------------+这个电路图中，使用了三个LED灯和一个电阻进行串联连接。
光立方毕业设计
基于STC12C5A60S2的光立方设计【摘要】本次设计使用512个LED灯制作8*8*8的LED立方体，命名为光立方。
采用STC12C5A60S2芯片作为主控，8个74HC573锁存器和一个ULN2803芯片扩展I/O口，作为外围控制。
通过编程控制I/O口，点亮指定的LED灯，使得显示不同的画面。
8*8*8光立方因点亮LED灯将会形成各种图形，如爱心、数字、雨滴、正方体等十几种画面。
整个立体呈现不同的造型和图案，动画衔接完美，使其变得美轮美奂、绚丽多彩，立体感十足。
此外，我们还可以外接音频输入，通过AD采样，快速傅里叶变换FFT，可以让光立方显示音频频谱。
经过系统测试，最终达到设计要求。
【关键词】光立方 STC12C5A60S2 74HC573 ULN2803Based on STC12C5A60S2 of the Light Cube Design【Abstract】:The 8*8*8 LED cube is made of 512 LED lights，named Light Cubewhich used STC12C5A60S2 as main control chip，it has 8 74HC573 latches extended I/O ports,and a ULN2803 chip as out control. Through programming control I/O port, the LED light. 8 * 8 * 8 cubic light for light leds will form a variety of graphics, such as love heart,numbers,rain,cube and so on. animation, cohesion is perfect, stereo sense is dye-in-the-wood. In addition, we also can external audio input, through the AD sampling, fast Fourier transform FFT, can let light cube display audio spectrum. After the system test, finally to meet the design requirements.【Keywords】:The Light Cube STC12C5A60S2 74HC573 ULN2803目录【摘要】 (1)【Abstract】 (1)目录 (2)第一章引言 (1)1.1光立方的研究意义 (1)1.2发展历程和现状 (1)1.3 光立方的功能和特点 (1)1.4 光立体的优越性以及主要应用 (2)第二章控制模块设计 (3)2.1 系统总框图 (3)2.2 总体方案的选择 (3)2.2.1主控芯片 (3)2.2 总体方案的选择 (3)2.2.1主控芯片 (3)2.2.2 电源选择 (4)2.2.3 元件选择 (4)第三章光立方显示部分概述 (7)3.1 光立方的制作 (7)3.1.1 光立方的原理 (7)3.1.2 LED灯的选用 (7)3.1.3 LED灯的焊接 (9)3.2显示部分检测 (10)第四章硬件设计 (13)4.1最小系统 (13)4.2 按键模块 (13)4.3功放模块 (14)4.3.1 功放原理图 (14)4.4呼吸指示灯 (15)4.5 竖排控制电路 (15)4.6 光立方层控制电路 (16)4.7 硬件电路焊接 (17)4.8 元件清单 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
3D光立方的设计与制作
3D光立方的设计与制作【摘要】本文主要介绍了3D光立方的设计思路和制作流程，3D光立方采用了8X8X8共计512个LED组成的阵列，本次设计制作一个三维的发光二极管立方显示体，能够通过编写程序来实现对每一个LED亮和灭的控制，从而可以显示多种多样的图案，具有很高的观赏性，通过制作3D光立方，能提高动手设计能力和对电路的分析能力。
【关键词】3D光立方;电路制作;LED1.背景与意义随着人们生活水平的不断提高，3D效果的欣赏已经成了人们的追求，美轮美奂的观赏让人醉心不已，给人带来无比宽松舒适的美感。
3D技术已进应用于教学，医学，地下采矿，空中导航等领域。
但就目前的发展，3D还不能够普及到人们的生活中，这也就萌发了人们对于3D的设计。
本次设计制作一个三维的发光二极管立方显示体，能够通过编写程序来实现对每一个LED亮和灭的控制，从而可以显示多种多样的图案。
因此，对发光二极管进行控制，使其显示出不同的花样，带给未来3D技术的科技体验。
2.系统电路设计本电路设计大体上可以分电源、处理系统、输出显示、输入控制四部分组成。
其结构框图如图1所示。
图1 3D光立方电路设计框图电源供电部分采用一块集成稳压器CW7805，把市电经变压器降压输入电路，而后整流送到稳压器稳压输出作为工作电压。
不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。
输入控制部分采用按键开关，主要用于切换不同的显示模式。
单片机控制电路是该系统的核心部分，主要控制着LED灯的显示间隔、方式、变换等。
输出控制采用74HC573芯片作为控制光立方的I＼O口扩展芯片，以拓展单片机的输出口，采用动态显示模式，按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。
可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成，再结合输出控制电路，这样程序书写就不会过于繁琐和重复，而且对核心控制器的内存空间要求不高。
LED显示阵列是由8X8X8共计512个LED组成光立方显示屏。
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毕业设计题目:学院：专业：届别：学号：姓名：指导教师：填写日期：2012-12-28【摘要】本设计立体点阵系统，具有3D的显示效果，系统STC60S2单片机作为控制核心对灯的亮暗进行控制。
采用74HC138和74HC595分别对每个灯进行控制，使8*8*8立体点阵显示出不同的花样，给人立体效果的展示。
系统初始设定显示一种模式，当遥控的切换键按下时，可以切换不同花样。
本系统还可以用遥控来对灯的亮度进行控制。
【关键词】立体点阵 STC60S2单片机 74HC138 74HC595 遥控器第1章引言随着人们生活水平的不断提高， 3D效果的欣赏已经成了人们的追求，美轮美奂的观赏让人醉心不已，给人带来无比宽松舒适的美感。
3D技术的将来必有广泛应用。
仅3D打印技术这一还处在萌芽阶段的技术就已经在世界掀起了巨大波澜。
就现有来看3D技术已经应用于军工、航空航天、水下作业、模拟分析等高端领域。
随着科技发展3D技术的成本也会越来越低，相信3D电视将来也会像液晶电视一样走入普通家庭。
3D技术在未来还可以应用于教学，医学，地下采矿，空中导航等领域。
但就目前的发展，3D还不能够普及到人们的生活中，这也就萌发了人们对于3D的设计。
因此，本课题以发光二极管的搭建的8*8*8立体点阵，是一个长、宽、高由8×8×8个LED 灯组成的真实3D立方体显示器。
采用单片机STC60S2为核心编程技术，对发光二极管进行控制，使其显示出不同的花样，带给人未来3D技术的科技体验。
第2章设计任务及要求2.1 设计任务设计一个8×8×8的LED立体点阵，可以用红外遥控器进行花样的切换，能够进行亮度的调节。
2.2设计要求（1）用红外遥控器进行控制。
（2）有多种的花样可以相互切换。
（3）可以对亮度进行调节。
第3章硬件系统总体设计3.1 系统结构框图设计经过分析，本系统主要是由电源模块、单片机主控模块、74HC595列驱动模块、74HC138行驱动模块、LED点阵显示模块，给出了系统电路原理框图如图所示。
单片机选用STC12C5A60S2芯片之制造，它可提供多种模式。
512个灯只需要单片机10端口控制，P1.3：脉宽输出，控制灯的亮暗。
LED 灯用16只驱动管驱动，提供足够大的电流，每个LED 灯需要20mA 的电流，需要的电流是1.5A,用驱动管来驱动LED 灯，74HC595控制LED 的8位移位寄存，74HC138是3位8出的译码器，用来信号的输出。
第4章 主要电路模块的实现方案比较及选择4.1 LED 的选择本次项目选用高亮度透明红光LED ，在不亮的时候是透明的，这样就确保了每个点都能显示自己的位置。
4.2 单片机的选择方案一：52系列单片机方案二：STC12C5A60S2芯片52系列单片机的ROM 为8K ，对我们设计系统不能提供充足的空间进行功能的扩展。
由于光立方的程序量比较大，而且要求相对比较高，因此经过考虑之后我们决定用51系列的增强型芯片STC12C5A60S2。
STC12C5A60S2具有超强抗干扰、内部集成高可靠复位电路，外部复位可用可不用、速度快，比8051快8-12倍。
再有STC12C5A60S2芯片与52 系列的单片机价格差不多。
因此，我们选择STC12C5A60S2芯片。
在实际调试中，用STC89C52RC 在高电平的时候还是有一点点漏电流，对与8050PNP 电源模块 行驱动模块LED 点阵显示模块列驱动模块 单片机主控模块三极管来说，这放大的电流足够使本不应该点亮的LED点亮。
所以必需把这漏电流给消除。
在更换芯片时，我们发现，用STC12C5A60S2单片机刚好满足要求，免去了复杂的硬件修改。
4.3 LED灯的选择方案一：草帽型LED方案二：方形高亮的LED灯由于草帽的光发散比较厉害，容易影响视角效果，而方形的比较聚光，在不亮的时候是透明的，这样就确保了每个点都能显示自己的位置。
出于外观和整体的形状美观，我们放弃我们经常用的草帽型LED，采用的是方形高亮的LED灯。
4.4 LED的驱动方式的选择方案一：74HC593和74LS138组成的驱动电路。
LED灯用16只驱动管驱动，提供足够大的电流，每个LED灯需要20mA的电流，需要的电流是1.5A,用驱动管来驱动LED灯，74hc595控制LED的8位移位寄存，74hc138是3位8出的译码器，用来信号的输出。
方案二：SM16126和74HC138组成的驱动电路。
SM16126具有亮度调整功能，通过调节R_EXT端的电阻大小或者PWM，就可轻松做到亮度可控。
4片SM16126构成了64位的静态显示，可显示一层的图像也就是一个二维画面。
层切换是通过3-8线译码器74HC138，对控制器输出的层信号译码，然后通过P沟道MOS管4953放大后驱动LED光立方一层的二极管阳极，此时对应SM16126移位后的并行数据就被显示出来了。
然后通过协调层的数据和层的选通，动态显示后就能做到立体控制与显示。
方案三：74HC573和ULN2008组成的驱动电路。
采用74HC573暂存的方法，来分别把8个灯的亮灭信息储存，74HC573的64个输出引脚控制前面所述每一个面的8个灯。
而ULN2008控制灯的每一个层，每个573输出的引脚对应的按顺序的X轴的8个引脚。
由于我们对于方案一的驱动方式比较熟悉，而且其组成的电路较简单，所以我们最后采用方案一的驱动方式。
第5章系统硬件设计5.1 系统硬件设计硬件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三部分。
5.1.1 单片机电路我们是用STC60S2芯片来制作单片机电路。
我们把STC60S2芯片的P0口用来控制74HC595的时序以及74LS138的时序，用P3.2口接收红外遥控器发出的信号，用P2口来控制液晶的启动显示，再分别用P1.3来控制LED灯亮度的变化。
5.1.2 行驱动电路单片机P0口低5位输出的行号经两片74LS138译码后生成16条行选通信号线，以低电平译出。
一条行线上要带动16列的LED进行显示，按每一LED器件20mA电流计算，32个LED同时发光时，需要640mA电流，选用场效应管TIP127作为驱动管可满足要求。
5.1.3 列驱动电路列驱动器由集成电路74HC595构成。
它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。
引脚SI为串行数据输入端，与单片机P1.0相连，用来传送数据；引脚SCK为移位寄存器的移位时钟脉冲，与单片机P1.2相连；RCLK是输出寄存器的打入信号，与单片机P1.1口相接。
5.1.4 红外遥控器部分发射部分包括键盘矩阵、编码调制、红外发送器。
使用89C2051芯片将按键信号调制在 38KHz 的载波信号上通过三极管放大后发射出去。
以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms 的组合表示二进制的“1”。
“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。
红外编码为：全码 =引导码+系统码+系统反码+数据码+数据反码。
将发送的数据和P3.0进行逻辑与后，经过40106整形，用三极管驱动红外发射管发射。
5.1.5 遥控信号接收头接收电路可以使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。
接收器对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便。
红外接收头的Out接单片机的P3.2。
①脉冲信号输出接，直接接单片机的IO 口。
② GND接系统的地线（0V）；③ Vcc接系统的电源正极（+5V）；5.2 系统软件设计5.2.1 软件系统总流程及设计思路说明LED立体点阵系统的主要功能是花样变化，通过红外遥控器来进行花样模式的切换。
根据软件分层次设计的原理，可把LED立体点阵显示屏的软件系统分成三大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是红外遥控器的控制程序，第三层是上层的系统应用程序。
显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。
显示驱动程序由定时器PCA中断程序实现，红外遥控程序负责对系统已经编写好了的各个花样进行切换，系统应用程序完成系统环境的设置、显示效果处理等工作，由主程序来实现。
5.2.2 显示驱动程序显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器PCA重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓寸区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。
为消除在切换行显示数据的时候产生的拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。
图2是显示驱动程序的流程图。
进去中断定时器赋初值读取行号并增1送新行显示数据消隐切换显示数据送新行号、打开显示退出中断5.2.3 LED立体点阵驱动显示方案LED立体点阵是一种新萌发的具有3D效果的。
LED立体点阵系统可以显示文字，数字，图形等生动逼真，立体感强。
用单片机驱动LED灯有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。
静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再起作用，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。
动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。
这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。
如果用静态显示的方法，LED立体点阵共有512个发光二极管，单片机没有那么多的端口，如果用锁存器来扩展端口，按8位锁存器来计算，也需要64个锁存器。
因此在实际应用都不采用静态显示，而是采用动态扫描的显示方法。
此次设计的要求是立体点阵的花样变化，采用动态显示，扫描电路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。
LED立体点阵的控制方式和16×64的点阵屏控制方式是一样的。
拿16×64的点阵屏来说，把所有同一行的发光二极管的阳极连在一起，把同一列的发光二极管的阴极连在一起（共阳接法），先送出对应的第一行发光二极管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其亮灭的时间，然后熄灭；再送对应的第二行的数据，依次下去，直到第16行。