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光立方

摘要

光立方是一个长、宽、高由8×8×8 个LED 灯组成的真实3D 立方体显示器。其最大的特点,就是带给观赏者立体的超酷的3D视觉体验。目前各种版本的光立方的制作方法都很复杂,而且成本也很高,而本设计则制作简单精美,成本低廉。

为保证光立方精美的外形,本设计还提供了一种光立方的制作模板,以确保将动手能力导致的美观差异降到最低。

为降低其成本,本设计采用了STC12C5A60S2单片机,这种单片机自带有A/D 转换模块;使用的锁存器是常用的SN74HC573。这样可以保证在降低制作成本的情况下,毫不影响作品的美观;再加上显示效果极佳的高亮雾面的蓝色方形LED,硬件电路无需添加额外的驱动和上拉电阻,即可实现其强大的功能:除了能显示3D 图形,还可以支持多级亮度和速度调整,允许用户自拓展音频显示功能,就像音乐显示器一样。用户还可以在不改动硬件电路的情况下设计出自己喜欢的的自定义图形。这些充分体现了制作成本低、显示效果好、功能完善的特点。

最后,经过软硬件调试,解决了一些硬件电路短路,程序报错的问题,完美地实现了多种图形动态显示,流畅的图形变换和音频显示的多种功能。

关键词:光立方制作模板音频显示 A/D转换

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ABSTRACT

Light-cube is a long, wide, high is composed of 8 x 8 x 8 leds true 3 d volumetric display. Its biggest characteristic, is to bring the viewer stereo cool 3 d visual experience. So each big web site is filled with all kinds of cubic light version.

But all versions of this light cubic method is very complex, and the cost is also high, and compared with this design is beautifully simple and low cost.

In order to ensure the exquisite cubic shape, this design also provides a light cube production template, to ensure that the ability to appearance difference to a minimum.

To reduce its cost, this design USES STC12C5A60S2 MCU, the MCU built-in A/D conversion module; Use the latch is SN74HC573 in common use. So that in the case of lower production costs, not effect the beauty of the works; Plus showed excellent results highlighted square LED fog below in blue, don't need to add additional hardware circuit drive pull up resistance, and its powerful functions can be realized: in addition to display 3 d graphics, can support multiple levels of brightness and speed adjustment, allows the user to expand the audio display function, like music display. Users can also in the case of do not change the hardware circuit design their own custom graphics. These fully reflect the production of low cost, good effect of display, the characteristics of the function is perfect.

Finally, after the hardware and software debugging, solve some of the short circuit hardware circuit, program error, perfect the dynamic variety of graphic display, smooth graphics transform and audio display a variety of functions.

Key words: light-cube making stencil audio-display A/D conversion

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目录

1、引言 (1)

1.1研究意义 (1)

1.2研究现状 (2)

1.3该论文的内容安排 (2)

2、光立方的设计方案 (3)

2.1本设计基本功能和特点 (3)

2.2拓展功能 (3)

2.3总体设计方案 (3)

3、硬件设计 (5)

3.1 单片机控制电路设计 (5)

3.1.1单片机选型 (5)

3.1.2单片机控制电路 (6)

3.2 驱动电路设计 (7)

3.2.1 负极驱动芯片 (8)

3.2.2 正极驱动芯片 (10)

3.3显示电路设计 (11)

3.3.1各层电路设计 (11)

3.3.2 LED地址对照表 (12)

3.4实物效果图 (13)

4、软件设计 (15)

4.1 自定义头文件 (15)

4.2电脑端的ISP控制软件 (18)

4.3程序流程图 (19)

4.4 LED显示核心思想 (20)

4.5显示部分测试结果 (22)

5、硬件焊接与调试 (23)

5.1 本设计所需材料 (23)

5.1.1LED灯 (23)

5.1.2 74HC573芯片 (23)

5.1.3自制双声道音频插头 (23)

5.1.4 其他材料 (24)

5.2光立方LED灯焊接方法及步骤 (25)

5.3调试中的问题和解决方法 (27)

5.4调试结果 (28)

6、总结 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

附录 (33)

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1、引言

1.1研究意义

LED射灯是指发出的光线是方向性的(directional)的LED灯泡, 主要类型有MR16,GU10, PAR series.

LED球泡灯是指发出的光线为发散性的LED灯泡, 主要类型为:E27 base.

按照功率来分, LED灯泡可分为: 小功率(主要为5mm LED生产的)和大功率(主要1 W, 3 W ,甚至5 W LED生产的)。同时, 市场上也存在超大功率(比如, 50W的LED射),但是这种未经过市场检验, 也未见得有很大市场。其中, 小功率的LED射灯, 球灯为最早设计和生产的LED灯泡, 已经大规模采用, 但是质量良莠不齐。这灯泡主要是在国外的零售网站上进行销售,比如 heledlight.com, wiedamark.com, ledwaves.com 。而大功率的LED射灯, 球泡灯为最近2-3年才大规模使用和推广的, 总体来说要比小功率的LED 灯泡稳定许多; 随着大功率LED的价格下降, 大功率LED灯泡将会为市场主流。

总体来说, 目前LED灯的市场上, 不论是生产商, 采购商还是终端客户, 都不专业, 大多数还只是凭经验或者外观等主观臆断来判断产品质量的好坏。在产品外观雷同的情况下, 让人可以接受的价格和良好的销售策略起主导作用。

另一方面,从电子爱好者网站,《无线电》杂志等一些媒体可以看出,国内越来越的的人正在加入电子爱好者的行列。伴随着这样的趋势,作为常用的电子器件之一的LED,其使用量将会越来越大,普及速度也会越来越快。

而作为一个忠实的电子爱好者,美观时尚应当是我们的不懈追求,引领更多的初学者走上电子爱好者之路更是值得我们努力的。而3D光立方所能带来的震撼力和吸引力是其他电子设计所不能动摇的。

其实光立方这个名字早已出现过,也有人尝试制作过,每个制作过的人都会被其超酷的3D 显示效果所震撼,我就是其中之一。然而在网上搜索了大量相关资料后,我发现,网上各种版本的光立方的制作方法都很复杂,而且成本也很高,所以我想找出一种相对成本较低,制作方法简单,便于广大电子爱好者学习制作的方法。

这种方法如果实现,不仅会为LED市场带去不少的盈利,同样也能引领更多的人加入电子爱好者的队伍中,可谓一举两得。

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1.2研究现状

其实,对于许多电子爱好者来说,光立方并不陌生。它的功能也在许多人的开发下越来越强大。每一个见过光立方效果的,都会被其超酷的3D显示效果所震撼,我就是其中之一。但是,在搜索了大量相关资料后,我却发现,各种版本的光立方的制作方法都很复杂,不仅需要很强的动手能力来组装512个排列整齐的LED和金属支架,还需要有足够的耐心设计一大堆单片机和驱动芯片,最后还要为硬件成品设计显示程序,好让光立方动起来。

虽然市场上流通着的光立方中,有一种整机只有一个芯片的光立方,但是价格不菲。到目前为止,尚未出现过一套既制作简单、价格低廉又功能强大的光立方完整设计方案。

1.3该论文的内容安排

开篇引言主要介绍研究的意义和目前光立方的研究现状。

提出了光立方的基本功能和总体设计方案,使得读者对整体设计有一个总体的了解。

之后第三章开始仔细介绍设计的各个部分。第三章先从硬件设计入手,可以给读者对设计有一个具体的了解。硬件设计主要包括包括控制电路,驱动电路和显示部分。

第四章是本设计的软件设计部分,在熟悉硬件部分之后,软件设计的具体阐述便于读者深入理解该设计的核心思想,从而开发出自己的程序。

第五章主要对设计的材料选取和硬件焊接做了详细的说明,便于广大电子爱好者自己动手制作。

最后,该论文对整体设计的软硬件测试过程做出详细的总结,以便读者在遇到相似的问题时,能够更快的找到合适的解决方案。

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