光立方论文

目录

1 概述 (2)

1.1光立方原理 (2)

1.2 3DLED光立体的优越性以及主要应用 (3)

2设计课题硬件系统的设计 (3)

2.1 LED管脚搭接方法： (3)

2.2设计课题电路原理图 (7)

2.3设计课题电路PCB图 (8)

2.4 设计课题电路元器件布局图 (9)

2.5 设计课题元器件清单 (10)

3 设计课题软件系统的设计 (11)

3.1 3dLED光立方代码图形 (11)

3.2 设计课题软件系统程序清单 (12)

4 设计结论 (18)

4.1 设计总结与使用说明 (18)

4.2 电路的调试和调试出现的问题 (19)

4.3设计体会 (19)

结束语 (20)

致谢 (21)

参考文献 (22)

1

1 概述

1.1光立方原理

光立方也就是LED的立体阵列，一般的LED是平面的，比如一个字，而光立方则是在多个等间距的平面再组合成一个立体。这样就可以显示真3D图形。8*8*8光立方我们把它拆成8个面，如下图，每个面64个灯，或说成64束。

我们要控制这64个灯使其自由变换，然后控制每个层依次点亮即可。

图1

学过点阵的都知道，如果要控制8*8点阵，需要16个引脚，那么8*8*8点阵我们再用8个引脚充当8*8点阵的总开关即可，我们只要把64个LED灯的阴极连接在一起就可以了。

图2

2

3

1.2 3DLED 光立体的优越性以及主要应用

1. 3DLED 以其功耗低，寿命长，亮度高，视角大，可视距离远等优点而具有极为广阔的发展前景。随着人们生活水平的提高，3DLED 逐渐应用于各行各业。人们对其的要求也越来越高，已经不再满足于二维平面，进而转向三维平面。3DLED 的出现是一个很好的契机。

2. 3DLED 光立体极具观赏性，人们可以根据自己的要求，设计不同的图案， 展现不同的立体效果。可以说它是变幻无穷的。因其极大地观赏性，使人们在接受信息，数据的同时更加印象深刻，使信息的传输更有效率。

3. 随着3D 技术的逐步发展，3DLED 被广泛应用于现实生活中，比如LED 显示屏，LED 图像，LED 立体摄影。这些技术在我们的生活中随处可见，电影院，会议场合，舞台设计，以及各种娱乐场所。

2设计课题硬件系统的设计 2.1 LED 管脚搭接方法：

为了保持整体的通透性，立体感，3dLED 光立方没有设计额外的支架，所有

的搭接直接用LED 的管脚。

1. 水平折弯：基本徒手可以完成，将512个LED 灯的阴极都弯曲成90度，为了焊接的统一性，折弯时尽量保持角度的统一，还要注意区分阴极与阳极，由于我们做的是共阴，所以将阴极折弯。如图3

图3 LED 灯弯曲成90度

2. 垂直折弯：为了让阴极摆出发光体一部分，使其与上下的LED 搭接，可利用尖嘴钳

对LED 进行垂直折弯。

4

3. 由点到线：自备一块木板，在上面打8*8的64个孔，每个孔的间距大约为2cm ，将折好的LED 插入一排后，其阴极正好搭接在一起，进行焊接，图4，实现LED 共阴。因为LED 很脆弱，很容易因为焊接时温度过高而烧坏LED,所以每次焊接完后都要去检查每个灯是否会亮，这是很重要的一步。

图4

4. 由线到面：将焊接好的一条一条的LED 平躺在平面上，将露出的LED 的阴极折成直角，使其可以与前后同一层LED 的阴极进行焊接，实现8*8平面的层共阴。如图5，当你插好64个灯珠后，还要在做些准备工作，只要弯折的长度适合，管脚的末端会多出几毫米搭接到临近的弯折点上，，给所有的焊点先上锡，时间不要过久，免得烧坏了灯珠。管脚上锡搞好后，再焊接时只需一手用镊子夹稳管脚，在用烙铁烫一下就好了，镊子夹的时候就先矫正了灯珠位置，确定无误后，再那烙铁补上这最后一下，第一个平面焊接好后就是这个样子：

图5

5.又面到体：将焊接好的一个一个LED面叠起来，进行焊接，如图6，实现8*8*8光

立方。一个平面搞定后，不要觉得这样就完成了，把灯取下来之前，先用万用表检查，电子表有专门检查二极管的档，比机械的要方便些。确保你焊接好的灯珠都是会亮的，焊接的时候，难免有的灯珠被烫坏或者有正负短接的地方；把灯珠在模板上取下的时候，要比较温柔，这个想必大家都会，取下之后呢，在仔细检查正面和背面有没有焊锡不够的地方（因为在模板上你只焊接到了一面，另一面肯定有焊锡不够、不均匀之处），小心的补上焊锡，这样以后就不会开焊了！要不然组装后，你再想补修开焊点，那想都不要想，所以，现在不要怕麻烦，有耐心，慢慢来！！！

需要说明的是，从第二层开始，就得注意层面的摆放了，上一层的管脚向下弯折90度后，慢慢的向下放，保证管脚不能和下一层的短接。第一二层没什么问题，第三次开始，就开始有难度了，越往后越难，因为管脚越来越密集，上层的管脚往下插的时候，要需要长时间的镊子矫正，才能完全放稳。

图6

6.8*8*8光立方大功告成。如图7。

LED的焊接，把2个LED的负极焊接在一起。注意焊接时候速度要快，要不然温度会损害LED.还有就是LED的负极不要碰到正极。

5

6

图7 7.焊接完毕通电后效果图，图8。

图8LED 通电后效果图

2.2设计课题电路原理图

7

2.3设计课题电路PCB图

8

2.4 设计课题电路元器件布局图

9

2.5 设计课题元器件清单

10

3 设计课题软件系统的设计

3.1 3dLED光立方代码图形

显示正方体6x6x6

11

12

翻转

正方体拼图

3.2 设计课题软件系统程序清单

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code f2[8][8]=

{

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x7E, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x7E, 0x00,

0x00, 0x42, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x42, 0x00,

0x00, 0x42, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x42, 0x00,

0x00, 0x42, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x42, 0x00,

0x00, 0x42, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x42, 0x00,

0x00, 0x7E, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x7E, 0x00,

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, }; //显示正方体6x6x6

uchar code f7[8][8]=

{0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00,

0x00, 0x1E, 0x21, 0xC1, 0xC1, 0x21, 0x1E, 0x00, }; //花瓶1

uchar code f9[8][8]=

{0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00,

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00,

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00,

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, }; //旋转1

uchar code f21[8][8]=

{0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01,

0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01, 0x00,

0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01, 0x00, 0x00,

0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00,

0x08, 0x04, 0x02, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x04, 0x02, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x02, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, };//翻转1

uchar code f26[8][8]=

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00,

13

0x00, 0x00, 0x00, 0x18, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x00, 0x18, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, };//爆炸1

uchar code f36[8][8]=

{0xE7, 0xA5, 0xE7, 0x00, 0x00, 0xE7, 0xA5, 0xE7,

0xA5, 0x00, 0xA5, 0x00, 0x00, 0xA5, 0x00, 0xA5,

0xE7, 0xA5, 0xE7, 0x00, 0x00, 0xE7, 0xA5, 0xE7,

0x00, 0x00, 0x00, 0x18, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00,

0x00, 0x00, 0x00, 0x18, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00,

0xE7, 0xA5, 0xE7, 0x00, 0x00, 0xE7, 0xA5, 0xE7,

0xA5, 0x00, 0xA5, 0x00, 0x00, 0xA5, 0x00, 0xA5,

0xE7, 0xA5, 0xE7, 0x00, 0x00, 0xE7, 0xA5, 0xE7,};//正方体拼图1

*/

/********************************

函数名：毫秒延时函数

函数功能：产生毫秒级延时

函数入口：cout 需延时的毫秒数

函数出后：无

*********************************/

void Delay_1ms(uint count)

{

uint j;

while(count--!=0)

{

for(j=0;j<80;j++);

}

}

/********************************

函数名：send_num

函数功能：将一个面的数据送入74ls573

函数入口：*p 需要送入数据的起始地址

函数出后：无

*********************************/

void send_num(uchar *p)

{

uchar i,j=0xFE;

for(i=0;i<8;i++)

{

14

P0=j;

P1=*(p+i);

j=_crol_(j,1);

}

P0=0XFF;

}

/********************************

函数名：send_dis

函数功能：将8各面的数据给别送入573并动态显示出来函数入口：无

函数出后：无

*********************************/

void send_dis1()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<5;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f1[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=5;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f1[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis2()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<2;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f5[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=2;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f5[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis3()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<2;k++)

{

15

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f7[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=2;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f7[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis4()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<12;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f9[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=5;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f9[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

} }

void send_dis5()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<5;k++)

{

for(i=0;i<5;i++)

{

P2=j;

send_num(f21[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=5;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f21[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis6()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<4;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f26[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=4;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

16

P2=j;

send_num(f26[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis7()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<7;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f29[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=7;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f29[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis8()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<2;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f36[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=2;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f36[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis9()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<3;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f38[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=3;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f38[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

}

void send_dis10()

{

uchar i,k,j=0x01;

for(k=0;k<8;k++)

{

for(i=0;i<8;i++)

17

{

P2=j;

send_num(f41[i]+k);

Delay_1ms(2);

j=_crol_(j,1) ;

}

}

Delay_1ms(1);

for(k=8;k<0;k--)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=j;

send_num(f41[i]+k);

Delay_1ms(1);

j=_crol_(j,1) ;

}

} }

void main()

{

while(1)

{

send_dis1();

Delay_1ms(1);

send_dis2();

Delay_1ms(1);

send_dis3();

Delay_1ms(1);

send_dis4();

Delay_1ms(1);

send_dis5();

Delay_1ms(1);

Delay_1ms(1);

send_dis6();

Delay_1ms(1);

send_dis7();

Delay_1ms(1);

send_dis8();

Delay_1ms(1);

send_dis9();

Delay_1ms(1);

send_dis2();

Delay_1ms(1);

send_dis4();

Delay_1ms(1);

send_dis7();

Delay_1ms(1);

send_dis4();

Delay_1ms(1);

send_dis1();

Delay_1ms(1);

send_dis8();

Delay_1ms(1);

}

}

18

4 设计结论

4.1 设计总结与使用说明

通过这次3dLED光立方的设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了STC89C516RD, ULN2803, 74HC573八块。

我觉得做光立方设计的同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

3dLED光立方通过程序控制512个LED灯的亮灯与灭灯，从而显现出不同的形状，因为是8*8*8光立方，我们把它拆成8个面，每个面64个灯，或说成64束。我们要控制这64个灯使其自由变换，把64个LED灯的阴极连接在一起，然后控制每个层依次点亮，达到我们预期的效果。

4.2 电路的调试和调试出现的问题

完工以后抱着很激动的心情，编写了调试的程序，主要是检查全部的灯是否会亮，但是单把程序烧写进去之后，发现有一列没有点亮，还有一列灯中有个别灯不亮，还好两列的都在边上，进而如果换灯也相对容易，我们用排除法来检查电路，首先是检查灯的线路是否虚焊，断路，果真有一列的是断路了，把它接上后这一列也亮了，还剩下另外一列，我们用同样的方法来做，从驱动电路到显示的都没有问题，而且在输入那一列的电压也正常，我们就想不通了，是什么原因呢？我们怀疑是不是有灯坏了，我们又一个一个的检查了这一列灯，经过很细心的检查，发现有一个灯确实不亮，于是我们把它换了下来，接上另外一个，果然是哪个灯的问题，原来是由于我们焊接的时候烙铁在灯旁边停留太久，把灯烧坏了，使灯无法亮起来，在电路的调试中就出现了这些的问题，相对来说还是不错的。

4.3设计体会

时代不需要飘在空中的人，机器尤甚，通过这次的光立方设计我深深体会了这句话，生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实践，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配

19

合默契，多少人间欢乐在这里洒下，正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。在制作硬件时，因为要进行512个灯的焊接，时间不能过久，免得烧坏了灯珠，需要用镊子夹住灯，必须团队合作，实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的

结束语

经过了为期一个月的光立方设计，今天终于基本完成了，通过这一个月，还是学到了不少的知识！不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在试验中验证了自己的一些猜想。在学习的过程中有失败，当然也有困惑，有成功，当然就有喜悦。期间参考了网上相关资料，以及查阅了相关设计工艺图，这期间最大的感受，就是做好光立方设计，不仅要细心，更要有耐心，而且富有责任心。细心能避免自己因错误，而需要大量重新工作，浪费精力和时间。耐心就是得坚持做下去，一步一步做下去，虽然还有制作过程出现了一些问题，同样的工作做了好些遍，但是自己坚持下来了，就是最大的胜利而在光立方设计期间，要使用到Keil和Protel，使我对这两个软件的使用更加熟悉，这也为我们以后毕业设计打下基础。在设计中，对于其中过程的步骤该如何进行的考虑，锻炼我们处理事情的能力。同时在这次设计，我也学到了做事情要一步一个脚印，细心处理每个细节，这样才可以顺利地完成设计。

作为一名通信专业的学生，希望多学点这方面的知识，或许设计方面不是很在行，但原理，设计方向有一定的认识对将来还是比较好的。总之，通过这次光立方设计，自己还是有收获的，希望自己以后做任何事都要有这态度.

20