制作CUBE8光立方
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光立方教程今天,给大家带来光立方的制作教程,基于本人制作的经验,给各位想要做的朋友分享制作过程。
对于第一次制作的朋友,我们要先制作好一个日程表,如下图:我们要弄好一个计划,就好像单片机运行程序一样。
当然,废话少说。
接下来,我们需要一份购买材料的清单如上图所示,我们需要购买的万能板需要购买18*30的规格。
这样子才有足够的空间去安装我们的电子元件。
首先,我们需要用万能板作为骨架,每2cm*2cm就要焊接一个排针,上下左右间隔一样。
不过对于初学者来说,一次性焊接64颗排针有点困难,所以我们需要用胶布把每一颗排针固定好,然后上焊,当然这是一个快捷的方法,也适合所有的初学者当我们把排针固定好后,我们只需要把板子翻过来焊接就可以了。
接下来,我们要把每一颗led灯折弯后侧着放置在排针中。
从左到右,从上至下的安放,安放好后,我们只需要把他们的脚焊接即可。
折弯时记住使用镊子折弯。
效果图如下图所示显而易见,这是非常需要考焊功的活,各位制作时候要注意节点与节点之间的间距,并且注意焊点不要点太多的锡,会影响做出来的效果与美观。
接下来,我们把弄好的8排led插在万能板上,注意:我们要注意每排之间的间隔。
下一步,我们需要在把每排led的共阴极连接在一起,一共8层,每层都要连接好,当我们把每层连接好后,我们要在每层的末端或者初始端接一条输出线,作为共阴极连接UNL2803。
当然,我们连接UNL2803的前提是先把芯片接好。
小编我直接把芯片焊接在板子上,这种方法对于初学者来说不可取,需要弄芯片底座,不然芯片烧掉了就很难拆下来了。
接下来我们要按照电路图接线路了(是不是很开心,终于可以接线路了,好戏在后头),下面是74HC573集成电路的接法:首先我们先分析一下原理图:74HC573的1D~8D都连接在一起,然后再接到单片机的P0.0~P0.7端口;1Q~8Q分别连接每排的共阳里,就是焊接在电路板上的光立方引脚;至于LE要分别接到单片机的P2.0~P2.7。
摘要之前在网上看了一些光立方的演示视频,被它那些立体感吸引了。
想到自己学单片机也这么久了,于是乎就想做一个玩玩,同时可以复习一学期以来自己的编程能力和动手的能力,一举两得是一件很不错的事情。
向朋友要了一些资料,就开工了。
光立方顾名思义就是一个立方体,采用的是8*8*8的模式,整个立方大概是16cm*16cm*18cm(长.宽.高)的样子,主要分为三个模块:主控模块、驱动模块、显示模块;我所做的光立方,主控电路采用的主控芯片是STC12C5A60S2芯片,驱动电路是采用我们常用的74HC573数字芯片,以及ULN2803达林顿管。
关键字:光立方 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803电路原理图:图1.电路原理图元件的选择:(1)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,选择的理由:1.无法解密,采用第六代加密技术;2.超强抗干扰;3.内部集成高可靠复位电路,外部复位可用可不用;4.速度快,比8051快8-12倍;(2)由于灯的个数比较多,因此所需要的电流相对也比较大,所以选择ULN2803,ULN2803是八重达林顿,1 至8脚为8路输入,18 到11脚为8路输出。
驱动能力500MA \50V。
应用时9脚接地,要是驱动感性负载,10脚接负载电源V+。
输入的电平信号为0,或5V。
输入0是,输出达林顿管截止。
输入为5V电平时,输出达林顿饱和。
输出负载加在电源V+和输出口上,当输入为高电平时,输出负载工作;(3)由于在刚刚接触锁存器的时候,就接触了74HC573,对它的使用也比较成熟,因此在驱动部分使用了熟悉的74HC573,其优点有:1.高阻态;就是输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态;在这种状态下,可以多个芯片并联输出;2.数据锁存;当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持;3.数据缓冲; 加强驱动能力;(4)LED灯的选择,出于外观和整体的形状美观,个人推荐雾面蓝光方型LED。
先上效果图首先,准备材料和工具。
材料:1, 雾面蓝色(喜欢其他色的随意)LED (3MM 或者5MM 都行),最好是雾面LED ,不懂得购买的时候跟老板说清楚就ok~2,STC12C5A60S2单片机一片3,DIP-40的插座一个4,22.1184MHZ晶振一个5,单排圆孔插针座20个(建议多准备些)6,单排插针4个7,USB母座一个8,0.3--0.8镀锡铜线一米左右,没有的也行,根据自己的焊接习惯。
个人比较喜欢镀锡铜线。
工具1,剪线钳2,尖嘴钳3,电烙铁4,焊丝5,松香6,镊子7,其他(总之就是焊接用的那些了,根据个人情况。
)———————————分割线———————————首先,电路图很简单了电路图很简单,稍微有点单片机基础都可以做。
然后呢,开动你灵活的小左和小右吧~准备绘制焊接图纸。
首先,确定你要做多大尺寸的光立方,4*4*4也就是64个灯,个人感觉做成7厘米见方左右就差不多了。
根据个人喜好调节吧~大小具体怎样确定呢,二少在这里简单说明一下,每一边是4个灯,也就是三个灯距,灯距的三倍加两个灯宽就是边长了。
灯距的确定,不是随便确定的,必须是2.54毫米的整数倍,为什么呢,因为洞洞板的孔距就是2.54,最后的灯是插在洞洞板上的。
本教程所定的灯距是4倍的孔距,也就是10毫米挂点,小误差这里就可以忽略了。
OK~根据灯的情况,确定洞洞板的大小,最少得是20孔,因为单片机用的是DIP40的,所以至少要保证单片机可以安装,当然高手还可以立式安装单片机,二少在这里就不多介绍了。
确定以上参数后,好了,开始制作吧~我这边手头有的洞洞板是19*23孔的,所以嘛~单片机就有俩引脚是悬空的,不过不影响。
焊接电路,(绘制软件,layout)然后,确定单片机和LED灯体的安装位置。
并做简单标注。
用尖嘴钳把插针掰成一个一个的,直接焊接于绿色的焊盘位置,4*4+4个。
如下图效果单片机最好安装在座子上,直接焊接死亡率较高。
3D cube 光立方制作详解原理部分LED立方体是一个非常受欢迎的项目,而大小可以从3x3x3上升到10x10x10采用RGB LED。
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做,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。
本资料详细介绍了3D CUBE8 (LED立方体)的制作过程,通过本资料可轻松打造一个属于自己的光立方。
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。
电路部分立方体的控制器是基于一个单片机ATMega32,573的64个输出引脚控制前面所述每一个面的64个灯;而场效应管控制每一个层,一般的都是用uln2803.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。
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。
光立方的制作——8*8*8,2803+573层共阴,束共阳方案经过近两个月断断续续的整理与制作,自己第一个比较满意的光立方终于出炉了。
回想起这两个月,尽是蛋疼与蛋碎。
闲话少说,直接步入正题。
①【材料准备】首先便是材料的准备,建议去淘宝网上购买(至少我是在淘宝上买的),材料直接影响到光立方的硬件制作,因此一定要细心耐心进行选材。
以下是材料清单:01、LED灯珠,最好选择长脚5mm,雾状(乳状)蓝色的灯珠,效果更好。
记住,长脚的,不要短脚的,3mm的也可以,当然也能自己换喜欢的颜色,仅仅是推荐蓝色。
(话说我就是短脚的,结果效果很不好。
)价格在70-90元一包,一包1000个,店家不会散卖的。
02、74HC573,8个,记得要1-2元左右的,太便宜的可能是用过返新的,IC芯片都是一分钱一分货,便宜的全是旧的,别老想着贪便宜。
(建议买十个,多买两个以备特殊情况。
)03、UNL2803,1个,这个便宜,要0.5-1.5元的就行,同样建议买俩。
04、IC座,9个,不过一般商家不会单卖,一卖就得卖10或15个,这个可以多买点,记得买20P的。
一般0.2-0.6元一个。
05、焊接飞线,自己有导线也行,一定要结实耐用,准备10米,一定要多准备,我仅仅焊接一个9cm*12cm 的驱动板就用了6米的飞线。
06、电阻,基本上100-500欧都可以,我用的是220欧的,用来接在UNL2803上,给LED分压。
不过最好是100欧的,其实2803不加电阻也完全可以。
一般都是卖一包,很稍有单卖的,一包12-18元,买精度低的就行,精度低的便宜,12-15左右。
07、排针,用来焊接,这个就不多说了。
0.5元一排,40个。
08、杜邦线,8p的4个,2p的1个,建议多买点,以备不时之需。
0.25元一根,记得买30cm的,短的不好使,8p的一般0.8-1.2元。
09、3节一体的电池盒,用于装3节5号南孚电池。
1.2-2元。
10、南孚电池,一板,5号的。
光立方教程今天,给大家带来光立方的制作教程,基于本人制作的经验,给各位想要做的朋友分享制作过程。
对于第一次制作的朋友,我们要先制作好一个日程表,如下图:我们要弄好一个计划,就好像单片机运行程序一样。
当然,废话少说。
接下来,我们需要一份购买材料的清单如上图所示,我们需要购买的万能板需要购买18*30的规格。
这样子才有足够的空间去安装我们的电子元件。
首先,我们需要用万能板作为骨架,每2cm*2cm就要焊接一个排针,上下左右间隔一样。
不过对于初学者来说,一次性焊接64颗排针有点困难,所以我们需要用胶布把每一颗排针固定好,然后上焊,当然这是一个快捷的方法,也适合所有的初学者当我们把排针固定好后,我们只需要把板子翻过来焊接就可以了。
接下来,我们要把每一颗led灯折弯后侧着放置在排针中。
从左到右,从上至下的安放,安放好后,我们只需要把他们的脚焊接即可。
折弯时记住使用镊子折弯。
效果图如下图所示显而易见,这是非常需要考焊功的活,各位制作时候要注意节点与节点之间的间距,并且注意焊点不要点太多的锡,会影响做出来的效果与美观。
接下来,我们把弄好的8排led插在万能板上,注意:我们要注意每排之间的间隔。
下一步,我们需要在把每排led的共阴极连接在一起,一共8层,每层都要连接好,当我们把每层连接好后,我们要在每层的末端或者初始端接一条输出线,作为共阴极连接UNL2803。
当然,我们连接UNL2803的前提是先把芯片接好。
小编我直接把芯片焊接在板子上,这种方法对于初学者来说不可取,需要弄芯片底座,不然芯片烧掉了就很难拆下来了。
接下来我们要按照电路图接线路了(是不是很开心,终于可以接线路了,好戏在后头),下面是74HC573集成电路的接法:首先我们先分析一下原理图:74HC573的1D~8D都连接在一起,然后再接到单片机的P0.0~P0.7端口;1Q~8Q分别连接每排的共阳里,就是焊接在电路板上的光立方引脚;至于LE要分别接到单片机的P2.0~P2.7。
光立方制作手册(YFRobot Cube8LedDisp)编著:产品部2013年10月10日目录1绪论 (1)2灯的搭建 (2)2.1点 (4)2.2线 (4)2.3面 (5)2.4体 (6)2.5搭建方法二 (7)2.6层控制线 (8)3光立方驱动板 (9)3.1坐标系 (9)3.2控制方式 (10)4程序例解 (11)4.1层填充函数 (11)4.2帧函数 (12)4.3动画 (12)1绪论我们设计了一种全新的焊接方式,不需要额外的模版,只是利用我们的驱动板,和几个单排针,就可以焊接出四方四正的一个面,看完第二章,一定会给你耳目一新的感觉。
设计驱动板的同时,我们还考虑了板子的通用性,可以使不同的控制器来驱动光立方,同时减少控制端口,现在是8个端口,在今后的升级中我们会再次减少控制端口。
驱动板上从左往右依次有3.5mm音频插座,5.5*2.1mmDC插座,电源开关,电源指示灯,红外接收头,两个按键,8个数据控制端,2个按键信号输出端,红外信号输出端,音频模拟信号采集端。
具体的焊接方式、控制方式、程序,会在下面几个章节中详细讲解。
套件清单:1、驱动板;2、一包灯珠(530个);3、15根杜邦线(两头母);4、8mm螺丝,8mm、30mm铜柱各4个;5、20针直排针;6、灰色细导线(80cm)。
(送:1、音频线、一分二音频头,各一个;2、列子。
)2灯的搭建这一章节中我们介绍了两种方法来焊接体,总体的思想是一样的,只是在弯引脚方式中有所不同,建议把这一整章看完后,选择合适方式,再开始灯的搭建。
把搭建的过程分为四个过程,点、线、面、体。
图2.1完整的光立方图2.2右视图(层与驱动板平行)图2.3俯视图(面与驱动板垂直)2.1点“点”就是灯,我们选择的灯是2*3*4高亮蓝色长脚雾灯,参数:VF:3.0~3.2;IV:550~650。
引脚的弯曲非常的重要,它将直接影响线是否直,面是否方正水平。
图2.1.1弯灯引脚(Ⅰ型)弯灯的方式如图2.2.1所示,当你拿起灯看的时候,你看到的只有90度和180度,这是焊接出一个完美光立方的前提。
Cube光立方完全制作手册晴天电子工作室Cube 光立方完全制作手册套餐阅读版欢迎大家走进光立方的世界。
....................................................................................................... 硬件电路的焊接 ............................................................................................................................... 灯的选择........................................................................................................................................... 对灯的建议....................................................................................................................................... 制作模具........................................................................................................................................... 图形欣赏:..................................................................................................................................... 附录: ............................................................................................................................................http://80mcu.taobao.comÿÿÿÿ 欢迎大家走进光立方的世界。
光立方的制作01、LED灯珠,最好选择长脚5mm,雾状(乳状)蓝色的灯珠,效果更好。
记住,长脚的,不要短脚的,3mm的也可以,当然也能自己换喜欢的颜色,仅仅是推荐蓝色。
(话说我就是短脚的,结果效果很不好。
)价格在70-90元一包,一包1000个,店家不会散卖的。
02、74HC573,8个,记得要1-2元左右的,太便宜的可能是用过返新的,IC芯片都是一分钱一分货,便宜的全是旧的,别老想着贪便宜。
(建议买十个,多买两个以备特殊情况。
)03、UNL2803,1个,这个便宜,要0.5-1.5元的就行,同样建议买俩。
04、IC座,9个,不过一般商家不会单卖,一卖就得卖10或15个,这个可以多买点,记得买20P的。
一般0.2-0.6元一个。
05、焊接飞线,自己有导线也行,一定要结实耐用,准备10米,一定要多准备,我仅仅焊接一个9cm*12cm的驱动板就用了6米的飞线。
06、电阻,基本上100-500欧都可以,我用的是220欧的,用来接在UNL2803上,给LED 分压。
不过最好是100欧的,其实2803不加电阻也完全可以。
一般都是卖一包,很稍有单卖的,一包12-18元,买精度低的就行,精度低的便宜,12-15左右。
07、排针,用来焊接,这个就不多说了。
0.5元一排,40个。
08、杜邦线,8p的4个,2p的1个,建议多买点,以备不时之需。
0.25元一根,记得买30cm 的,短的不好使,8p的一般0.8-1.2元。
09、3节一体的电池盒,用于装3节5号南孚电池。
1.2-2元。
10、南孚电池,一板,5号的。
这个木有价格木有图。
11、洞洞板,初学者建议用面积比较大的,15cm*20cm的,别买太小的,不好焊接。
(话说我用的是9cm*12cm的,结果焊的时候那个纠结啊。
)稍微好点的8-16元,用单面覆铜的就行。
12、木板,用来做模具。
尽量找光滑的,容易打眼的,塑料板也行。
13、电烙铁,30W或40W的,如果有经济条件最好买防静电的,带焊台,手头不宽裕那就买十几块一个的普通电烙铁就行。
3D8光立方制作3D8光立方制作目录一、摘要 (1)二、关键字 (1)三、引言 (2)四、正文 (2)(一)、主要元件介绍 (3)1、STC12C5A60S2 (3)2、74HC573 (3)3、ULN2803 (4)(二)、工作原理 (5)1、驱动模块原理 (6)(三)、元器件选择 (7)(四)、制作、调试 (8)1、制作 (9)2、调试 (11)五、结束语 (13)六、参考文献 (12)七、附录(程序) (13)光立方一、摘要:本设计采用8*8*8 的模式,硬件主要分为三个模块:主控模块、驱动模块、显示模块。
采用的主控芯片为STC12C5A60S2 芯片,驱动电路是采用我们常用74HC573数字芯片。
数组 OUT[0]代表光立方从第一层 D0 到第八层 D0 的数据,以此类推数组 OUT[1] 代表光立方从第一层 D1 到第八层 D1 的数据。
本设计采用C语言编程,利用单片机控制LED的亮灭,采用延时控制LED亮灭时间,最终使得整个立体展现不同的造型和图案,使其变得美轮美奂、绚丽多彩。
二、关键字:LED光立方,74HC573,STC12C5A60S2,ULN2803三、引言:光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的,在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世,这是新中国成立六十周年国庆晚会最具创意的三大法宝之首,自从国庆60周年联欢晚会开始演练后,一个全新的名词“光立方”,吸引了全国人民的关注。
国庆联欢晚会三样法宝,光立方为最,“光立方”在气势和整体感觉上,融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格,而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙。
“光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容,展示不同的造型和图案,具有丰富的视觉效果。
四、正文(一)主要元件介绍:1、STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。
8*8*8光立方LED CUBE——静水依城制作前需将本教材看完,如有疑问可以到我的百度主页关注私信我,主页网址:/p/静水依城也可以通过qq查找:静水依城原件清单(至少要用到的最少的量)USB-TTL下载线自备灯电路控制链路。
rxd、txd、vcc、gnd请自行引出,图中未画出。
测试电路1、led灯的成型led的管脚一定要是长的,长度大于30mm用镊子把负极(短脚)在3mm处折90°折的方向一定要全部一样的。
如下图任选一个方向都可以。
2、底板部分先焊排母,我是用的间距是20mm。
芯片插座和限流电阻(排母的一侧焊接限流电阻,一端与排母相连另一端与74HC573相连。
)在做完步骤3后焊上,切记3、led的焊接将未折弯的脚插在电路板上,间距20mm(自定,需与排母间距一致)焊接接触的位子,美观看焊功,不要虚焊!一次8个。
8*8的排母是最先焊好的,间距20mm,跟灯的间距一样。
灯就是这样焊在一起的。
无需其他的辅助板子,且间距非常精准。
这是焊好的总共64条,每条1*8个灯。
很好理解,接下来就是把他们焊起来,焊成2*8。
4、焊接面要利用到焊接了排母的背面,来固定和控制间距从放大部分可以看出,单条灯的折角处正好处于排母的针脚处。
这样可以实现精准的定位。
这是焊好后的2*8的。
又少了一半,只有32条了,希望又大了。
感觉这样焊出来的还是很正的。
2*8焊接4*8方法同上焊好后的4*8,是不是很正很齐超整齐的感觉8*8超整齐有木有整齐不解释。
自恋中ing...将所有的负极(之前折过的那个脚)向同一方向弯曲90°。
被弯曲长度不能小于20mm。
只需这样做7个,弯曲的方向具体要看板上UIN2803所在位子,没弯的一个用于连到2803.所有led均不需要剪脚!!5、测试8*8灯面(此步可省略)测试电路图。
正负极接到8*8灯面。
此部分电路不包括在本作品内,器件需要自己准备。
通过排针连接8*8的灯面管脚每个灯都亮就正常了(废话了),正向测正常后,将连在led 上的2组线相互交换,测反向漏电。
光立方的工作原理_基于74hc573的8*8*8光立方LED的控制方式光立方由若干个二极管led灯以立方体形式搭建,4*4*4、8*8*8、16*16*16甚至更多,又由单片机、锁存器、译码器等电器元件驱动,形成立体动画效果。
其中8*8*8光立方最为常见。
例如:8*8*8光立方是由512个发光二极管按照立方体的方式搭建焊接起来的,有层共阴束共阳和层共阳束共阴两种方案,每一层有8*8个发光二极管,共8层。
用c语言编译单片机程序使自定义动画效果得以实现。
光立方工作原理光立方简单讲就是用单片机控制很多规则排列的LED的亮和灭。
1、单个LED的控制方式先了解单个LED的控制方式,可以是将正极接电源,负极通过一个限流电阻连接至单片机的某个IO口。
IO口输出低电平时,LED就亮,反之,LED灭。
如果我们想驱动任意位置的led,我们只需要在该位置led所使用的列线接地,行线接上+V 即可。
学过单片机的朋友们,都知道数码管是怎么点亮的,其中有位选和段选之分,通过扫描来实现所有数码管能正常工作以实现显示我们想要的数字。
点阵也一样,尽管是8*8的点阵,如果我们让整体能随意显示图案,那也需要用扫描的方式才能够实现,否则,无法实现对其精准的控制。
所谓扫描,就是说,我们一次只能让一行排或者一竖排的灯亮。
每次只能这么点,8次为一个周期,从左至右依次点一次,那么循环起来,我们看到的就是完整的图像了。
2、每一层LED的控制方式若按照单个LED的控制方式,每个LED需要占用单片机的一个IO口,控制100个LED 就需要100个IO口。
那么,有没有一种方式,可以用较少的IO口,控制较多的LED呢?答案是肯定的,这种方法,就是扫描驱动电路。
8阶光立方的制作摘要光立方是一个电子工程方面DIY的绝好实例,不管国内国外都有非常多的爱好者。
它同时要求制作者具有软硬件设计及手工制作等多方面的能力,目前youtube上最大的DIY光立方是32阶全彩光立光,引脚数多达131,072个,这对于个人来说绝对算是个大型的工程了。
要制作出一个漂亮的光立方,除了电路设计与程序设计,辅助工具设计也很重要,缺少它甚至是无法完成整个制作的。
另一方面,很多验证性工作也属于辅助设计,理论往往与实际会有很大的出入,这时就需要一步步去验证原始设计。
网络上大多参考资料都只是一个制作记录,并没有详细分析为什么要这么做,是否还有其它的实现方法等等。
因此,在遇到不同的实际环境的时候,出了问题却往往找不到原因在哪里,这就造成很多的困惑。
本文试着从设计原理的角度来分析如何做一个8阶单色光立方,以及记录在制作过程当中遇到的各种问题与解决办法。
控制芯片采用STC MCU,输出为串口转并口,驱动芯片选用东芝16位移位寄存器,3个级联达48位并口输出,512个LED使用16*32矩阵接法。
目录1 准备篇1.1设计框架1.2 主芯片选型1.3 所需工具材料2设计篇2.1 电路设计2.2 程序设计2.3辅助工具设计3 完善篇3.1 迭代3.2 功能扩展1 准备篇光立方,由若干个LED以立方体的形式搭建而成。
最常见的为8*8*8(512个LED),8阶光立方,也叫cube8。
当灯按照一定的规则依次变换点亮的时候,可以产生十分唯美的灯光效果图,现在大多随着动感的音乐节奏一起变化,声色交错,让人赏心悦目。
1-1光立方(蓝光)——cube8效果图1.1 设计框架第一个需要思考的问题是:如何连接这512个灯?有个前提条件需要满足:每个灯都必须可以单独点亮。
那么,任何两个灯都不可以串联。
最直接的办法是并联这512个灯,共阳或者共阴,然后提供512个输出。
但这样做至少有两个非常大的缺点:首先,一般情况下无论是MCU、ARM、FPGA都无法提供这么多输出位,即使是使用多个16位移位寄存器,那么也需要32个,这无论在成本还是在实际焊接都十分不划算;其次,就算512个输出位不是问题,因为是立方体形式,线路之间会存在互相遮挡,所以,必须要求连接线路最少,显然,直接并联是最傻的情况。
制作CUBE8光立方(3D立方体LED显示器)作者杜洋来源《无线电》杂志浏览2270发布时间2012-04-12何为CUBE8光立方没错,CUBE8光立方,与北京奥运会无关。
如本文题图所示,CUBE8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,就是带给你未来3D技术的科技体验。
光立方并非我的首创,在网上早有光立方的视频。
许多电子爱好者,看过这些视频之后,都会被其超酷的3D显示效果所震撼,我就是其中之一,于是我也想仿制一个玩玩。
在网上搜索了大量相关资料后,我却发现,网上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。
这样看来,不是高级焊接技师兼资深单片机工程师的“小菜”们,想制作出一个拿得出手的光立方,还不如直接购买我精简设计的光立方套件。
对,我要为电子制作爱好者设计一款只许极少元器件、制作简单、能让初学者也可以制作出来的规范、美观的光立方套件。
当我这么想的时候,我那天马行空的大脑开始运转,在想像力的世界里设计着前所未有的光立方。
首先这个光立方必须制作简单,简单到整机只有一个芯片。
然后要保证制作美观,将动手能力导致的美观差异降到最低。
在保证以上两点的情况下,如果还可以让它的功能强大,且有爱好者自由发挥的空间,那么我的光立方将会是一个完美的设计——至少我自己这样认为。
功能方面,它除了要能显示3D图形,还需要有多级亮度和速度调整,最好可以有音频显示功能,像DIS.MUSIC21音乐显示器一样。
当然,还要为单片机爱好者设计一个用户自定义图形功能,连接普通的单片机就可以显示出爱好者自己编写的图形。
这样,不仅让光立方的显示更丰富,而且从中又锻炼了爱好者的3D编程能力。
最后,还要用高质量的设计、材料和生产工艺,让品质对得起硬件的精简设计。
用炫酷、连贯、有节奏的图形效果,让显示效果对得起高品位要求的观众。
这么经典的设计,需要一个简洁、响亮的名字,立方体的英文单词是Cube,又因为我要制作8×8×8的3D显示阵列,所以综合得名——CUBE8光立方。
黑色镜面镀金PCB板和高亮蓝光雾面LED灯【特点介绍】# 8×8×8LED阵列3D光立方体显示器。
# 独家精简设计方案,电路简洁,功能强大。
# 黑色镜面PCB、全镀金焊盘和LOGO,全面高端品质。
# 高亮蓝色雾面LED灯,达到光立方最佳视觉效果。
# 连贯图形显示效果,浑然一体,一气呵成。
# 混合式触摸电源和模式按键,操作更稳定。
# 电源具有常开、常关、光线自动控制方式。
# 显示模块有快速、中速、慢速三挡设置。
# 4挡亮度的夜灯模式,可营造你的室内气氛。
# 2种音频显示模式,可随音频同步显示,给你炫酷体验。
# 具有“精简I2C”接口,全开放式用户自定义操控。
# 创新设计的LED阵列制作模板,让LED阵列制作简单快速。
开始制作把想像变成现实是一个漫长而艰难的过程,我的团队耗时3个月才完成了CUBE8的开发,光设计工作就花了1个月的时间。
当然,哪个产品都是费时费力才完成的,所以我没有必要在文章里大述甘苦。
既然我们已经完成了,那就秀一下成果吧。
在开始阅读和制作之前,请你做好心理准备,因为制作的过程极具创意和启发。
只要你是一名狂热的电子爱好者,你的热情将会被CUBE8光立方的创新设计所激发。
所需元器件元器件清单序号名称型号数量说明1 pcb 黑色镜面镀金2片底板、立板各1片2 led灯高亮蓝色雾面512个扁平长引脚式3 单片机12c5a60s2 1片lqfp48贴片封装4 白光led 0805贴片1个制作呼吸灯5 转接针孔军品镀金128个6 3m脚垫6个7 双排排孔80pin 1条8 双排弯针80pin 1条9 miniusb接口贴片式1个10 光敏电阻5506型1个11 电容0.1μf1个滤波电容12 音频线 3.5mm立体声1条 1.5m长13 miniusb线1条miniusb转usb-a,1.5m长14 音频分线器* 一分二1个(选配元器件,可根据实际情况选择或舍去)15 usb电源* 5v 1个(选配元器件,可根据实际情况选择或舍去)第1步:焊接单片机CUBE8采用了精简设计,所以核心电路部分只有一个单片机和一个滤波电容,我想不会有比这再简单的电路设计了吧。
在制作CUBE8的过程中,首先要完成的就是核心电路部分,它的品质直接关系到整个制作。
CUBE8使用的单片机是LQFP48贴片封装的,体积很小,也为焊接带来了一定的难度。
焊好后,用黑色绝缘胶带把芯片和电容包好,即美观又安全。
第2步:焊接排孔把套件中双排排孔插入PCB底板的正面,PCB底板的背面焊接引脚。
第3步:焊接LED呼吸灯这个贴片式呼吸灯也算是CUBE8的一个创新设计了。
在PCB上打一个孔,然后把贴片LED 塞进去。
不破坏PCB正面的整洁效果,又可以照亮孔周围的PCB,让它更漂亮。
第4步:焊接光敏电阻和miniUSB接口第5步:焊接弯排针到立板上在立板上焊接弯排针是需要一些技巧的。
因为我在设计之初就希望立板的正面是不挂锡的,所以必须从背面焊接。
但实际制作中发现,从立板正面焊接也是可以的,对美观的影响不大。
第6步:焊接转接针孔转接针孔是为了方便LED阵列拆装而设计的,因为是重要的接插件,我特意定做了镀金材质的,正好可以和镀金的PCB相得益彰。
将立板和底板共128个转接针孔插入正面,在背面加锡焊接。
第7步:贴3M脚垫这里我选用的是3M高粘合度透明脚垫。
大家可能感觉脚垫是一个不起眼的东西,可是不好的脚垫容易脱落,有时还会有高低不平的情况。
所以脚垫的质量也要对得起整机的高品质。
第8步:将立板插到底板上贴好了脚垫,就可以组合立板和底板了。
将立板的正面朝前,排针、排孔对齐,插到底板上。
保证两板之间不能有缝隙(或缝隙很小),两板呈90°垂直。
第9步:使用模板制作LED阵列这是CUBE8最关键的组件。
我们需要8片8×8的LED阵列,可以按照图上的样式来手工制作,但是这样做出来的LED阵列很不规范,而且耗费时间。
我之前说过,CUBE8一定要是规范化、简单易制的,为此我开发出一款很有创意的模板(至少用过模板的人都说有创意)。
使用这个创新模板可以在5~8个小时内快速完成制作,而且完成的LED阵列都是规范统一的样子,几乎不受焊接水平的影响。
第10步:插接LED阵列纵向把8片LED阵列插入转接针孔里,插好后适当地调整一下阵列间的距离。
CUBE8主体部分制作完成第11步:制作音频和USB电源复用线制作完CUBE8的主体部分之后,我们还需要一条混合功能的USB线。
当然,如果你不想使用音频显示功能,可以直接用一条普通的miniUSB连接线来给CUBE8供电。
如果想使用音频显示功能,就要跟着我做了。
按照“USB接口扩展音频功能电路原理图”上的接线方法,把音频线和miniUSB线焊接在一起,用绝缘胶带包好,最后用热缩管密封。
USB接口扩展音频功能电路原理图第12步:插好接口把miniUSB接口接在CUBE8上,USB-A接口插在USB电源适配器或电脑的USB接口上,使用音频分线器将音频线与音响的音频输入线并联。
到此为止,仅12步就完成了CUBE8的所有制作。
接通电源,白色LED灯开始呼吸,轻触呼吸灯下方的电源键,CUBE8闪亮登场。
呼吸灯效果使用简介非常好,CUBE8在运行,一个真实的3D魔方。
我们可以通过2个触摸按键来操作CUBE8,使用方法非常简单。
开机:在待机状态下(呼吸灯状态下)按下电源键(左侧),就可以开机了。
需要注意的是,CUBE8采用了混合式触摸按键技术,即电平式触摸和电容式触摸,同时检测触摸操作。
这样做既解决了电平式触摸抗干扰能力差的问题,又解决了电容式触摸没有碰到就动作的问题。
所以,CUBE8的混合式触摸按键需要用一点力按下去才会动作,有一点像电阻式触摸屏的感觉。
电源键、菜单键、3号键的操作方法功能选择:按电源键开机,系统会先进行简易的三轴坏点扫描,然后就会弹出菜单。
菜单有1(慢速图形)、2(中速图形)、3(快速图形)、A(音频显示)、N(夜灯模式)、U(用户自定义模式)共6个项目。
通过按菜单键循环切换,调到欲进入的菜单项时,等待2秒钟就可以进入了。
在图形显示、音频显示、夜灯模式和用户自定义模式中按菜单键,都可以跳回到菜单选择界面。
需要注意的是,在CUBE8没有连接用户自定义功能板的时候,U的菜单项是隐藏的。
菜单显示效果图形显示模式:系统自带的图形显示模式有慢、中、快三种速度,分别对应1、2、3这三个菜单项。
慢速显示可以配合一些轻音乐,中速可以配合流行音乐,快速可以配合摇滚乐等。
选择正确的速度、配合正确的背景音乐,可以达到非常炫酷的显示效果。
如果你只是想把CUBE8当作家居的摆设来配合“静音”,那我建议你用慢速显示就可以了。
我实验过,效果不错。
CUBE8系统自带的图形可不一般哦,因为长达数分钟的图形都是连续不间断的。
如果把之前网上已有的光立方显示效果比成一张张切换的图片的话,那CUBE8的图形效果就是一部电影(至少是一部小成本DV电影)。
图片是突然切换的,两张之间没有任何联系——刚刚还是一个球,突然就变成方块了。
CUBE8的图形带给你的是一气呵成的效果,每两个效果之间是有巧妙的转场的,使显示的节奏连贯。
另外,CUBE8的显示还是由点到线、由线到面、由简单到复杂的推进过程。
好像电影一样,有前奏、有高潮、有尾声。
图形显示效果音频显示模式:如果你想让CUBE8更直接地配合音乐,那么音频显示模式将是你的不二选择。
接好音频输入线,进入到菜单A项,LED阵列的最下边的一面常亮,这是基准显示。
当音乐响起,LED 阵列就会以波形的方式显示音频。
这时可以按3号键来切换到柱形显示方式。
所谓的3号键,就是先按住菜单键不放,再去按电源键。
按3号键可以在波形和柱形显示方式之间切换。
CUBE8的音频显示中同样使用了DIS.MUSIC3音乐显示器程序中所使用的自动增益控制功能,不用担心音量过小而使音柱不能到顶,也不用担心音量过大而使音柱一直在顶端不下来。
CUBE8会监测音量变化,自动呈现最佳显示效果。
夜灯模式:进入到菜单N项即是夜灯模式,夜灯模式就是512个LED灯全亮,在夜间营造一种浪漫的气氛,给你的房间带来一份温馨。
可以通过按3号键切换4挡的夜灯亮度。
用户自定义模式:在连接好用户自定义板的前提下,进入到菜单U项,就可以发挥你的天才想象力,编写属于你自己的图形了。
在本文的最后,我将重点介绍这一功能。
光控模式:在待机状态下按下菜单键(右侧),LED阵列上会流动显示“AUTO”字样,就进入了光控模式。