光立方

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睡神耗子 2014-07-29 12:57

光立方，估计很多人都见过了。

这本来是我发到某论坛上的帖子，旨在讲授一些经验，不过鄙人一直是常期潜水者，所以没人捧场，很是乏味。我再从果壳上发一下吧。有爱好的童鞋可以借鉴一下，写得挺乱，有不懂的可以留言。

额。忘了贴资料，抱歉。。。。。（请点击）

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光立方，我在三年前从一个国外网站上就见到了。那时候刚开始玩电子，就心血一热，开始做光立方。费了一个星期的功夫才把主题的LED显示体搭建完成了，而且当时的焊接功底实在不敢恭维。（后面有图为证） 后来由于毕业的缘故，没有继续做下去，光立方被我当做装饰品放再书桌上。

今年上半年的时候，看到了很多人的作品，想起我那个光立方。回忆起当年的时光，决定将它继续做完。 很顺利，不管是硬件搭建还是软件编程。

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我看了很多教程，相比来说，我最开始看的老外的比较好。他们用的元件并不是我们常用的元件，但是上面的理论讲解很重要。

如果真的想做好，必须懂得原理，而不是一味的仿造。不知道有哪些朋友已经做过很好的教程，我把我的想法分享出来，供大家参考借鉴。

*************************分隔符******************************** 概要

首先，我的作品并没有完成多么炫的效果，我只是搭建了一个设计的平台。尤其是比较容易修改的显示程序，要炫的效果，完全可以大家自己设计！！！！

第二，硬件上，可能与平时大家所见的不同（受多个设计方案的影响，没选好一个方案），但我会介绍如何元件替代（包含单片机、行列驱动芯片的替换）。

第三，内容写得比较抽象，希望大家仔细看，并且多看别人作品，多看程序代码，先思考了再问，不是说不想回答，只是不想回答没有思考过的问题。

第四，设计属于睡神耗子自己所想的，所以和你以前见过的光立方可以不一样的架构。一位网友给我看了另一种电路，确实是设计精妙。不过本设计对于设计程序，以及理解是比较容易的。可以作为初级的教程来看。

第五，设计使用了大量网络的上图片资源。由于自己在制作的时候没有留下照片，而且说实话，做得挺难看的！所以不多配自己的图了。 作品展示

设计的挺难看，各位大侠就别计较了，各位菜鸟就知道有这么几个部分组成就可以了。 点击访问视频

这是我仿造的杜洋的光立方显示效果（懒，未仿造全部，部分效果也不好） 以上只是说明我能造出来啊！！！ 这是源文件（修正电路图的错误）： http://pan.baidu.com/s/1i3zdD9j 下面是重头戏。

第一．光立方主体焊接

这个没有什么好法子，大家慢慢，仔细的焊接吧。考验焊接功夫和耐性的时刻到了。 给几个别人的图做参考。

先找个木板钻8*8=64个孔，（什么，你没有木板和电钻。那找个替换，真不行，上纸箱板）。每个孔的间距一样，具体多长，量一下LED的负极（短的管脚）。比那个长度小大概3~5mm就差不多了（具体值，大家量一量就行了）。 然后弯管脚。为了确保光立方是个正方体，一般情况，都是弯短脚（负极）。

注意方向任意，但是所有的LED是一个方向，具体方向，就看个人喜好了。

8个LED焊接在一块，一共焊接8条，然后将这8条的LED灯链的一端（短引脚没焊接）焊接在一块。

为了结实，再在中间及另一端焊接个铜线。注意，要保证铜线是焊接在负极（短管脚上） 这样，一层就完成了。

总结下，焊接的要领是将一层的负极接到一块。（当然你非要正极接一块，也是可以的）。

如此反复，总共焊接8层，然后，将相同的长管脚焊接在一起。（或者，你一层层向上盖楼也行~！~）。 你会发现每一层都会空余一个管脚未焊接，我就把这个管脚当做层的控制端用了。

如上图所示，会发现每一层相同位置的LED的正极（长管脚，红色所指的）连接在一起，相信聪明的童鞋，知道如何控制光立方的某一个灯亮了：

在正极上加正电压，在层的控制端上加负电压即可了。 第二：显示原理

为了下面层驱动与阵列驱动的讲解，想说明一下光立方的显示原理。 玩过LED点阵或多位数码管的童鞋，更容易理解——对，动态扫描原理。

其实不同层的灯是不可能同是亮的。那么人怎么感觉亮呢，只要LED等闪得足够快，就可以了。人眼的视觉暂留大概24帧/秒（这也是为什么电影大多是这个值，请查看你电影文件的属性）。那么只要你能够将LED灯闪到这个速度就没问题了。对于电路来书，μs（微妙）级是很容易实现的，所以，这不是问题。

光立方其实就相当于64*8的LED点阵。你理论上只能让一层（64）的灯可以随意亮灭（一直保持，并且不相互干扰）。 当一定的速度，先点亮第一层，然后再点亮第二层……一直循环，就达到你要的效果了。 写得抽象，不懂得童鞋，去看看LED点阵，或者多位数码管的显示原理就可以。 第三：层驱动电路

层选，是要求这一层的控制端加负电压（因为这一层的负极都接一块了）。那么我们很容易的想用三极管的开关作用就可以了。对我就直接使用的三极管。

****有热心网友发现了我的错误，8550是PNP型三极管，而我写文章，画电路都写的NPN，我查看了下，是我自己的疏忽，真实设计是PNP，程序也是按照PNP写的。在此，十分感谢给予批评帮助的人。*******

MCU是单片机控制，一般要串个电阻，用来限流，这里讲原理，就不画了（具体去看附件中的原理图）。Layer_x指某一层的控制端。加了一个上拉电阻，保证平时状态下控制端处在高电压（那样就不会亮灯了。） 当MCU输出高时，PNP三极管就导通了，Layerer_x就连接到地上，那么层选就打开了。 PNP型三极管有很多，比如我用的就是S8550，相信许多童鞋是用过的。

有些童鞋说，他们见别人用的不是三极管，而是ULN2803。我以前是没用过的，查了查：是八路NPN达林顿连接晶体管，也就是说其实里面就相当于集成了8个三极管，用起来更方便。所以，大家手头有什么就用什么呗。 啥，ULN2803怎么用？看下图，我懒得画封装图了，用一个插座代替了，管脚顺序可没有改，别照抄啊！！！！

我的设计里，用了16个S8550,2个一组。原因是为了防止一个三极管承受不了这么大的电流（64个LED灯的电流）。 第四．阵列驱动

这是我起的名字，也就是一层64个灯的驱动。

64个灯，驱动那是相当麻烦了，用单片机直接驱动是不现实的，管脚不够，电流太大。那么我们考虑拓展单片机的IO口。

用很多芯片是可以用的：例如HC164， HC377，HC573，HC574，HC595等等。只要有8位输出就可以。大家用的比较多的应该是HC573，最初的时候我照着葫芦画瓢，非要买HC574。它俩没有什么大区别，只是锁存的信号不一样罢了。

借用一个574的图（573一样的接法，CLK改为HC573的LE即可）。有八片HC574，每一个HC574可以输出8位，这样就可以同时输出64位了，对应64个灯。

HC138是为了节省管脚的，我图省事，就直接用单片机的管脚接每个片子。

数据线是共用的，一次给一个片子写数据，轮流写，将所有的片子写完。那么阵列驱动数据就完成了。 当使能输出（许多片子有OE端），层选打开时，就可以点亮特定的灯了。

附HC164和HC595的驱动图。这两个片子都是串行转并行了，使用的单片机管脚更少一些！！

注意：所有输出端要加限流电阻，至于加多大，要看你的LED灯了。一般情况下的直插LED灯，红色的加的电阻大一些，绿色的小一些，实际情况自己测试就可以了。

一定要先计算一下你需要多大的电流，因为这关系到你选用多大电流的电源。

当然，一般情况下，最多亮64个LED（瞬间只能亮64个）。一般的充电器类都能达到这个电流水平（什么，你要用电池！别扯了***）。 第五．控制板

可以选用的单片机是很多的。

考虑管脚够用，至少也要十几个IO口吧。用个DIP40，LQFP32妥妥的。

51.AVR.PIC……随便哪个都可以，方便、易学、好买上选择，用STC的51就行了。我用了库存的STC12C5A60S2，相信这个单片机很多人都在用。

当然你用STC89C系列或者STC15系列也是可以的，他们区别在定时上，我使用的是定时器，你可以用STC给的工具来修改定时时间。