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Cube8光立方

专家
2013-01-17 15:27:05    评分

作者:淮北师范大学 田猛 王成龙 李梦
指导教师:于雷

  作品简介

  这次我们的作品是CUBE8光立方,与北京奥运会无关。如本文题头图片所示,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。
  光立方网上已经有很多的演示视屏,这也并非我们首创,但是,对于其炫酷的3D显示效果让我们难以抵制,所以,我们决定做这一件极其富有创意的作品。
  结构说明:这组光立方是由8*8*8蓝色的草帽型led组成,采用正方形结构的焊接方法,保证了该作品组成的立体感。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,需要有足够的耐心设计一大堆LED驱动电路,最后还要为硬件成品开发显示程序,好让光立方动起来。
  功能与使用:该作品的功能性非常的强悍,不仅仅是512个led堆积起来的一组灯,而是一个可以符合3D显示效果的作品,十分符合当下时尚的潮流。3D显示效果的十分令人震撼。不同的的组合,不同的图案,显示出不一样的震撼效果。该作品使用十分简单,打开电源的那一刻,蓝光散发出的梦幻效果,立刻会将你吸引,期间显示的一些图案,和一个个小游戏让我们看到冰冷硬件之后的乐趣。  

 

  平台选型说明

  平台:STC15F2K61S2是STC开发的新一代增强型51单片机,具有ROM大,时长短,刷新频率高等特点

  设计说明

  3D光立方原理:
  我们以我们制作的8X8X8的光立方来说,我们可以把他拆成8个面。如右图示:
  每个面有64个灯组成。或者说是64束led蓝光灯组成。
  从光立方的上方看,这是一个具有64个灯的面,而8个面组合起来又是一个完整的立方体。不同的3D图案就是靠着这一个个的点连接起来后形成的。  

 

  我们先从一个面的控制来考虑起;控制着64个灯使其能自由的变换,,不同的灯的变换构成不同的平面图案,而我们要做的就是首先将每个图片切割成8层,通过控制每层的图案然后依次点亮每层即可,由于我们眼睛的视觉残留效果,当每一个灯的变换小于时间20ms时候,我们眼睛就会存在一个视觉残留的概念,大脑也会将上次的图案和这次的图案自动的进行组合。从而,达到图形结构的效果。这样,我们就能够考到一个整体的个体图案。
  光立方的原理其实很简单,就是控制这512个led的显示效果,通过不同的显示组合,来达到显示不同立体图案的效果。
  了解了光立方的原理,我们来设计一下光立方的电路。

  设计方案:
  学过点阵都知道,如果要控制8*8点阵,需要16个引脚,16那么有8个8*8点阵,我再用8个引脚来充当各个8*8点阵的“开关”即可。
  那么我们考虑如何将这每层的64个灯控制好,这就要考虑到共阴数码管的概念,将64个led蓝光的阴极进行串联,连接到一个引脚上,下面我们又要考虑如何用16个引脚控制led的问题,这里我们使用了一个能起到缓存效果的ic--74hc573,下面是该芯片的介绍(引用百度百科):

  八进制 3 态非反转透明锁存器
  74HC573  

 

  高性能硅门CMOS器件  SL74HC573 跟 LS/AL573的管脚一样。器件的

  锁存器
  输入是和标准 CMOS 输出兼容的;加上拉电阻,他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。  当锁存使能端LE为高时,这些器件的锁存对于数据是透明的(也就是说输出同步)。当锁存使能变低时,符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。  ×\u36755X出能直接接到 CMOS,NMOS 和 TTL 接口上  ×\u25805X作电压范围:2.0V~6.0V  ×\u20302X输入电流:1.0uA  ×CMOS 器件的高噪声抵抗特性  

 

  以上是关于74hc573的介绍,我们采用了hc573缓存的方法,来分别吧64个灯的亮灭信息由单片机先暂时存到这个芯片上面,然后,在一起输出到灯上,这样的话,我们根据该芯片的电学特性,就可以很方便的将这个芯片的基本电路表示出来。
  层控制:每一面的控制由八片74hc573组成,而,每一层的控制,我们通过不同的资料和网上的说明找到了uln2803这个芯片,这是一个达林顿管类型的芯片,具体资料如下:  

 

  八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平数字电路(诸如TTL, CMOS或PMOS/NMOS)和较高的电流/电压要求之间的接口,广泛应用于计算机,工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管,用于抑制跃变。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容,而ULN2804 最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。
  通过从单片机上输入不同的信息来达到控制每一个层的目的。

  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极的,这里一定不能焊接错误  

 

  如上的形式的焊接方式,使得每一层的二极管的阴极连接到uln2803的某一行引脚上。
  最后是电路图的设计,有关电路图,请看word下的附录;

  作品特色

  首先我们要谈一谈该作品的不同的特性:
  先进性:我们在网上不同的设计方法的基础之上加入了我们自己的设计元素,不再是每一层的阴极都是连在一起而是通过不同的引线连接,与其他的led作品相比,这件作品不仅能够显示一些明显的平面图案,也能够将3D立体图案显示出来,这是他的先进性的体现,也是我们现在科技发展的方向。
  实用性:这件作品不仅仅是作为比赛使用的一件制作。同时,我们也将他看做是一件很好的科技装饰品,同其他装饰品相比,该作品的很大的功能性在于可以改变图案的形式,图案的种类。这是其他作品所没有的;这也不失是一件很好的装饰品。
  创新性:从开始设计到制作完成,我们处处想到的就是创新性的体现,在硬件上不在使用以往的单层连接方法,改用串联接。硬件的创新性较少,重要的创新性体现在软件方面,图案的变换,图案的设计,处处都是创新性的体现;在图案中我们加入了诺基亚经典小游戏:贪吃蛇,以及世博会中国馆的主造型,不同的正立方体的变换,八个立方体的旋转都是创新性的体现。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2487




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