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作者：宜宾职业技术学院 宋金林 孙磊 张闯

指导教师：彭永杰

　　作品简介

　　开发背景：

　　奥运会的开闭幕式、大型演唱会、城市地标广场等场合越来越多的采用光立方技术，所谓“光立方”：就是在平面LED基础上发展起来的新的显示技术，通过复杂的程序控制，在三维空间能够显示具有立体感的图形、动画等。

　　结构说明：

　　本设计采用的是8*8*8的模式， 大概的距离是18cm*18cm*20cm(长.宽.高)，主要分为三个模块：主控模块 驱动模块 显示模块;光立方驱动电路，主控电路等都是纯手工焊接。采用的主控芯片飞思卡尔K10芯片，驱动电路是采用我们常用的TM1818数字芯片，74HC138译码器，APM4953驱动芯片。

　　功能说明：

　　本系统结构简单，就是通过控制LED的亮灭来显示外面想要的文字或图案，通过按键切换显示内容。

　　平台选型说明

　　选用Freescale MK10DN512ZVLL10嵌入式开发板。

　　设计说明

　　设计方案

　　1.核心控制芯片方案

　　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采用ARM系列的飞思卡尔K10。

　　选择的理由：1.处理速度快;

　　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.LED选择

　　LED灯的选择，出于外观和整体的形状美观，我们放弃我们经常用的草帽型LED，采用的是圆形高亮的LED灯，如下图所示：

　　3.显示电路方案

　　每层的LED负极全部连接在一起，然后用一个3—8译码器74HC138利用单片机的3个IO口控制8层LED的负极。然后每竖排的8LED的阳极全部接在一起，总共64个，用4个TM1818控制，单片机用2个IO口来控制4个TM1818。

　　4.驱动方案

　　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APM4953，APM4953 内部包括两个独立的、P 沟道金属氧化物场效应管。它有超低的导通电阻，适合用LED 显示器驱动。TM1818是LED显示面板设计的驱动IC，它内建的CMOS位移寄存器与锁存功能，可以将串行的输入数据转换成平行输出数据格式。TM1818具有16个电流源，可以在每个输出端口提供3~45mA恒定电流量以驱动LED;且当环境发生变化时,对其输出电流影响很小。同时可以选用不同阻值(REXT)的外接电阻来调整TM1818各输出端口的电流大小，因此，可精确地控制 LED的发光亮度。也可以在每个输出端口串接多个LED。

　　TM1818功能特点：

　　1.16 个恒流源输出通道

　　2.电流输出大小不因输出端负载电压变化而变化

　　3.恒流电流范围值，3~45mA@VDD=5V;3~30mA@VDD=3.3V

　　4.极为精确的电流输出值，通道间最大误差：<±3%，芯片间最大误差：<±6%

　　5. 通过调节外部电阻，可设定电流输出值

　　系统概述

　　主要分为三个模块：主控模块 驱动模块 显示模块;我们所做的光立方驱动电路，主控电路等都是纯手工焊接。采用的主控芯片飞思卡尔K10芯片，驱动电路是采用我们常用的TM1818数字芯片。通过程序控制立方中的LED亮灭，实现文字或图案的显示，按键主要是用于显示内容的切换。

　　按键电路

　　6个轻触按键，其中一个用于单片机复位，一个用于显示状态切换，两个用于控制显示速度，两个控制显示亮度。

　　作品特色

　　先进性：采用飞思卡尔K10控制器，通过复杂程序控制实现绚丽多样的光立方显示效果，能够实现平面LED显示所不能实现的立体感。

　　实用性：本产品实用具有良好的观赏价值，小型的可用于室内美化装饰，大的可用于城市夜景的美化、晚会的舞台效果、大型赛事会的开闭幕式、大型展览等，是展示民族文化和城市特色的有效平台。

　　创新性：在硬件设计方面，采用了LED引脚间的互相连接，没有浪费任何资源;采用先进的LED驱动芯片，用少量的IO口，实现大量的LED控制;软件方面，通过程序设计，展示学校特色。