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標(biāo)題: 基于STC12C5A60S2單片機(jī)的8x8x8光立方 [打印本頁(yè)]

作者: Emmanuel 時(shí)間: 2018-6-20 19:27
標(biāo)題: 基于STC12C5A60S2單片機(jī)的8x8x8光立方
1系統(tǒng)的工作原理

本次光立方的設(shè)計(jì)目的是能根據(jù)使用者需求和想法來(lái)控制每一個(gè)燈珠,這樣我們所預(yù)想的一些效果就能得以實(shí)現(xiàn)了,那么就讓我們從光立方的原理開(kāi)始入手,首先從點(diǎn)陣的點(diǎn)亮原理開(kāi)始。能實(shí)現(xiàn)預(yù)先控制效果的前提就是能點(diǎn)亮任意需要位置的led燈珠。為達(dá)此目的,需要將這個(gè)LED所在位置的列線接地,行線接上電源即可。在這里,一共有八層,縱向一層束的負(fù)極性引腳要連在一起。而橫向一層的正極引腳要接在一起。因?yàn)閽呙杳看沃荒軖呙枰粚?所以每次都只能點(diǎn)亮一層。8×8×8光立方的每一層都有64個(gè)燈,雖然燈的數(shù)量眾多,但是我們有64根線分別接在64個(gè)燈上,在實(shí)際制作過(guò)程中就是將64個(gè)led燈珠接在了鍍錫電子線上,因而可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)64個(gè)燈的控制。我們將光立方從下往上分為8層,每次掃描一層這樣一幅畫(huà)面就完成了。單片機(jī)引腳往往小于所需控制的led燈珠的個(gè)數(shù)較少,采用的方案是用74hc595芯片進(jìn)行拓展。數(shù)據(jù)通過(guò)串行的方式,分別傳送到用于擴(kuò)展接口和控制的74hc595芯片當(dāng)中,再由芯片的內(nèi)部控制器儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)。

光立方點(diǎn)陣光立方層

光立方列掃描電路
通過(guò)上述分析的LED點(diǎn)陣控制原理,我們不妨將一個(gè)光立方體由體到面的拆開(kāi),可以看作是8個(gè)8*8點(diǎn)陣屏的led面疊放在一起的。這8個(gè)led點(diǎn)陣屏的顯示效果疊加起來(lái)就構(gòu)成了我們所看到的一個(gè)光立方的顯示效果。所以控制一個(gè)光立方體,只要通過(guò)程序分別在此控制8個(gè)光立方層就可以實(shí)現(xiàn)光立方的顯示。人體具有一些特殊性,比如人眼有視覺(jué)暫留性,這個(gè)特殊的能力能使所攝到的畫(huà)面停留在我們的眼前,這便讓我們感覺(jué)到看到的東西是具有連貫一致性的,所以也就能感覺(jué)到這八層光立方屏陣是在一起亮的,這一原理的應(yīng)用讓一個(gè)完整圖像,本次設(shè)計(jì)便是基于此原理。弄懂設(shè)計(jì)原理之后是進(jìn)行3D 圖形的構(gòu)想,這個(gè)過(guò)程中需要開(kāi)放的新思維,從整體設(shè)想出發(fā),分析這個(gè)立體圖形,將其拆解成面,在找尋面中需要點(diǎn)亮的點(diǎn),可以將這個(gè)過(guò)程化解為三維空間點(diǎn)線面的組成關(guān)系。3Dled光立方具有極強(qiáng)的表象能力,給各位觀賞者帶來(lái)感官上的震撼。
3d光立方最核心炫目的部分就是它的顯示模塊,完成光立方的制作工作的重要部分是LED燈珠立體矩陣的構(gòu)建。8×8×8光立方體一共有512粒小led燈珠,因此這個(gè)搭建過(guò)程也是比較繁瑣漫長(zhǎng)的。將光立方體分為8層,每層在分為8列,每列包含8個(gè)LED燈珠,為使光立方外形的美觀,這樣在整體完成之后才會(huì)形成一個(gè)立體的形態(tài),在后續(xù)編程完成后顯示效果才能得以展現(xiàn),因此要求每一片的LED陣列都要求排列整齊,互相看齊,這對(duì)設(shè)計(jì)者的焊接能力有不小的要求。

2光立方系統(tǒng)的各個(gè)模塊

整個(gè)光立方體系統(tǒng)可以大致分為兩大重要部分,硬件部分和軟件部分。3dled光立方體設(shè)計(jì)的硬件部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的骨架部分,在此基礎(chǔ)上在進(jìn)行連線等其他硬件部分的工作,完備的硬件部分為后續(xù)軟件部分的工作提供了良好的基礎(chǔ)。軟件部分是整個(gè)led光立方體的骨肉和靈魂,整個(gè)系統(tǒng)得以鮮活控制,硬件部分依靠軟件部分才能發(fā)揮作用。因此,硬件部分和軟件部分需要相互配合互相支撐才能達(dá)到預(yù)期效果。
通過(guò)以上分析,本次光立方系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如下:
這樣,光立方的總體設(shè)計(jì)方案就可以由以上五個(gè)模塊兩個(gè)部分來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的確定,在后面的設(shè)計(jì)過(guò)程中,按照本章確定的大致方向進(jìn)行設(shè)計(jì),并在其后的工作中進(jìn)行補(bǔ)充和完整。

光立方系統(tǒng)框圖
此次光立方體系統(tǒng)的主要控制部分為STC12C5A60S2單片機(jī),顯示部分采用了512只led燈珠,這512只LED燈的控制我們選用的方案是直接控制,選擇將其與單片機(jī)的I/O口和7hc573芯片接口相連接。啟動(dòng)過(guò)程是:當(dāng)啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)時(shí),單片機(jī)系統(tǒng)首先對(duì)7hc573芯片進(jìn)行選通,向7hc573芯片傳送數(shù)據(jù),某一組LED燈將被選中,再由傳遞的數(shù)據(jù)完成LED燈的負(fù)邏輯點(diǎn)亮,按照2.1所述的人體特有的視覺(jué)暫留原理,雖然顯示區(qū)域并非同時(shí)點(diǎn)亮,但是依照輸出數(shù)據(jù)而點(diǎn)亮的每組LED燈產(chǎn)生的效果也不會(huì)立刻消失,而是隨著立體區(qū)域中逐漸點(diǎn)亮的LED燈在視覺(jué)系統(tǒng)中產(chǎn)生連續(xù)流暢的立體圖像。
制作流程大致從lED顯示部分——底板焊接——組裝——調(diào)試四個(gè)步驟進(jìn)行實(shí)施,在接下來(lái)的硬件制作和軟件調(diào)試中,將著手解決這四個(gè)環(huán)節(jié)之間的連接問(wèn)題與每一個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行方針,目標(biāo)較為明確。

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