1系統的工作原理
本次光立方的設計目的是能根據使用者需求和想法來控制每一個燈珠,這樣我們所預想的一些效果就能得以實現了,那么就讓我們從光立方的原理開始入手,首先從點陣的點亮原理開始。能實現預先控制效果的前提就是能點亮任意需要位置的led燈珠。為達此目的,需要將這個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。因為掃描每次只能掃描一層,所以每次都只能點亮一層。8×8×8光立方的每一層都有64個燈,雖然燈的數量眾多,但是我們有64根線分別接在64個燈上,在實際制作過程中就是將64個led燈珠接在了鍍錫電子線上,因而可以實現同時對64個燈的控制。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面就完成了。單片機引腳往往小于所需控制的led燈珠的個數較少,采用的方案是用74hc595芯片進行拓展。數據通過串行的方式,分別傳送到用于擴展接口和控制的74hc595芯片當中,再由芯片的內部控制器儲存這些數據。
光立方點陣 光立方層
光立方列掃描電路
通過上述分析的LED點陣控制原理,我們不妨將一個光立方體由體到面的拆開,可以看作是8個8*8點陣屏的led面疊放在一起的。這8個led點陣屏的顯示效果疊加起來就構成了我們所看到的一個光立方的顯示效果。所以控制一個光立方體,只要通過程序分別在此控制8個光立方層就可以實現光立方的顯示。人體具有一些特殊性,比如人眼有視覺暫留性,這個特殊的能力能使所攝到的畫面停留在我們的眼前,這便讓我們感覺到看到的東西是具有連貫一致性的,所以也就能感覺到這八層光立方屏陣是在一起亮的,這一原理的應用讓一個完整圖像,本次設計便是基于此原理。弄懂設計原理之后是進行3D 圖形的構想,這個過程中需要開放的新思維,從整體設想出發,分析這個立體圖形,將其拆解成面,在找尋面中需要點亮的點,可以將這個過程化解為三維空間點線面的組成關系。3Dled光立方具有極強的表象能力,給各位觀賞者帶來感官上的震撼。
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燈珠立體矩陣的構建。8×8×8光立方體一共有512粒小led燈珠,因此這個搭建過程也是比較繁瑣漫長的。將光立方體分為8層,每層在分為8列,每列包含8個LED燈珠,為使光立方外形的美觀,這樣在整體完成之后才會形成一個立體的形態,在后續編程完成后顯示效果才能得以展現,因此要求每一片的LED陣列都要求排列整齊,互相看齊,這對設計者的焊接能力有不小的要求。
2光立方系統的各個模塊
整個光立方體系統可以大致分為兩大重要部分,硬件部分和軟件部分。3dled光立方體設計的硬件部分是整個設計的骨架部分,在此基礎上在進行連線等其他硬件部分的工作,完備的硬件部分為后續軟件部分的工作提供了良好的基礎。軟件部分是整個led光立方體的骨肉和靈魂,整個系統得以鮮活控制,硬件部分依靠軟件部分才能發揮作用。因此,硬件部分和軟件部分需要相互配合互相支撐才能達到預期效果。
通過以上分析,本次光立方系統的設計方案如下:
這樣,光立方的總體設計方案就可以由以上五個模塊兩個部分來進行簡單的確定,在后面的設計過程中,按照本章確定的大致方向進行設計,并在其后的工作中進行補充和完整。
光立方系統框圖
此次光立方體系統的主要控制部分為STC12C5A60S2單片機,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,選擇將其與單片機的I/O口和7hc573芯片接口相連接。啟動過程是:當啟動整個系統時,單片機系統首先對7hc573芯片進行選通,向7hc573芯片傳送數據,某一組LED燈將被選中,再由傳遞的數據完成LED燈的負邏輯點亮,按照2.1所述的人體特有的視覺暫留原理,雖然顯示區域并非同時點亮,但是依照輸出數據而點亮的每組LED燈產生的效果也不會立刻消失,而是隨著立體區域中逐漸點亮的LED燈在視覺系統中產生連續流暢的立體圖像。
制作流程大致從lED顯示部分——底板焊接——組裝——調試四個步驟進行實施,在接下來的硬件制作和軟件調試中,將著手解決這四個環節之間的連接問題與每一個環節的運行方針,目標較為明確。
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