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| 本文作者： 李王 | 2016-01-29 17:31 |
本文作者李王，創客馬拉松深大站參賽選手，深職院大二學生。本文詳細介紹了他自己DIY的一款“8X8X8”點陣3D顯示器（下圖）的全部制作過程。
3Dcube8（光立方）是一個由LED組成的3D顯示器，是一個集實際型 、經濟型、性價比高的藝術品， 它不僅僅局限于裝飾，更是能夠幫助更好的學習C語言實際應用、滿足單片機愛好者對單片機的研究的個好工具。3Dcube8有多種規格，常見的有單色4*4*4、單色8*8*8、RGB全彩光立方等。其中前者是這之中最簡單的，制作難度和成本最高的是采用RGB的全彩光立方，這里我選擇制作單色8*8*8。
1、項目材料簡介：
Led的選擇：市面上有很多種發光二極管，按形狀分方形和圓形草帽狀、按效果又有高亮霧面等區別。考慮到美觀和降低制作難度，我選擇了3mm長腳高亮霧面發光二級管，長腳的最大優勢就是可以作為支架，省時省力。
驅動方式利用人眼視覺暫留特性，利用逐層掃描的方式，來達到顯示各種圖案的目的。常見的coms鎖存器（cmos發熱低，優先選擇）有74hc573和74hc595，前者為并入，后者串入。因為不需要光立方的級聯設計，所以采用573鎖存器。
主控芯片選擇較多，有常見的AVR、STC、ARDUINO 等。根據之前學過的課程，我們決定采用stc系列的STC89c5A60S2增強型單片機作為主控芯片。之所以不選89C52等芯片，不是因為他們的運算速度不夠，主要原因是它們的片上flash太小，難以滿足需求，其次是因為自己有閑置的STC89C5A60S2，片上內存大，運算速度1T，即充分利用資源節省成本，又可以實現所需要的功能需求。最后就是附屬配件 usb轉ttl串口的stc下載線。選擇采用cp2102作為usb轉串口芯片方案，下載STC單片機完勝PL2303方案，最高下載速度可達115200波特率。
2、詳細制作步驟
一. 電路設計
1. 軟件部分
實驗環境：AD13，
該部分我們在altlium designer 13上完成,及用 altlium designer 13畫出所有原理圖,然后生成PCB,最后將PCB圖發給工廠,制造出對應的電路板.
a. 控制模塊——單片機最小系統
b. 驅動電路——p口接8片573le端
在驅動電路上，圖中的電阻都是150r的限流電阻,限流電阻130r為理論值.大于這個小于這個都可以。限流電阻r=(vcc-vf)/i，Vcc電源電壓，Vf為led的正向電壓降，I為led的工作電流，I大了,就亮，小了就會偏暗。
到此,光立方的原理部分就結束了,接下來就該做PCB部分了.全部原理圖如下圖所示:
c. PCB圖的生成
我們將完成的原理圖(圖4)導入到PCB項目里,并進行合理的布局,然后開始布線,最后覆銅（如圖5，圖6）保存文件并將文件發給PCB板制造工廠。接下來就是短暫的等待。
在此期間我們可以進行下一步的制作。
2. 硬件部分
a. 顯示電路 ——led點陣屏的制作
現將選定的LED燈彎曲成圖7的樣子，再按照圖8將LED燈焊接在一起，一共需要焊接512個，共8片，每片64個。單片焊接完成如圖9，圖10,8片焊接結束如圖11 圖12。將8片LED按照8X8X8排列在一起，如圖13圖14。
將LED燈焊接完成后，相信我們定做的PCB板也完成了，那么接下來我們開始焊接電路板，因為電路板上都是貼片，元器件非常小，所以在焊接過程中我們可以選用鑷子夾住元器件，先在電路板上固定一只管腳，在逐一將其焊接…… 
到此，我們的焊接部分全部結束，接下來又要開始軟件部分，不過在進行軟件部分以前，我們需要吧焊接好的LED燈插入到PCB正面上的排母里，如圖17、圖18。 
3.軟件部分
所需軟件：keil4.0、STC-ISPv4.80
這里主要是將程序燒錄到單片機內，當然，這需要經過很多次的調試才能完成，呈現出自己想要的效果，感覺這是一個巨大工程，不過只要有恒心，一切都不是事，哈哈……下圖是程序中的一小小小部分
補充：程序的設計分為4部分
1. 初始化部分
主要是設置對應的中斷，定時工作方式。
2. 顯示部分
把立方體看作8位數碼管，每個面即為一個數碼管，每個面的顯示原理是和8X8點陣是完全一樣的，保證這段程序正確的，可以直接調用。查表的方式是自0起遞增的，每次加1，每個畫面查表64次。當然，實際的情況是要小于65536的，控制程序的代碼也會占用rom空間，就會導致了畫面次數減少，所以，要想在有限的空間內顯示更多的畫面，就得盡量把程序寫的簡短。c語言可以直接定義16位變量。
3. 中斷部分
為了達到動畫效果切換時間可準確調節性，畫面的切換用中斷方式。把時間通過一個變量來表示，這樣每次只需修改一個變量，就可以設置動畫的速度了。每次發送中斷后，查表的變量就加64(i=i+64)，然后返回顯示程序繼續顯示，中斷程序只做變量的計算，改變的是查表的地址。
4. 循環
程序循環，循環的條件是i變量不滿足動畫顯示的上限值。比如做八個畫面，那么i的的值不滿足8X64時，就繼續顯示，滿足就清零從新開始。
顯示循環
主題的顯示程序，應該是一個死循環，一直在顯示一個畫面，只有中斷產生的時候，改變了查表的變量，才切換一次動畫。每個畫面都顯示后，注意修正變量，能使其顯示同一個畫面，不管是查表的變量還是Z軸，Y軸的控制變量，都要進行初始化，直到中斷的產生才改變查表的變量數值。
經過多次反復的調試，終于成功了，達到了我們想要的結果，可是那么高大上的東西，總要有個外殼吧，為了方便，實惠，我們選用3D打印機自己做咯，首先我們3D建模軟件（這里使用soildwork，也可以使用其他，如3DMax等）畫出相應尺寸的模型（如圖19然后使用cura設定打印參數，最后將文件導入打印機，開始打印，幾個小時之后，就可得到我們想要的模型了，如圖20）
到了這里，我們的單色8*8*8光立方也就結束了，套上外殼并插上電源，期待已久的畫面瞬間亮瞎了我的眼睛 好咯，接下來讓我們一起來欣賞那動人的畫面
視頻演示：
項目補充：
1. 測試方案
a、在8片點陣屏搭建完成之后采用點陣屏整面點亮方式檢查每一面LED的通電情況，有過亮、過暗或者完全不亮的及時拆換。
b、檢查電路板的焊點和飛線是否有虛焊或者漏焊情況，元件正負極有無顛倒情況。
c,、電路組裝采用整體組裝整體測試方式。
d、燒錄測試程序，檢查光立方的全亮狀態下有沒壞點。
2. 注意事項
a、搭建LED一定要主要，焊接溫度和靜電問題！
以上情況，會照成LED損壞，和LED微亮的情況。
（距離LED燈頭 3mm左右 電烙鐵 放在上面加錫。5-10秒LED就會壞的，盡量焊接一個點在3秒左右，就算一次不成功也沒事等他冷卻了，在焊接）。電烙鐵接地處理里沒有地的，在電烙鐵頭鐵殼上綁一根電線，腳踩在水泥地板上線踩在腳下。
b、 LED的間距
LED間距為20M，就是剛剛好標準洞洞板9個孔間距。
3.后期制作
在后期，我們將繼續對光立方進行更深入的研究與制作，做出更大更絢麗的光立方。
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