作者：河南工業大學 李子 劉洋 王昊

指導教師：呂宗旺

作品簡介

本作品以單片機開發板為基礎平臺，以STC15F2K61S2芯片為控制中心，利用設計制做的LED立方點陣為顯示對象。具體作品如下圖

1.1 開發背景

現代社會中利用LED進行顯示開發的應用越來越多，小到商店的門牌顯示，大到整個建筑外表的燈光裝飾。以LED為基礎顯示器件，利用程序控制其整體顯示的方式更具有可操控性，可以根據自己的設計方式靈活改變顯示的內容。尤其是現在的顯示平臺多以二維平面的LED顯示較多，我們的光立方8*8*8立方點陣是以LED為顯示基礎，利用自己設計的焊接串聯方式構成一個3D的顯示部分，用STC15F2K61S2芯片為控制中心，按照我們所編寫的程序進行動態顯示。具有普通顯示模塊無法進行3D顯示的優勢，由于可操作性強，可以按照自己設定的顯示程序進行改變，應用方面也比較廣。同時作品的開發平臺可擴展性較強，產品的開發擴展也比較有潛力。

1.2 結構說明

本作品分為兩個模塊，一個是顯示模塊，另一個是驅動模塊。

顯示模塊為作品的主要構成，我們的512個方體LED燈用分部焊接的方式進行連接，構成一個長8、寬8、高8的立方體。每兩個LED燈的間距為2cm，底板用萬用板進行固定和排線。具體如【圖1】

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作品的控制模塊用單片機開發板為控制平臺，以排線和鎖存器連接為控制途徑，使得我們在單片機上編寫的程序可以通過排線來控制512個LED燈的亮與滅，從而達到我們預期的顯示效果。

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1.3 功能與使用說明

功能：本作品主要進行LED燈的3D顯示，具體可使用于3D動畫、文字和一些字符圖形的顯示，同時也可根據所編寫程序的不同進行其他的一些視覺顯示。

使用說明：作品的程序經過電腦編寫利用已有的單片機開發板進行端口下載，燒制在芯片上然后經由驅動進行各個LED燈的顯示控制。整個作品使用5V直流電源進行供電，為LED燈的顯示部分以及芯片的控制部分供電。

平臺選型說明

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設計說明

2.1 原理圖

因未找到適合AD10封裝的單片機芯片，所以采用89C51芯片代替。原理圖只表示引腳連接方式。

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2.2 設計原理

把LED焊接成八個面，每個面有64個。每個面用74HC573鎖存器控制陽極，陰極由ULN2803控制是否導通。再用單片機P0口控制8個74HC573鎖存器的輸出使能端，P3口控制ULN2803的輸入引腳。這樣可以做到控制所有八個面512個燈泡的點亮。

本項目程序通過單片機C語言編寫，由于有八個面，每個面又有八列八行，所以定義動畫的顯示數據通過數組二維code[8][8]來儲存，數組中元素都是二位十六進制數據，例如0xFF。通過主程序負責調用顯示不同的動畫模塊，中斷程序負責掃描顯示。

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2.3 設計方案

把8*8*8=512個LED燈泡分成八組，每組8*8個，并對每行每列進行鏈接，要求陽極引腳共陽，陰極引腳共陰。共留出八個共陰端和八個共陽端。然后將每個面的八個陽極端口與74HC573鎖存器的八個輸出端相連接。這樣，LED燈面的陽極端就受74HC573控制了。然后再把八個面每一層LED的陰極連到一起，并將得出的8個陰極與ULN2803輸出端相連，這樣陰極就受ULN2803控制了。

在焊接過程中，我們為了保證每兩個LED燈泡的間距相等，我們在萬能板上每相間等間距的點焊接了排針以提供位置參考。如下【圖4】所示：

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為了節省線材，我們簡化了排線方案，并進行了精細的焊接工作，如【圖5】、【圖6】是我們的焊接線路板的背面。

作品特色

3.1 先進性

本作品的先進性在于我們的顯示技術是其他顯示設備所無法比擬的，我們的是3D的顯示效果，可以立體的顯示某些特定的動畫和文字。再經過擴展和實用的改進之后會更具有使用價值，現在的人們在生活中的往往是追求更具有立體感的視覺效果。就像現在的3D電影、3D游戲一樣。我們的動態顯示也是3D的，一些平面顯示所無法產生的效果都可以通過重新在電腦端編程從而在立方點陣中進行立體顯示。立方點陣的顯示是由芯片進行控制的，如果想進行顯示擴展，可以通過單片機進行程序改寫從而到達顯示目的，改動起來也非常的方便。

3.2 實用性

LED光立方點陣就是用來進行顯示的，我們在電腦端進行一個顯示控制程序的編寫，通過單片機下載到芯片上，然后控制立方點陣的各點顯示。就像我們現在所編寫的一部分程序，我們可以看到光立方體顯示出的一些動畫，比如一些特殊文字和字符的產生，圖形的動態堆積和轉換，畫面的切換和跳動。我們的作品只是一個簡單的燈光效果展示，試想一下如果將立方體進行擴展，由8*8*8換成更大的立方體，顯示的效果會更好。可以用于一些動畫的欣賞，廣告的播放以及一些比較高端的視覺裝飾上面。

3.3 創新性

我們的作品在創新上同樣也有亮點，在顯示部分上的一些焊接方式以及組裝方式，還有就是在控制方式上我們利用單片機進行控制，可以進行自動的按照預定的程序進行播放，同時還可以人為的操作進行一些顯示的控制。

總結

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