3D光立方是由長寬高均8顆LED燈組成，即總共512顆LED點陣構成的三維立方體。本光立方的搭建方式是引導出8 個層引出線，這些引出線將作為各個點陣層面的“開關”，再將64個LED燈的正極連在一起，之后再連接到這個引出線上，總共引出72根線。本設計是采用延時控制的方式，由C51編寫的控制程序燒錄到單片機中，通過單片機來控制LED燈的亮滅情況，使整個光立方能夠展現五花八門的動態造型。

光立方由長寬高均為8顆LED燈，總共512個燈按照點陣的方式組成的，層與層之間引出8 根引出線，再加上面與面之間的64根正極引出線，總共引出了72根引出線完成制作的。因此我計劃按照以下思路研究：

(1)分析光立方的顯示原理，并繪制原理圖。      

(2)列出設備清單，選購所需材料。      

(3)設計光立方模型框架，焊接各個電路模塊，并搭建整體電路。      

(4)LED燈及硬件測試      

(5)編寫程序及程序調試      

(6)軟硬件調試

本系統主要是由以下三個模塊組成的，分為：主控模塊、驅動模塊、顯示模塊。主控模塊：以高性能的STC15F2K60S2單片機為控制核心。驅動模塊：由鎖存器74HC573和驅動器ULN2803兩個硬件構成。顯示模塊：利用512個LED燈組成8*8*8的立方體結構。

第一點： STC15F2K60S2單片機，它是高性能芯片的代表。選用這個芯片的理由包括以下幾點：1.加密性超強，極難解密；2.芯片具有非一般的抗干擾性；3.運行速度超快，較傳統51系列要快上八到十二倍。

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2018-6-3 12:29 上傳

第二點：我選擇采用ULN2803芯片的理由是因為光立方的制作所用到的LED燈數量比較多，要選擇能承受較大電流的芯片，而ULN2803芯片正好符合條件。

   ULN2803芯片有8個達林頓晶體管，NPN型。當工作電壓達到5伏特之時，不需要通過標準的邏輯緩沖器處理數據，它能夠直接處理數據。它不但工作電壓高，而且工作電流也大，可以達到500毫安。通常連接在陣列中，極其適合邏輯接口的電平數字電路和較高的電流、電壓中。

ULN2803引腳圖如圖3所示：

                           圖3 ULN2803

第三：選擇74HC573芯片驅動，它有以下優點：1.它的輸出不是低電平或者高電平,而是高阻態，并且支持多個芯片并聯輸出；2.能夠緩沖控制輸入，有改善使能輸入抗擾度滯后的作用；3.數據能夠鎖存，保存數據；4.具有緩沖數據及加強驅動的能力。

74HC573的引腳圖如圖4所示;

圖4 74HC573

74HC573屬于硅門 CMOS 器件，不僅引腳與LS/AL573相同，并且74HC573的輸出也能與之輸出兼容。74HC573有三態總線驅動輸出，工作的電壓在兩伏特到六伏特之間，低輸入電流為1.0uA。置數能夠全并行的存取，緩沖控制輸入，并能使能輸入能夠具有改善抗擾度滯后的作用。假如鎖存的使能端變高了，就表示器件的鎖存相對而言數據是透徹的；假如鎖存的使能端變低了，那么吻合設立時間還有維系時間的數據將會被它鎖存住。

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2018-6-3 12:30 上傳

考慮到外觀及整體形狀的美觀，本設計采用LED霧狀藍方燈，因為霧狀燈的亮度比高亮燈的亮度更均勻柔和，所以選擇霧狀燈。

圖 顯示模塊

光立方搭建的大體方向文檔

   搭建LED燈二維平面點陣，首先將LED燈的正負極彎折好如圖1所示，再把LED燈放入平面模板中如圖2所示，并將各個燈的負極焊接在一起。（注意：彎折負極的時候，彎曲的地方應該盡可能靠近燈的根部，不要留太長，這樣焊接正極之時會更加方便，不容易造成短路的情況。）

圖1 正負極的彎折                    圖2 將LED燈放入模板中

所有LED燈的正極與正極相連，負極與負極相連，管腳之間用焊錫固定住，并要注意燈的正負管腳不要相互接觸如3所示。因為焊接時烙鐵溫度比較高，容易損壞LED燈，所以焊接完后要對每個LED燈進行測試。焊好之后將所有燈從模板上取下，將多余的負極引腳減掉，如圖4所示就可完成二維平面點陣了。

圖3 將各個負極焊接在一起             圖4 完成的二維平面點陣

把已經焊接好的8個面一層一層有序的插到底板上，每插一面燈，都要用焊錫將燈的正極管腳與底板固定如圖5所示。8個面焊接結束后，我們可以用手將8個燈面微調，以保證光立方的美觀。

然后需要9根鍍錫鋼線，每一層都用一根鍍錫鋼線搭接好，8層8根鍍錫鋼線如圖6所示，多余的一根鍍錫鋼線搭接在光立方的另一面的頂層，如圖7所示，起到一個穩固的作用。要注意的是面與面、層與層之間必須同一水平面上，排列整齊，同樣也要測試層與層之間連接的LED燈的好壞。

完成以上焊接后，我們將光立方從左到右依次用一根白色的導線搭接，導線的一端接著靠近底板里面的一排孔里，另一端接著鍍錫鋼線上，也就是每一層的負極上如圖8所示。

將反面底板多余的正極引腳和多余的鍍錫鋼線剪掉，至此光立方完成搭建。

本系統選用了512個LED燈，數量較多，對于焊接及調試都造成了一定的困難，如果有其中一個燈損壞了，就必須把8層LED燈拆開，再將損壞的LED燈取出并重新焊接一個完好的燈，所以在檢查電路時也絕非易事。

焊接之前將萬用表的旋鈕選擇到二極管量測檔，然后把紅黑表筆分別接觸LED燈的正負電極，觀察LED是否會發光，如果不發光，查看萬用表歐姆檔顯示的電阻值是多少，然后交換表筆重新測，若兩次測量的電阻值較為一致，則LED燈是好的。焊接完畢之后對照電路圖與實際線路有無出入，再用萬用表歐姆檔檢測元器件引腳間有無短路，有無接觸不良，有無虛焊等；再把萬用表調至蜂鳴器檔，測試電路有無出現短路問題，包括LED燈層與層的連接處、各個元器件與電源及地有無接通等等。將編寫好的程序燒錄到單片機中，光立方接通電源后，觀察是否所有LED燈均亮。

在調試過程中，光立方出現了一些問題，下面是我發現的問題以及我的應對方案：

光立方接通電源后，只有最上層的一排LED燈會亮，其他LED燈都沒有點亮。于是我用萬用表測試，發現LED燈全是好的，并沒有損壞，最后發現是光立方的8根焊接鍍錫鋼線的方向焊錯了，應該焊接在光立方正面，把它們取下后焊接好，接通電源后大部分LED燈亮了。

在調試過程中有幾個LED燈一直不亮，將萬用表調至歐姆檔檢測，發現燈已經燒壞了，拆下后重新焊接上好的LED燈，LED燈正常工作。