作者：河南工业大学 李子 刘洋 王昊

指导教师：吕宗旺

作品简介

本作品以单片机开发板为基础平台，以STC15F2K61S2芯片为控制中心，利用设计制做的LED立方点阵为显示对象。具体作品如下图

1.1 开发背景

现代社会中利用LED进行显示开发的应用越来越多，小到商店的门牌显示，大到整个建筑外表的灯光装饰。以LED为基础显示器件，利用程序控制其整体显示的方式更具有可操控性，可以根据自己的设计方式灵活改变显示的内容。尤其是现在的显示平台多以二维平面的LED显示较多，我们的光立方8*8*8立方点阵是以LED为显示基础，利用自己设计的焊接串联方式构成一个3D的显示部分，用STC15F2K61S2芯片为控制中心，按照我们所编写的程序进行动态显示。具有普通显示模块无法进行3D显示的优势，由于可操作性强，可以按照自己设定的显示程序进行改变，应用方面也比较广。同时作品的开发平台可扩展性较强，产品的开发扩展也比较有潜力。

1.2 结构说明

本作品分为两个模块，一个是显示模块，另一个是驱动模块。

显示模块为作品的主要构成，我们的512个方体LED灯用分部焊接的方式进行连接，构成一个长8、宽8、高8的立方体。每两个LED灯的间距为2cm，底板用万用板进行固定和排线。具体如【图1】

作品的控制模块用单片机开发板为控制平台，以排线和锁存器连接为控制途径，使得我们在单片机上编写的程序可以通过排线来控制512个LED灯的亮与灭，从而达到我们预期的显示效果。

1.3 功能与使用说明

功能：本作品主要进行LED灯的3D显示，具体可使用于3D动画、文字和一些字符图形的显示，同时也可根据所编写程序的不同进行其他的一些视觉显示。

使用说明：作品的程序经过电脑编写利用已有的单片机开发板进行端口下载，烧制在芯片上然后经由驱动进行各个LED灯的显示控制。整个作品使用5V直流电源进行供电，为LED灯的显示部分以及芯片的控制部分供电。

平台选型说明

设计说明

2.1 原理图

因未找到适合AD10封装的单片机芯片，所以采用89C51芯片代替。原理图只表示引脚连接方式。

2.2 设计原理

把LED焊接成八个面，每个面有64个。每个面用74HC573锁存器控制阳极，阴极由ULN2803控制是否导通。再用单片机P0口控制8个74HC573锁存器的输出使能端，P3口控制ULN2803的输入引脚。这样可以做到控制所有八个面512个灯泡的点亮。

本项目程序通过单片机C语言编写，由于有八个面，每个面又有八列八行，所以定义动画的显示数据通过数组二维code[8][8]来储存，数组中元素都是二位十六进制数据，例如0xFF。通过主程序负责调用显示不同的动画模块，中断程序负责扫描显示。

2.3 设计方案

把8*8*8=512个LED灯泡分成八组，每组8*8个，并对每行每列进行链接，要求阳极引脚共阳，阴极引脚共阴。共留出八个共阴端和八个共阳端。然后将每个面的八个阳极端口与74HC573锁存器的八个输出端相连接。这样，LED灯面的阳极端就受74HC573控制了。然后再把八个面每一层LED的阴极连到一起，并将得出的8个阴极与ULN2803输出端相连，这样阴极就受ULN2803控制了。

在焊接过程中，我们为了保证每两个LED灯泡的间距相等，我们在万能板上每相间等间距的点焊接了排针以提供位置参考。如下【图4】所示：

为了节省线材，我们简化了排线方案，并进行了精细的焊接工作，如【图5】、【图6】是我们的焊接线路板的背面。

作品特色

3.1 先进性

本作品的先进性在于我们的显示技术是其他显示设备所无法比拟的，我们的是3D的显示效果，可以立体的显示某些特定的动画和文字。再经过扩展和实用的改进之后会更具有使用价值，现在的人们在生活中的往往是追求更具有立体感的视觉效果。就像现在的3D电影、3D游戏一样。我们的动态显示也是3D的，一些平面显示所无法产生的效果都可以通过重新在电脑端编程从而在立方点阵中进行立体显示。立方点阵的显示是由芯片进行控制的，如果想进行显示扩展，可以通过单片机进行程序改写从而到达显示目的，改动起来也非常的方便。

3.2 实用性

LED光立方点阵就是用来进行显示的，我们在电脑端进行一个显示控制程序的编写，通过单片机下载到芯片上，然后控制立方点阵的各点显示。就像我们现在所编写的一部分程序，我们可以看到光立方体显示出的一些动画，比如一些特殊文字和字符的产生，图形的动态堆积和转换，画面的切换和跳动。我们的作品只是一个简单的灯光效果展示，试想一下如果将立方体进行扩展，由8*8*8换成更大的立方体，显示的效果会更好。可以用于一些动画的欣赏，广告的播放以及一些比较高端的视觉装饰上面。

3.3 创新性

我们的作品在创新上同样也有亮点，在显示部分上的一些焊接方式以及组装方式，还有就是在控制方式上我们利用单片机进行控制，可以进行自动的按照预定的程序进行播放，同时还可以人为的操作进行一些显示的控制。