本文作者李王，創(chuàng)客馬拉松深大站參賽選手，深職院大二學(xué)生。本文詳細(xì)介紹了他自己DIY的一款“8X8X8”點(diǎn)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(shí)際型 、經(jīng)濟(jì)型、性價比高的藝術(shù)品， 它不僅僅局限于裝飾，更是能夠幫助更好的學(xué)習(xí)C語言實(shí)際應(yīng)用、滿足單片機(jī)愛好者對單片機(jī)的研究的個好工具。3Dcube8有多種規(guī)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(xiàng)目材料簡介：

Led的選擇：市面上有很多種發(fā)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(qū)別?？紤]到美觀和降低制作難度，我選擇了3mm長腳高亮霧面發(fā)光二級管，長腳的最大優(yōu)勢就是可以作為支架，省時省力。

驅(qū)動方式利用人眼視覺暫留特性，利用逐層掃描的方式，來達(dá)到顯示各種圖案的目的。常見的coms鎖存器（cmos發(fā)熱低，優(yōu)先選擇）有74hc573和74hc595，前者為并入，后者串入。因?yàn)椴恍枰饬⒎降募壜?lián)設(shè)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(jù)之前學(xué)過的課程，我們決定采用stc系列的STC89c5A60S2增強(qiáng)型單片機(jī)作為主控芯片。之所以不選89C52等芯片，不是因?yàn)樗麄兊倪\(yùn)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?yàn)樽约河虚e置的STC89C5A60S2，片上內(nèi)存大，運(yùn)算速度1T，即充分利用資源節(jié)省成本，又可以實(shí)現(xiàn)所需要的功能需求。最后就是附屬配件 usb轉(zhuǎn)ttl串口的stc下載線。選擇采用cp2102作為usb轉(zhuǎn)串口芯片方案，下載STC單片機(jī)完勝PL2303方案，最高下載速度可達(dá)115200波特率。

2、詳細(xì)制作步驟

一. 電路設(shè)計

1. 軟件部分

實(shí)驗(yàn)環(huán)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(fā)給工廠,制造出對應(yīng)的電路板.

a. 控制模塊——單片機(jī)最小系統(tǒng)

 

b. 驅(qū)動電路——p口接8片573le端

在驅(qū)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(jié)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(dǎo)入到PCB項(xiàng)目里,并進(jìn)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(fā)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(jìn)行下一步的制作。

2. 硬件部分

a. 顯示電路 ——led點(diǎn)陣屏的制作

現(xiàn)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(jié)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?yàn)殡娐钒迳隙际琴N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(jié)束，接下來又要開始軟件部分，不過在進(jìn)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(jī)內(nèi)，當(dāng)然，這需要經(jīng)過很多次的調(diào)試才能完成，呈現(xiàn)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(bǔ)充：程序的設(shè)計分為4部分

1. 初始化部分

主要是設(shè)置對應(yīng)的中斷，定時工作方式。

2. 顯示部分

把立方體看作8位數(shù)碼管，每個面即為一個數(shù)碼管，每個面的顯示原理是和8X8點(diǎn)陣是完全一樣的，保證這段程序正確的，可以直接調(diào)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(dāng)然，實(shí)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(dǎo)致了畫面次數(shù)減少，所以，要想在有限的空間內(nèi)顯示更多的畫面，就得盡量把程序?qū)懙暮喍?。c語言可以直接定義16位變量。

3. 中斷部分

為了達(dá)到動畫效果切換時間可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)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(shè)置動畫的速度了。每次發(fā)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(xù)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(huán)

程序循環(huán)，循環(huán)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(xù)顯示，滿足就清零從新開始。

顯示循環(huán)

主題的顯示程序，應(yīng)該是一個死循環(huán)，一直在顯示一個畫面，只有中斷產(chǎn)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(jìn)行初始化，直到中斷的產(chǎn)生才改變查表的變量數(shù)值。

經(jīng)過多次反復(fù)的調(diào)試，終于成功了，達(dá)到了我們想要的結(jié)果，可是那么高大上的東西，總要有個外殼吧，為了方便，實(shí)惠，我們選用3D打印機(jī)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(yīng)尺寸的模型（如圖19然后使用cura設(shè)定打印參數(shù)，最后將文件導(dǎo)入打印機(jī)，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(jié)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(xiàng)目補(bǔ)充：

1.  測試方案

a、在8片點(diǎn)陣屏搭建完成之后采用點(diǎn)陣屏整面點(diǎn)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(diǎn)和飛線是否有虛焊或者漏焊情況，元件正負(fù)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(tài)下有沒壞點(diǎn)。

2. 注意事項(xiàng)

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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)洞洞板9個孔間距。

3.后期制作

在后期，我們將繼續(xù)對光立方進(jìn)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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