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[导读]光立方由若干个二极管led灯以立方体形式搭建,4*4*4、8*8*8、16*16*16甚至更多,又由单片机、锁存器、译码器等电器元件驱动,形成立体动画效果。其中8*8*8光立方最为常见。

光立方由若干个二极管led灯以立方体形式搭建,4*4*4、8*8*8、16*16*16甚至更多,又由单片机、锁存器、译码器等电器元件驱动,形成立体动画效果。其中8*8*8光立方最为常见。

例如:8*8*8光立方是由512个发光二极管按照立方体的方式搭建焊接起来的,有层共阴束共阳和层共阳束共阴两种方案,每一层有8*8个发光二极管,共8层。用c语言编译单片机程序使自定义动画效果得以实现。

光立方工作原理

光立方简单讲就是用单片机控制很多规则排列的LED的亮和灭。

1、单个LED的控制方式

先了解单个LED的控制方式,可以是将正极接电源,负极通过一个限流电阻连接至单片机的某个IO口。IO口输出低电平时,LED就亮,反之,LED灭。

如果我们想驱动任意位置的led,我们只需要在该位置led所使用的列线接地,行线接上+V即可。

学过单片机的朋友们,都知道数码管是怎么点亮的,其中有位选和段选之分,通过扫描来实现所有数码管能正常工作以实现显示我们想要的数字。

点阵也一样,尽管是8*8的点阵,如果我们让整体能随意显示图案,那也需要用扫描的方式才能够实现,否则,无法实现对其精准的控制。

所谓扫描,就是说,我们一次只能让一行排或者一竖排的灯亮。每次只能这么点,8次为一个周期,从左至右依次点一次,那么循环起来,我们看到的就是完整的图像了。

2、每一层LED的控制方式

若按照单个LED的控制方式,每个LED需要占用单片机的一个IO口,控制100个LED就需要100个IO口。那么,有没有一种方式,可以用较少的IO口,控制较多的LED呢?答案是肯定的,这种方法,就是扫描驱动电路。

所以一般情况下,光立方的每一层虽然有64个灯,但是我们会有64跟线分别连接到这些灯上,从而实现一次性的对64个灯进行控制,通常单片机引脚较少,一般将采用74hc573,74hc595等芯片进行拓展。

3、(基于74hc573的)8*8*8光立方LED的控制方式

数据通过并行的方式,分别打入每一个74hc573中,再控制器储存这些数据,从而实现一层64个灯同时的点亮。下面描述一下一个固定画面的显示,所需要硬件执行的过程。

1)将第一层64个点的数据传入8个74hc573中,控制uln2803层控制芯片打开第一层开关,使第一层点亮,这个时候,其他层是灭的。

2)等待时间t。

3)熄灭第一层,开始向74hc573中传输第二层的数据,锁存,开启第二层总控制开关,点亮第二层。

4)等待时间t。

熄灭第一层,将第八层的的数据传进所有74hc573中,锁存,开启第八层总开关,点亮第八层。

再回到第一步,循环下去。。

这样,便实现了一个周期画面的显示,由于人眼的视觉暂留的特性,只要刷新的够快,我们看到的就是光立方整体都在亮。便实现了我们想要的效果。为了画面的稳定,上面间隔点亮t要保持一致,否则会出现亮度不均的情况。

在实际使用上述电路的时候,最好给74hc573输出的64个引脚分别加一个限流电阻,这样能起到很好的二极管保护作用和整体功耗的限制以及亮度的调节。

仔细分析上述控制过程,可以发现进一步节约IO口的数量方法。

以16×16的整列为例,若限定16列中,每次只亮一列,就可以用4根IO线加一个4~16译码器替代。这样,就变为16+4只有20个IO口了。而行还是保留16根,因为这样做,可以一次控制1列中的多个LED同时亮。加快扫描进度。

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