光立方原理講解

光立方由若干個(gè)二極管led燈以立方體形式搭建，4*4*4、8*8*8、16*16*16甚至更多，又由單片機(jī)、鎖存器、譯碼器等電器元件驅(qū)動(dòng)，形成立體動(dòng)畫效果。其中8*8*8光立方最為常見。

例如：8*8*8光立方是由512個(gè)發(fā)光二極管按照立方體的方式搭建焊接起來的，有層共陰束共陽和層共陽束共陰兩種方案，每一層有8*8個(gè)發(fā)光二極管，共8層。用c語言編譯單片機(jī)程序使自定義動(dòng)畫效果得以實(shí)現(xiàn)。

光立方工作原理

光立方簡單講就是用單片機(jī)控制很多規(guī)則排列的LED的亮和滅。

1、單個(gè)LED的控制方式

先了解單個(gè)LED的控制方式，可以是將正極接電源，負(fù)極通過一個(gè)限流電阻連接至單片機(jī)的某個(gè)IO口。IO口輸出低電平時(shí)，LED就亮，反之，LED滅。

如果我們想驅(qū)動(dòng)任意位置的led，我們只需要在該位置led所使用的列線接地，行線接上+V即可。

學(xué)過單片機(jī)的朋友們，都知道數(shù)碼管是怎么點(diǎn)亮的，其中有位選和段選之分，通過掃描來實(shí)現(xiàn)所有數(shù)碼管能正常工作以實(shí)現(xiàn)顯示我們想要的數(shù)字。

點(diǎn)陣也一樣，盡管是8*8的點(diǎn)陣，如果我們讓整體能隨意顯示圖案，那也需要用掃描的方式才能夠?qū)崿F(xiàn)，否則，無法實(shí)現(xiàn)對其精準(zhǔn)的控制。

所謂掃描，就是說，我們一次只能讓一行排或者一豎排的燈亮。每次只能這么點(diǎn)，8次為一個(gè)周期，從左至右依次點(diǎn)一次，那么循環(huán)起來，我們看到的就是完整的圖像了。

2、每一層LED的控制方式

若按照單個(gè)LED的控制方式，每個(gè)LED需要占用單片機(jī)的一個(gè)IO口，控制100個(gè)LED就需要100個(gè)IO口。那么，有沒有一種方式，可以用較少的IO口，控制較多的LED呢?答案是肯定的，這種方法，就是掃描驅(qū)動(dòng)電路。

所以一般情況下，光立方的每一層雖然有64個(gè)燈，但是我們會有64跟線分別連接到這些燈上，從而實(shí)現(xiàn)一次性的對64個(gè)燈進(jìn)行控制，通常單片機(jī)引腳較少，一般將采用74hc573，74hc595等芯片進(jìn)行拓展。

3、(基于74hc573的)8*8*8光立方LED的控制方式

數(shù)據(jù)通過并行的方式，分別打入每一個(gè)74hc573中，再控制器儲存這些數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)一層64個(gè)燈同時(shí)的點(diǎn)亮。下面描述一下一個(gè)固定畫面的顯示，所需要硬件執(zhí)行的過程。

1)將第一層64個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳入8個(gè)74hc573中，控制uln2803層控制芯片打開第一層開關(guān)，使第一層點(diǎn)亮，這個(gè)時(shí)候，其他層是滅的。

2)等待時(shí)間t。

3)熄滅第一層，開始向74hc573中傳輸?shù)诙拥臄?shù)據(jù)，鎖存，開啟第二層總控制開關(guān)，點(diǎn)亮第二層。

4)等待時(shí)間t。

熄滅第一層，將第八層的的數(shù)據(jù)傳進(jìn)所有74hc573中，鎖存，開啟第八層總開關(guān)，點(diǎn)亮第八層。

再回到第一步，循環(huán)下去。。

這樣，便實(shí)現(xiàn)了一個(gè)周期畫面的顯示，由于人眼的視覺暫留的特性，只要刷新的夠快，我們看到的就是光立方整體都在亮。便實(shí)現(xiàn)了我們想要的效果。為了畫面的穩(wěn)定，上面間隔點(diǎn)亮t要保持一致，否則會出現(xiàn)亮度不均的情況。

在實(shí)際使用上述電路的時(shí)候，最好給74hc573輸出的64個(gè)引腳分別加一個(gè)限流電阻，這樣能起到很好的二極管保護(hù)作用和整體功耗的限制以及亮度的調(diào)節(jié)。

仔細(xì)分析上述控制過程，可以發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)約IO口的數(shù)量方法。

以16×16的整列為例，若限定16列中，每次只亮一列，就可以用4根IO線加一個(gè)4~16譯碼器替代。這樣，就變?yōu)?6+4只有20個(gè)IO口了。而行還是保留16根，因?yàn)檫@樣做，可以一次控制1列中的多個(gè)LED同時(shí)亮。加快掃描進(jìn)度。