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光立方设计报告
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一、要求
1、利用单片机控制8*8*8的LED灯显示3D图形。
2、进行实物焊接,调试。
二、设计思路
首先,8*8*8光立方是由8个相同的面组成,每一个面有64
个蓝色LED灯,不同的图案又这些点连接而成。如果我们想要驱
动任意一个LED灯,我们让列接地,行接正极就可以实现,因此
整个立方体列共阴极,行共阳极。实际上这个就是控制512个LED
的不同灯点亮。
三、电路设计
主要分为主控模块、驱动模块、显示模块
1、主控模块
主控模块我们选用STC12C5A60S2
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图1主控电路
其中C1、C2为去耦电容防止高频干扰
2、驱动模块
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图2行驱动电路
可以用一个3—8译码器选择8个不同的共阳极层,但是译码器
的驱动能力差,中间可以用双P沟道MOS管APM4953来增强驱动能力。
这样就可以控制点亮不同的层。
图3列驱动电路
我们可以用5026来选择不同的列,一片5026就可以控制16列,
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一共有64列,因此只需要用到4片。在每一片5026电源端上加一个
电容,主要防止高频干扰。
3、显示模块
每一个LED的负端都连接在一起,构成一列;每一层的LED
的阳极连在一起。一层一列刚好可以确定一个LED灯。这样就
可以通过主控电路和驱动电路来点亮所要点亮的LED,组成我
们想要的图案。
四、元器件选择
(1)由于光立方的程序量比较大,而且要求相对比较高,因此我
们决定用51系列的增强型芯片STC12C5A60S2,选择的理由:
,采用第六代加密技术;
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,外部复位可用可不用;
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(2)4953的作用:行驱动管,功率管。
每一显示行需要的电流是比较大的,要使用行驱动管,
每片4953可以驱动2个显示行,其内部是两个CMOS管,1、
3脚VCC,2、4脚控制脚,2脚控制7、8脚的输出,4脚控
制5、6脚的输出,只有当2、4脚为“0”时,7、8、5、6
才会输出,否则输出为高阻状态。
(3)SN74HC245DW,8路双向总线收发器,具有三态输出;74HC245
八路总线收发器被设计用于数据总线之间的异步双向通信。
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74HC245的控制功能大大减小了对外部计时的要求。
74HC245允许数据从A总线传输到B总线,也可从B总
线传输到A总线,这取决于方向控制端(DIR)上的逻辑电
平。而其输出使能(OE)端则可以禁用74HC245以便实现总
线间的隔离。
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,直接驱动总线,最多可支持高达15
个LSTTL负载
,最大I80μA
CC
=12ns
pd
±6mA
,最大1μA
(4)LED灯的选择,出于外观和整体的形状美观,我们放弃我
们经常用的草帽型LED,采用的是方形高亮的LED灯由于
草帽的光发散比较厉害容易影响视角效果,从而使用方形的,
同时方形的也比较聚光,如下图所示:
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五、芯片管脚图
STC12C5A60S2
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APM4953
SN74HC245DW
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MBI5026
六、焊接
1、PCB板的焊接
由于用的元器件基本是贴片的,所以焊接难度还是比较大的,
焊接好后先测试各个芯片是否短路,完成后下载程序,程序下
载成功,证明焊接无误,完成后如下图:
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2、显示电路
首先按照板上阴极孔的尺寸,在一块硬纸板上打方洞,进行LED
的焊接,焊好一列后如下图:
将焊好的每一列连成一个面,然后将面连成体。
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最后和底板焊在一起。
七、电路调试
在测试过程中发现其中有两列不亮,首先检测LED全部正常,
然后从原理入手,分析到可能5026的某两个管脚虚焊,从PCB
板上找到相连的路径,然后用万用表检测,是虚焊,然后再焊接,
问题得到了解决。
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