‧ 平面 LED 顯示器見多了，3D 版的呢？

leiphone 李王

本文作者李王，創客馬拉松深大站參賽選手，中國深職院大二學生。本文詳細介紹了他自己DIY的一款「8X8X8」點陣3D顯示器（下圖）的全部製作過程。

3Dcube8（光立方）是一個由LED組成的3D顯示器，是一個集實際型、經濟型、性價比高的藝術品，它不僅僅局限於裝飾，更是能夠説明更好的學習C語言實際應用、滿足單片機愛好者對單片機的研究的個好工具。

3Dcube8有多種規格，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，製作難度和成本最高的是採用RGB的全彩光立方，這裡我選擇製作單色8*8*8。

1、專案材料簡介：

Led的選擇：市面上有很多種發光二極體，按形狀分方形和圓形草帽狀、按效果又有高亮霧面等區別。考慮到美觀和降低製作難度，我選擇了3mm長腳高亮霧面發光二級管，長腳的最大優勢就是可以作為支架，省時省力。

驅動方式利用人眼視覺暫留特性，利用逐層掃描的方式，來達到顯示各種圖案的目的。常見的 CMOS鎖存器（CMOS發熱低，優先選擇）有74hc573和74hc595，前者為併入，後者串入。因為不需要光立方的級聯設計，所以採用573鎖存器。

主控晶片選擇較多，有常見的AVR、STC、Arduino 等。根據之前學過的課程，我們決定採用STC系列的STC89c5A60S2增強型單片機作為主控晶片。之所以不選89C52等晶片，不是因為他們的運算速度不夠，主要原因是它們的片上flash太小，難以滿足需求，其次是因為自己有閒置的STC89C5A60S2，片上記憶體大，運算速度1T，即充分利用資源節省成本，又可以實現所需要的功能需求。

最後就是附屬配件 USB轉TTL串口的STC下載線。選擇採用cp2102作為USB轉串接晶片方案，下載STC單片機完勝PL2303方案，最高下載速度可達115200串列傳輸速率。

2、詳細製作步驟

一. 電路設計

1. 軟體部分

實驗環境：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,然後生成PCB,最後將PCB圖發給工廠,製造出對應的電路板.

a. 控制模組——單片機最小系統

b. 驅動電路——p口接8片573le端

在驅動電路上，圖中的電阻都是150r的限流電阻,限流電阻130r為理論值.大於這個小於這個都可以。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)導入到PCB專案裡,並進行合理的佈局,然後開始佈線,最後覆銅（如圖5，圖6）保存檔並將檔發給PCB板製造工廠。接下來就是短暫的等待。

在此期間我們可以進行下一步的製作。

2. 硬體部分

a. 顯示電路 ——led點陣屏的製作

現將選定的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燈焊接完成後，相信我們定做的PCB板也完成了，那麼接下來我們開始焊接電路板，因為電路板上都是貼片，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束，接下來又要開始軟體部分，不過在進行軟體部分以前，我們需要吧焊接好的LED燈插入到PCB正面上的排母裡，如圖17、圖18。

3.軟體部分

所需軟體：keil4.0、STC-ISPv4.80

這裡主要是將程式燒錄到單片機內，當然，這需要經過很多次的調試才能完成，呈現出自己想要的效果，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……下圖是程式中的一小小小部分

補充：程式的設計分為4部分

1. 初始化部分

主要是設置對應的中斷，定時工作方式。

2. 顯示部分

把立方體看作8位數位管，每個面即為一個數位管，每個面的顯示原理是和8X8點陣是完全一樣的，保證這段程式正確的，可以直接調用。查表的方式是自0起遞增的，每次加1，每個畫面查表64次。當然，實際的情況是要小於65536的，控制程式的代碼也會佔用ROM空間，就會導致了畫面次數減少，所以，要想在有限的空間內顯示更多的畫面，就得儘量把程式寫的簡短。c語言可以直接定義16位元變數。

3. 中斷部分

為了達到動畫效果切換時間可準確調節性，畫面的切換用中斷方式。把時間通過一個變數來表示，這樣每次只需修改一個變數，就可以設置動畫的速度了。每次發送中斷後，查表的變數就加64(i=i+64)，然後返回顯示程式繼續顯示，中斷程式只做變數的計算，改變的是查表的位址。

4. 循環

程式循環，循環的條件是i變數不滿足動畫顯示的上限值。比如做八個畫面，那麼i的的值不滿足8X64時，就繼續顯示，滿足就清零從新開始。

顯示循環

主題的顯示程式，應該是一個閉環，一直在顯示一個畫面，只有中斷產生的時候，改變了查表的變數，才切換一次動畫。每個畫面都顯示後，注意修正變數，能使其顯示同一個畫面，不管是查表的變數還是Z軸，Y軸的控制變數，都要進行初始化，直到中斷的產生才改變查表的變數數值。

經過多次反復的調試，終於成功了，達到了我們想要的結果，可是那麼高大上的東西，總要有個外殼吧，為了方便，實惠，我們選用3D印表機自己做咯，首先我們3D建模軟體（這裡使用Soildwork，也可以使用其他，如3DMax等）畫出相應尺寸的模型（如圖19然後使用cura設定列印參數，最後將檔導入印表機，開始列印，幾個小時之後，就可得到我們想要的模型了，如圖20）