8*8*8光立方的制作

还记得不久之前在比赛上大放光彩的旋转光立方吗，这么漂亮的东西是怎么做出来的呢，这里我们从基础的8*8*8光立方讲起：

准备材料：

1.         Led小灯512个（可多准备，替换坏灯）

2.         单片机一个（io口20个以上）

3.         电阻（220Ω）64个

4.         圆排母64个

5.         74hc573锁存器8个以上

6.         74hc595锁存器1个（单片机io口有24个以上可用573代替）

7.         Uln2803反相器1个（灌电流）

8.         线材若干（杜邦线粗细即可）

光立方的搭建：

鞋盒或硬纸板上画（2*7）*（2*7）cm的方格图每个灯间隔2cm在方格的交点处钻孔，使其可刚好放下一个led灯的大小。

掰led灯，把led的负极掰打横，正极打竖。（led灯引脚长正短负）

为了光立方的规整，我采用了一层一层焊好后再把每层接起来的方式。

先把led灯头朝下插进鞋盒开的洞里，一层64个led灯，把每个灯每个灯的负极按下图方式接起来。 

当做好8层灯后，再搭个简易脚手架，把每两层灯的正级焊在一起，尽量保证每层的高度是一样的（这里我用的方法是使用排针卡住，大概每两层隔9个排针的距离）。

焊接的全程灯都是倒过来的，都是灯头往下，正级引脚往上，负极打横。

焊好的效果图

电路的原理和制作：

Led的亮灭无非就是控制灯正极有高电平负极有低电平。那么单片机就只有一个，io口也就这么几十个，怎么控制这512个灯的亮灭呢？

这里我们就要先了解一下锁存器这个东西。

74HC573

在这我就先介绍一下74HC573锁存器，这是一个并行输入，并行输出的锁存器。

VCC是电源正级，GND是电源负极，D0~7为输入口，接单片机8个io口；Q0~7为输出口，接8竖灯；OUTPUT ENABLE为输出使能接口，低电平时Q口才能输出，因为我们Q口是一直需要输出的，所以这里我们OUTPPUT ENABLE接GND；LATCH ENBALE是锁存使能口，也是整个锁存器的灵魂，LATCH ENABLE给高电平时，锁存器打开，当单片机发送一个电平信号从D口进入锁存器，对应得Q口也会把D口的数据发送给小灯。如：单片机给一个1（1就是高电平，0就是低电平）的信号给D0，Q0就会把1的信号发送给小灯的正极，此时小灯的正极为高电平，若小灯负极有低电平信号，小灯产生正向电压差，则小灯就会发光；重点来了，如果此时把573的锁存使能给低电平，则锁存器的D口被关闭，此时不管单片机给锁存器发送什么信号，锁存器都不会理会，Q口发送的是锁存关闭前最后给D口的信号。如：此时锁存打开给了D0一个1的信号，此时Q0发给小灯就是1的信号，若此时把锁存使能关闭，并给D0发送一个0的信号，Q0口给小灯的是什么信号呢？没错，还是1的信号，因为锁存使能被关闭，D口就不再接受单片机的信号。此时数据就被锁在锁存器里了。锁存器的这个功能，使得我们控制512个灯成为可能。

74HC595

595是一个串行输入，并行输出的锁存器

VCC接电源正极；GND接电源负极；Q0~7依旧是输出口；DS为串行数据接口，接单片机，595数据输入就像羽毛球桶一样，只有一个口，数据一个一个往里面装，每装一个往里面退一格。最后再同时从Q口并行发出去；ST_CP，接单片机，存储寄存器时钟输入引脚。上升沿时，数据从移位寄存器转存带存储寄存器，接单片机；SH_CP，接单片机，移位寄存器时钟引脚，上升沿时，移位寄存器中的bit%20数据整体后移，并接受新的bit(从DS输入)。OE为锁存使能口，高电平锁住数据，低电平打开，接受数据。接单片机。

ULN2803

这是一个反相器，并不是锁存器，没有锁存功能，主要作用是增加电流，同时电平信号会发生反相。

1~8是输入端，接单片机；11~18是输出端，接每一层的负极；9为电源负极；10是电源正极。反相器需要注意的是，输出口接的是灯的负极，所以想灯亮，则需要输出低电平，而因为反相器会反相，单片机应该给对应的输入口高电平的信号。

电路设计

小东西都介绍完了，该说说怎么接线了，以下是光立方的三视图

灯架中，黑线为负极，红线为正极。

由正视图可以看出，每层灯的负极都是连在一起的，由此可以看出，只有这层灯的负极是低电平（因为有反相器，单片机io口应该给高电平），这层灯才会亮起来，共8层灯，每一个接了uln2803的io口可以控制一层灯的亮灭，为什么这么接呢？因为我们这里使用到的几乎所有显示器的控制方式——扫描。利用人类视觉残留的特性，第一层灯亮几毫秒，灭了后第二层灯亮同样的时间，同理8层灯都单独亮一轮，如此循环，因为亮灭的时间间隔太短，人脑无法反应，会以为是同时亮起的。所以程序里应该在一个循环内写f1~8逐层给高电平（反相后是低电平）并延时几毫秒。以实现扫描效果。

如图可看到一个595控制8个573锁存使能开关，再由每个573控制8竖灯的正极灯的高低电平。（595是因为我使用的arduino nano单片机，只有20个io口，为了省io口才用的595，如果单片机io口够多，完全可以用第9片573代替）

这个图中，需要注意的是8片573的输入是并联的。既8个573的D0连一起，接一个io口，8个D1连一起，接一个io，8个D3.。。。。。。为什么可以这样连呢？因为573的锁存功能，当573锁存使能关闭时，即使D口连一起了，可是数据无法输入锁存器中。而595的作用就是控制8个573锁存的开关。当我使用595控制第一个573打开，别的关闭，那么8个灯正极数据只会输入到第一个573的锁存器内，此时关闭第一个573，打开第二个573再把新的数据通过同样的io口传输，这样新的数据就会进入第二个573，此时再把第二个573锁存关闭，打开第三个573.。。。。。。，当然如果你想两个或多个573数据一致，则只需要通过595把这几个573的锁存使能同时打开，即可输入同样的数据至多个573. （如果你学到微机原理，你会发现这个就是地址线（595）和数据总线（573的输入端）的工作原理）

这个是一个573能控制的小灯。只要给对应一竖灯正极高电平，对应一层负极给低电平，则就可以精确控制到每一颗灯的亮灭了。

程序控制流程

①　使用595控制你需要开的那片灯的573使能打开。

②　找到你想开灯的灯接573哪个输出口，在对应的输入口输入高电平数据，别的口输入低电平。

③　使用595关闭该573锁存使能。

④　层控制io口输出高电平（反相后变低电平），并延时几毫秒。

⑤　结束后记得清空锁存器数据，否则数据可能会被前一次控制影响。

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