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标题: 光立方原理图制作过程V1.4，arduino驱动光立方，灯塔搭建，驱动函数，动画演示 [打印本页]

作者: aosini 时间: 2014-1-14 08:16
标题: 光立方原理图制作过程V1.4，arduino驱动光立方，灯塔搭建，驱动函数，动画演示
视频地址：http://v.youku.com/v_show/id_XNjc4MDMyMzY0.html
http://v.youku.com/v_show/id_XNjc4MDMyMzY0.html
因版本不同，驱动板外观有所区别，但灯塔的搭建方式是相同的。

亲自动手制作一个光立方，将能够给你带来无穷乐趣，做好后，还可以把他放在房间里，当作一盏小灯，每到夜晚，光彩夺目。

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光立方

1 光立方V1.3介绍

目前市面上大部分的光立方产品都是基于STC的51单片机来控制的，如果你擅长51单片机，这将都不会是问题，但如果你是Arduino用户，或者你精通STM32、MSP430或者其他控制器，那么无形中就会有很多的局限性。我们的推出的光立方，只需要3个IO引脚就能实现对512个LED的控制，也就是说不管你用什么控制器（当然像初级的51是不可以的，内存还是速度都跟不上），你都可以使用。即使你更换新的控制器，你同样可以使用它。光立方的控制非常的简单，对于很多朋友来说，困难之处在于焊接，因为想要512个LED整齐排列，并焊接牢靠，对于一般的人来说并非易事，但事实上是，焊接远没有你想象中的困难。甚至我们不需要借助外部工具，你只需要准备常规的器件即可动手了。

驱动板从左往右，依次是电源开关、音频座、电源座、红外接收头、两个轻触按键、排针，排针引出的端口分别是VCC、GND（可以给外部提供5V电源）；SER、RCK、SCK（驱动板驱动信号）；L、R(左右声道模拟信号输出)；IR（遥控信号输出）；K1、K2（按键输出信号）。排针焊接时需要注意方向，尤其您使用光立方罩时。

[attach]970[/attach]

图1 排针焊接方式

插件焊接时，根据下图所示焊接：

[attach]973[/attach]

图2 插件焊接示意图

      还需要一些其他的必备工具：
      1：电烙铁1把，建议40元左右的，价格太便宜的烙铁不仅使用寿命短，温度也不能够保持恒定，最好带有静电保护的，降低灯珠被静电击穿的概率；
      2：焊锡丝4米，经过我们实际操作，一个光立方焊好后差不多使用了0.8mm直径的锡丝3.5米；
      3：斜口钳1把，主要用来剪引脚；4：口罩1只，为了自身的健康，这是比不可少的保护，因为这个工程也不是一两分钟的事儿。
2  光立方灯塔焊接
2.1  “点”
灯塔的焊接是从“点”开始，我们先把灯的引脚折弯，如下图所示。左边为Ⅰ型灯，只需要弯折一次，一共需要弯折448个灯珠；右侧为Ⅱ型灯，需要弯折两次，共需要64个灯珠。长脚为阳极，短脚为阴极。

[attach]756[/attach]

图3 灯引脚折弯（左为Ⅰ型，右为Ⅱ型）

2.2 “线”
512个灯珠安装上节要求弯折好后，我们将进行“线”的焊接，线的焊接非常的简单，不需借用额外的模具，我们的控制板就是很好的模具。如图4所示，先将30MM的铜柱安装在驱动板上。

[attach]757[/attach]

图4 30MM铜柱安装示意图

铜柱安装到位后，我们将7个Ⅰ型灯、1个Ⅱ型灯的阳极插入驱动板PIN孔中，插件顺序，如图5所示。

[attach]758[/attach]

图5 两种型号灯排列方式

之后，我们用列子将灯的阴极引脚排列整齐，用烙铁焊接，使引脚相连，如图6所示。焊接时间不可太久，防止灯珠损坏，焊接的烙铁我们建议使用带有静电保护的。

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图6 线的焊接

焊接好后，将灯从驱动板上取出，并整理灯的引脚，使引脚之间相互垂直或平行，如图7所示。就以这种方法，完成剩下的63条“线”。

[attach]760[/attach]

图7 焊接好的“线”

2.3  “面”
      64条线焊接完成后，我们的工程已经完成一半了，先偷着乐乐吧。
      在面焊接前，我们需要焊接一下驱动板上的芯片与圆孔PIN，焊接时，注意图8中的注意事项。4个5MM白发白氛围灯可以先不焊，等到面都焊接完成后在焊接，引脚暂时不剪。

[attach]972[/attach]

图8 驱动板焊接

圆孔PIN焊接需垂直于驱动板，这样可以保证灯塔搭建的美观。面的焊接我们就是利用焊好的圆孔PIN作为模板，就可以焊出完美的方格了，以这种方法依次焊好8个面。

[attach]762[/attach]

图9 面的焊接

8个面全部焊接好后，我们将对灯进行测试，找出坏“点”，及时更换，不然等体焊接好后将会带来更大的麻烦。测试很简单只需要一个3V左右的电源就可以了，当然，电压不能大于3.3V。神马！没有3V电源，嘿嘿。那我们氛围灯的引脚的用处就大大体现了。按照图10连接就可以进行测试了。经过我们的实际操作，没有灯不亮，当然，这不能保证所有。

[attach]763[/attach]

图10 测试

2.3 “体”
面都测试完成后，我们将进行体的拼装与焊接焊接。如果您觉得阳极的引脚有些长，或者您想给他建个“阳光房”，按照图11所示的方法，将灯的引脚剪齐。

[attach]764[/attach]

图11 修剪引脚

先将面的阳极引脚插入圆孔PIN中，插入时需稍微用力，并调整灯高度，使灯的高度保持一致。如图12所示：

[attach]765[/attach]

图12 插入引脚

将面与面之间连接的引脚焊好，焊接时保证面与面之间等距、平行，且垂直于驱动板，将多余的引脚剪去。如图13：

[attach]766[/attach]

图13 “体”完成

就差层控制线的焊接了，如图14所示：

[attach]767[/attach]

图14 层控制线焊接

      将灰色细线线头剥皮，从H1圆孔的下方穿到上方，将露出的铜丝弯成钩形，焊接在第一层阴极引脚上，将光立方底向上，亲亲拉着细线，用烙铁直接去靠近焊盘与细线，将线的绝缘皮融化、上锡，将细线从根部剪断，这样一根层控制线就焊接完成，这样可以保证层控制线是笔直的，且非常美观。
3  光立方驱动板
      光立方驱动板请移步下方下载，74hc595具体的使用方法请移步[url=读芯片手册及595串行实例全解 http://www.yfrobot.com/forum.php?mod=viewthread&tid=2389]读芯片手册及595串行实例全解[/url]。
      建立“体”的空间坐标系，如图15：

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图15 坐标系

      Z=0为第1层、Z=1为第2层、···Z=7为第8层，在每一层中有8束光（就是我们前面焊接的“线”），一个立方共有64束，我们将他们分别编号为0、1、2···63（图3.1.2），每束光由8个灯组成。例如，第一层，我们分别编号0、1、2、···7。在X=0这个面，有0、8、···56这8束光。
      我们数组的编号方式正好对应着数组中数，one[0]控制这光束0上面的8个灯，a[0]=0x01，用二进制表示就是00000001，控制（0，0，0）这个灯被点亮。如果a[1]=0x88，用二进制表示就是10001000，控制灯（1，3，0）和（1，7，0）两个灯亮，这样编号的优点，您会在今后的编程过程中慢慢体会到。
      例如一个数组
      u8 one[]=
      {
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
            ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01, ox01,
      }
      这个数组选择的是Y=0这个面的灯“同时”亮。“同时”我们加双引号，实际上在某一时刻只有一层灯是被点亮，对8层灯进行扫描，利用人眼的视觉停留效果，给人一种同时亮的错觉。
4  程序例解
      我们的程序是建立在控制器为“YFstm32核心控制板V1.0”的基础上编写的，程序为C语言编程，有较强的移植性，只需部分修改，就可以在其他控制器中运行。完整程序请到此贴结尾处下载。端口定义函数：
      #define SER PBout(8)  //串行数据输入
      #define RCK PBout(9)  //上升沿，串行输出，并行输出并锁存
      #define SCK PBout(10)  //上升沿，输入到移位寄存器
      根据端口设置，将控制器输出端口对应接到驱动板的SER、SCK、RCK上，控制板不驱动板用不同电源时，控制板上GND与驱动板上GND相连。
4.1  驱动函数
      数据最先被写入U8，然后通过移位，将数据从U8移到U7···U1，最后被移入U9 ，U9中的数据为层选择信号。
   下方贴出的程序为驱动函数：

//595串行接法驱动程序
//层填充函数，控制某层灯点亮方式
//Called By:void Frame(u8 *a,u8 speed)
//Input:*a
//Output:SER、SCK
void Storey(u8 *a)
{
u8 i , j , num ;
for(i = 0;i < 8;i++)
{
num = a[i]; //将数组中数输入寄存器
for(j = 0;j < 8;j++) //串行数据输入
{
if(num&0x80)
SER = 1; // SER串行输入端口
else
SER = 0;
SCK = 0; //上升沿，输入到移位寄存器
delay_us(1);
SCK = 1;
num <<= 1;
}
}
}
//帧控制函数
//帧,就是影像动画中最小单位的单幅影像画面，相当于电影胶片上的每一
//格镜头。一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画。
//a是一帧编码起始地址
//speed表示一帧画面扫描的次数，可以看作这帧显示的时间,这里我们理解为动画速度
//Calls(被本函数调用的函数):void Storey(u8 *a)
//Input:*a
//Output:SER、SCK、RCK
void Frame(u8 *a,u8 speed)
{
u8 i,j,num;
while(speed--)
{
num = 0x01;
for(i = 0;i < 8;i++) //层数层控制，选通某一层，
//使得第1层到第8层，依次点亮
{
num <<= i;
RCK = 0;
for(j = 0;j < 8;j++) //串行数据输入，先写0
{
SER = 0;
delay_us(1);
SCK= 0; //上升沿，输入到移位寄存器
delay_us(1);
SCK = 1;
}
for(j =0;j < 8;j++) //串行数据输入，写入层控制数
{
if(num & 0x80)
SER = 1; // SER串行输入端口
else
SER = 0;
SCK = 0; //上升沿，输入到移位寄存器
delay_us(1);
SCK = 1;
num <<= 1;
}
Storey(a+i*8);//层填充函数，控制某层灯点亮方式
RCK= 1;
num=0x01;
delay_ms(2); // 层显示时间
}
}
}

复制代码

帧——就是影像动画中最小单位的单幅影像画面，相当于电影胶片上的每一格镜头。一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画。
4.2 动画一

//动画内容是：侧面从左向右依次点亮
void Face_LtoR(u8 speed)
{
u8 b[64]={0};
u8 x,z;
for(z=0;z<8;z++)
{
b[z*8]=0xff;
}
Frame(b,speed);//帧函数
for(x=1;x<8;x++)
{
for(z=0;z<8;z++)
{
b[z*8+x]=0xff;
b[z*8+(x-1)]=0;
}
Frame(b,speed);
}
All_Light_Off();
}

复制代码

这里，先使编号为（z*8）+0的灯束全亮(0=<z<8)，再使（z*8）+1的灯束都亮，这样就可以从从左往右依次点亮8个面的灯了。
4.3 动画二

const u8 dot_tab[64]=
{
0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,
0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x00,
0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,0x00,
};
//依次点亮00-1,01-1,02-1,03-1....63-1，笑脸
void Dot(s8 time, u8 speed)
{
u8 b[64] = {0};
u8 x, z;
s8 t;
Frame(b, speed);
for(z = 0; z<8; z++)
{
for(x = 0; x<8; x++)
{
b[z * 8 + x] = 0x01;
Frame(b, speed);
}
}
for(z = 0; z<8; z++)
{
for(x = 0; x<8; x++)
b[z * 8 + x] = dot_tab[z * 8 + x];
Frame(b, 20);
}
t=time;
while(t--)
{
Frame(b, 200);
}
}

复制代码

这里可以通过time的大小来设置笑脸显示时间长短。笑脸就是一个数组，通过不断的显示数组dot_tab[64]的内容，使光立方点亮“笑脸”。
经过我们的测试，灯全点亮2天两夜，共计48小时，光立方未出现异常。
“光立方V1.4资料”此文件主要包含:
1：驱动板原理图
2：芯片介绍
3：图片
4：光立方驱动程序V1.2--STM32控制
5：光立方--Arduino控制
6：新手理解FFT.pdf
7：基于单片机的音频频谱显示研究_FFT算法原理分析.pdf
8：光立方制作手册V1.3.pdf
9：FFT结果的物理意义.pdf
10：C语言实现FFT(快速傅里叶变换).pdf
[attach]866[/attach]
[attach]865[/attach]
光立方制作手册V1.4请点击下载

作者: aosini 时间: 2014-2-14 09:55
标题: 光立方按键中断调速
光立方按键中断调速。
视频地址：http://v.youku.com/v_show/id_XNjc4OTA2NDc2.html http://v.youku.com/v_show/id_XNjc4OTA2NDc2.html
这层楼，将介绍按键中断调速。调速！首先我们需要知道调哪个参数，可以改变动画速度，当然，第一个想到的就是变量speed，在很多的动画中我们都使用了这个变量，但是我们在显示每个动画的时候是不是都要检测speed的值？这样保证调速的实时性？主函数中，我们动画显示部分会不会很乱？好了，写了改变这个变量。我们就会对主函数动画部分进行大的改动。pass这个想法。
再看void Frame(u8 *a,u8 speed)，因为我们知道，每个动画显示时都会调用此函数。

void Frame(u8 *a,u8 speed)
{
u8 i,j,num;
while(speed--)
{
num = 0x01;
for(i = 0;i < 8;i++) //层数层控制，选通某一层，
//使得第1层到第8层，依次点亮
{
num <<= i;
RCK = 0;
for(j = 0;j < 8;j++) //串行数据输入
{
SER = 0;
delay_us(1);
SCK= 0; //上升沿，输入到移位寄存器
delay_us(1);
SCK = 1;
}
for(j =0;j < 8;j++) //串行数据输入
{
if(num & 0x80)
SER = 1; // SER串行输入端口
else
SER = 0;
SCK = 0; //上升沿，输入到移位寄存器
delay_us(1);
SCK = 1;
num <<= 1;
}
Storey(a+i*8);//层填充函数，控制某层灯点亮方式
RCK = 1;
num=0x01;
<font color="#ff0000"> delay_ms(2); // 层显示时间</font>
}
}
}

复制代码

是不是我们可以改变其它参数，间接的来改变动画速度，有的，请看红色字体那，层显示时间，我们改变它，也就间接的改变了每帧显示的时间，这样就达到了改变速度的目的。
在led.c函数中我们声明一个全局变量：u8 GEAR = 4。将delay_ms(2)改为delay_us(500 + (8-GEAR) * 250)。
下面开始编写外部中断函数。

#define KEY_DOWN PAin(6) //PA6 速度减
#define KEY_UP PAin(7) //PA7 速度加
void EXTIX_Init(void);//外部中断IO初始化
//按键调速，共7个档位，调整光立方的运行数度
//PA6,PA7外部中断输入端口，分别接驱动板的KEY1、KEY2
//按下KEY1速度变慢，按下KEY2速度变快
//外部中断服务函数
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
<font color="#ff0000"> delay_ms(1); //消抖</font>
if(KEY_DOWN == 0) //按键1
{
if(GEAR > 1 && GEAR < 8)
{
-- GEAR;
printf("%d\n",GEAR);
}
}
else if(KEY_UP == 0)//按键2
{
if(GEAR > 0 && GEAR < 7)
{
++ GEAR;
printf("%d\n",GEAR);
}
}
EXTI->PR = 1<<6; //清除LINE6上的中断标志位
EXTI->PR = 1<<7; //清除LINE7上的中断标志位
}
//外部中断初始化程序
//初始化PA6,PA7为中断输入.
void EXTIX_Init(void)
{
RCC->APB2ENR |= 1<<2; //使能PORTA时钟
JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE);//关闭JTAG和SWD
GPIOA->CRL &= 0X00FFFFFF;//PA6,PA7设置成输入
GPIOA->CRL |= 0X88000000;
GPIOA->ODR |= 1<<6; //PA6上拉
GPIOA->ODR |= 1<<7; //PA7上拉
Ex_NVIC_Config( GPIO_A, 6, FTIR);//下降沿触发
Ex_NVIC_Config( GPIO_A, 7, FTIR);//下降沿触发
MY_NVIC_Init( 2, 1, EXTI9_5_IRQChannel, 2);//抢占2，子优先级1，组2
}

复制代码

通过上面的中断服务函数就可以实时改变GEAR的值了，需要注意的是消抖时间，这个时间不可很大，时间过长，按键中断时光立方就会出现“一闪”的现象。

作者: aosini 时间: 2015-5-13 13:41

xiaochen 发表于 2015-5-13 09:49
请问有没有用arduino微控制器控制8*8*8光立方的程序与接线图？

请您浏览：http://www.yfrobot.com/forum.php ... =%B9%E2%C1%A2%B7%BD

作者: aosini 时间: 2015-5-14 14:18

xiaochen 发表于 2015-5-14 11:37
请问电路板上 L、R(左右声道模拟信号输出)，K1、K2（按键输出信号）4个端口分别要接在arduino板上的哪里,也 ...

都需要自定义的，需要用到模拟量采集端口，将采集的数据进行傅立叶变换，得到不同频率所对应的幅值，这样就可以做成频谱了，具体请看光立方V1.3资料中《FFT结果的意义》，及fft.c。

for(i=0;i<65;i++)
{
dd[i].real=Get_Adc(ADC_CH0); //读取ad结果；
dd[i].imag=0; //清零虚部
}

复制代码

采集65个模拟值。

作者: aosini 时间: 2015-5-14 17:28

xiaochen 发表于 2015-5-14 15:57
我浏览了你给我发的那网站里面的资料，可是为什么我用资料里面的arduino光立方程序执行起来看不出所写的效 ...

1楼底层 “光立方V1.3资料”，里面包含了程序，但是stm32的，需要修改。
给您介绍的帖子中有使用说明的，你可以先检查一下接线，然后尝试运行一个简单的动画，像全亮。

作者: YFRobot 时间: 2015-5-15 17:33

xiaochen 发表于 2015-5-15 14:26
请问面与面我放在驱动板上的位置方向和你的不一样，这会影响到程序所写的效果吗？还是没有差别？麻烦你了， ...

会影响显示的，不过可以在595驱动函数中更改一下扫描方式就可以了

作者: aosini 时间: 2015-5-18 08:21

xiaochen 发表于 2015-5-15 14:26
请问面与面我放在驱动板上的位置方向和你的不一样，这会影响到程序所写的效果吗？还是没有差别？麻烦你了， ...

会的，程序是根据硬件的连接方式来变成的，不同的连接方式，驱动函数也会不同，两者是相对应的。

作者: aosini 时间: 2015-5-20 07:58

xiaochen 发表于 2015-5-19 17:03
那请问如果连接方式和帖子上的完全是一样的，就是直接把程序烧录就去就Ok了吗？还是要再进行编译？比如说 ...

程序需要根据不同单片机稍微改动的，也需要看一下主程序，命令了那些动作。

作者: aosini 时间: 2015-5-21 12:58

xiaochen 发表于 2015-5-20 21:32
好的，谢谢，那请问我可以用上位机软件进行控制光立方吗？我的板和这个帖上的板是完全一样的，上机位软件 ...

目前上位机支持arduino的。这个贴中有较详细的说明http://www.yfrobot.com/forum.php ... =%B9%E2%C1%A2%B7%BD

作者: aosini 时间: 2016-1-14 08:04

Sawada 发表于 2016-1-13 18:35
V1.3资料裡面可以用Arduino打開嗎,是用Arduino主控板控制吧

有的

作者: aosini 时间: 2016-1-15 08:13

Sawada 发表于 2016-1-14 18:15
可是裡面的程序的副檔名都是.c例如LED.C要怎麼用Arduino燒錄

不好意思，搞错了，现在更新为1.4了。4楼的回复中也有相关连接。

作者: aosini 时间: 2016-1-16 08:03

Sawada 发表于 2016-1-15 18:36
沒關係的!很感謝你為了我更新!!!感謝你，你是我專題的救星呀!!,可是裡面是不是沒有讓LED隨著音樂動的程 ...

不好意思，这个还真的没有arduino的，不过资料里面有相关资料，您可以研究一下

作者: mindcontrol 时间: 2016-11-14 12:17

aosini 发表于 2016-1-16 08:03
不好意思，这个还真的没有arduino的，不过资料里面有相关资料，您可以研究一下

你好。按照1楼的方法搭建起来光立方了，也成功运行了。但是对arduino里的代码有些地方不是很清楚，请问有技术支持吗？谢谢

作者: aosini 时间: 2016-11-14 13:04

mindcontrol 发表于 2016-11-14 12:17
你好。按照1楼的方法搭建起来光立方了，也成功运行了。但是对arduino里的代码有些地方不是很清楚，请问有 ...

有的哦，您可以在这里直接提问的。

作者: 浩天、 时间: 2016-12-15 19:59
想问下楼主，图上接了六根线，一个VCC一个GND，SER、RCK、SCK还有一根是接的哪里？arduino uno实现以上动画的源码有吗，我按楼主的修改有有许多错误，麻烦楼主了

作者: aosini 时间: 2016-12-24 08:34

浩天、发表于 2016-12-15 19:59
想问下楼主，图上接了六根线，一个VCC一个GND，SER、RCK、SCK还有一根是接的哪里？arduino uno实现以上动画 ...

“光立方制作手册V1.4”中是有的哦，您下载看一下

作者: sammyckm 时间: 2017-3-30 11:10
學習中, 謝謝分享

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