“梦幻磁悬浮”全貌

一、作品背景及特色介绍：

现在市场上点阵LED屏幕琳琅满目，在各种市场、银行、车站等服务场所都能看到。其显示醒目并能即时更新显示内容，得到广泛好评。但此类点阵都是平面的，无法真正显示立体图形。我们制作的“梦幻磁悬浮”，是由8×8×8LED光立方和磁悬浮控制系统两部分组成。其显示的内容为各种立体造型和图案，显示效果酷炫美观;在梦幻的显示图案中，另有一立方体悬浮在空中，平添了产品的高科技神秘感，极大地吸引了大众的眼球。与同类光立方产品相比，本产品的磁悬浮功能独具匠心，独具特色，市面上尚未发现有此同类功能产品。本产品作为美化家居、商务环境的工艺品，具有广阔的市场前景。

二、结构及使用说明：

从结构上看，我们的“梦幻磁悬浮”可分为两部分，第一部分为磁悬浮控制系统，它由一个悬浮的浮子，和一块控制板组成，其主要功能一是增加产品的神秘感，二是控制整个LED光立方启动与关闭;第二部分为8×8×8的3D LED点阵显示，显示各种梦幻造型和图案。整个系统是现代科技融入生活的一个具体表现。

使用时，只需将磁悬浮浮子靠近磁悬浮控制开关，则浮子将悬停在空中，并可360度自由转动，同时启动3D光立方显示各种梦幻图案;若将浮子取走，则光立方将自动停止显示。其工作时，无需与PC连接通信;若需修改造型与图案时，则可连接PC，将相关图案数据下载到单片机，即可脱开PC显示新的造型与图案了。

磁悬浮浮子悬停在空中

平台选型说明

本系统选用STC15F2K61S2芯片为控制核心，原因主要有：

1、STC15F2K61S2具有很快的处理速度(1T STC-Y5 内核，比传统51快6-12倍，内部RAM达2.25KB)和较大的存储容量，所以很适合本产品程序所需要的快速运算和大的数据存储量;

2、STC系列单片机用ISP下载程序，简单方便;

3、本产品应用该单片机与嵌入式系统相比较，单片机具有较高的性价比，且已满足本项目的需求;

4、该单片机属于51系列，项目组成员相对熟悉，且网上具有大量的可参考资料，上手快。

设计说明：

一、总体框架

其结构组成分为：

1、上侧为由512个LED灯组成的X、Y、Z坐标轴控制的3D显示器，

2、左侧为磁悬浮控制系统，

3、底盘为LED固定板和IC集成PCB底盘。

二、硬件原理：

(一)磁悬浮控制系统部分

该部分电路如图1所示，以3503作为感应器，两级LM4558分别做比较和放大作用，TIP41C作驱动的。该电路具有电路稳定可靠、易于调试、结构简单、易批量化生产等优点。

磁铁并不是在一个点而是在一个平面上找到平衡点，本项目组通过缩小线圈内径并加铁心，使磁悬浮浮子易于平衡。

(二)3D光立方显示部分

1、设计思路

将光立方的512个LED分成8层，每层64个，“光立方”是由8层这样布局的LED组成，每层位置排列全部一致，一层的LED排列如图2所示。

图2中D0，D1，D2，D3…D62，D63分别为64个LED阵列实际排序方式,也就是光立方的俯视图，下图3分别是其数据信63。

各层同一位置LED的负极连接都一起，例如第一层的D0和第二、三、四…等层的D0的负极都连接一起，然后再把它们接到上面，其他的类同。

每层LED的所有正极全部接到一起，然后连接138的行扫描驱动电路，通过138译码确定使能哪一层，然后由373确定某一个点的亮灭。

2、控制芯片选取

本项目选用单片机STC15F2K61S2，运算速度比89C52快很多，快速的运算速度十分适合本项目显示效果的需要。

3、电源电路

根据计算并实测，选用输出+12V，输出电流600mA的外配电源，其价格便宜，性能可靠并省却这部分的制作工作量。

4、仿真显示

图4为3D光立方显示器的仿真图，也是实物的驱动电路原理图，我们先通过仿真得到想要的3D效果，再用C语言编写相应的函数组，通过仿真模拟现实，具有效率高的优点。

P1为地址口以及控制口，P2为数据口。先由P1口对74ls138发送地址信号，确定是哪个面哪一列，然后P2送去数据经2个锁存器74LS373锁存(第一个锁存器负责1、3、5、7面的数据，第二个锁存器负责2、4、6、8面的数据)，确定点亮哪个面上的哪个LED亮。这种方式的优点是能提到LED亮度并减少I/O口的使用。

5、电路原理图

6、PCB图

7、软件设计

程序方面我们采用了c语言编写，下面为程序结构介绍：

⑴ 初始化部分：

主要是设置对应的中断，定时工作方式等。

⑵ 显示部分：

A.每个面的显示原理是和8×8点阵是完全一样的，保证这段程序正确的，可以直接调用

B.查表的方式是自0起递增的，每次加1，每个画面查表64次，查表的上限为65536/64。

⑶ 中断部分：

为了达到动画效果切换时间可准确调节性，画面的切换用中断方式。把时间通过一个变量来表示，这样每次只需修改一个变量，就可以设置动画的速度了。每次发送中断后，查表的变量就加64(i=i+64)，然后返回显示程序继续显示，中断程序只做变量的计算，改变的是查表的地址。

⑷ 循环：

A.程序循环，循环的条件是i变量不满足动画显示的上限值。比如你做了八个画面，那么i的的值不等于8×64时，就继续显示，满足就清零从新开始。

B.显示循环

这个比较重要，主题的显示程序，应该是一个死循环，一直在显示一个画面，只有中断产生的时候，改变了查表的变量，才切换一次动画。不管是查表的变量还是Z轴，Y轴的控制变量，都要进行初始化，直到中断的产生才改变查表的变量数值。

作品特色：

1、独创的磁悬浮控制开关，由能悬空驻停的磁悬浮浮子控制3D光立方的启动与关闭，增加了本产品的高科技神秘感，尚未发现有同类产品;

2、8×8×8LED阵列3D光立方体显示器，能立体显示各种造型与图案;

3、用仿真软件仿真，有效提高了制作的效率;

4、采用本方案的电路设计能节省I/O口;

5、创新设计的LED阵列制作模板，让LED阵列制作简单快速。