你是否对绚丽多彩、变化万千的光立方动画充满好奇？想知道这些令人惊叹的视觉效果背后隐藏着怎样的奥秘？今天，就让我们一同深入光立方的世界，揭开它神秘的面纱。之前在网上看了一些光立方的演示视频，被它那些立体感吸引了。想到自己学单片机也这么久了，于是乎就想做一个玩玩，同时可以复习一学期以来自己的编程能力和动手的能力，一举两得是一件很不错的事情。向朋友要了一些资料，就开工了。
光立方顾名思义就是一个立方体，采用的是8*8*8的模式，主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显示模块；
一、光立方的魅力之源：随心掌控灯珠
光立方之所以吸引众多爱好者，关键在于它给予我们极大的创作自由。我们可以按照自己的想象，随心所欲地控制每一个灯珠，将脑海中构思的精美动画精准呈现。无论是简单的几何图案，还是复杂的动态场景，只要我们敢想，光立方都有机会将其变为现实。
二、光立方的核心原理：点亮点阵的智慧
（一）点阵点亮基础
先来看一张 LED 点阵图，这是理解光立方原理的关键。如果想要点亮任意位置的 LED，其实方法很简单，只需将该位置 LED 所使用的列线接地，行线接上 +V 即可。这就像是开启一盏灯的开关，通过控制电流的路径，让特定的 LED 发光。
（二）与数码管的关联
学过单片机的朋友肯定对数码管不陌生。数码管通过位选和段选，并借助扫描的方式来正常工作，从而显示出我们需要的数字。点阵和数码管有着相似之处，就拿 8*8 的点阵来说，要想让它自由地显示各种图案，也需要采用动态扫描技术。因为如果不这样做，就无法对众多的灯珠进行精准控制。
（三）动态扫描的奥秘
那么什么是动态扫描呢？简单来讲，就是每次只能让一行或者一竖排的灯亮起来，这样 8 次为一个完整的周期。每次从左至右依次点亮一排灯，当这个过程快速循环时，由于人眼的视觉暂留特性，我们看到的就不再是一个个单独闪烁的灯排，而是一幅完整的图像。这就好比我们快速翻动一本有连续图案的书，原本静止的画面就会动起来一样神奇。
三、光立方的分层架构：立体与平面的结合
光立方一共有 8 层。在连接方面，有着独特的规律。纵向一束的正极性引脚要连接在一起，而横向一层的负极性引脚也要汇聚一处。从扫描的角度出发，每一次只能点亮其中的一层。光立方的每一层都像是一个 8*8 的平面点阵，虽然有 64 个灯，但我们会使用 64 根线分别与这些灯相连，这样就能一次性对这 64 个灯进行全面的控制。我们把整个立体画面从下往上划分成 8 层，每次扫描一层，当 8 层依次扫描完成，一幅完整的光立方画面就呈现在我们眼前。不过，由于单片机的引脚数量通常比较有限，为了实现对更多灯珠的控制，我们往往会采用 74hc595 芯片来进行拓展（关于 74hc595 芯片的详细原理，可以参考其专门的用户手册）。这里有一张使用 74hc595 芯片拓展的电路图（这张图是模块原理图的截图，接线部分可能不是特别清晰，大家可以进一步参考完整的原理图）。在这个电路图中，数据会以串行的方式传输到每一个 74hc595 芯片里，然后在芯片内部的控制器中存储起来，最终实现一层 64 个灯同时点亮的效果。
四、光立方画面显示的硬件流程：有序的点亮与熄灭
下面详细介绍一下光立方显示一个固定画面时，硬件是如何运作的：
首先，将第一层 64 个点的数据传输到 8 个 74hc595 芯片中，接着控制 uln2803 层控制芯片打开第一层的开关，此时第一层的灯被点亮，而其他层的灯则处于熄灭状态。然后等待一段时间 t。这个等待时间是非常关键的，它会影响到画面的稳定性和流畅性。之后熄灭第一层的灯，开始向 74hc595 芯片传输第二层的数据，数据传输完成后进行锁存操作，再开启第二层的总控制开关，点亮第二层。同样等待时间 t。…… 如此循环往复，直到熄灭第一层后，将第八层的数据传入所有 74hc595 芯片中，锁存并开启第八层总开关，点亮第八层。然后又回到第一步，持续循环。正是因为人眼具有视觉暂留的特性，只要这个刷新过程足够快，我们看到的光立方就像是整体都在持续发光，从而实现了我们想要的精美动画效果。为了确保画面的亮度均匀稳定，上述间隔点亮的时间 t 必须严格保持一致，否则就容易出现亮度不均的瑕疵，影响整体视觉效果。
五、光立方硬件的优化与保护：二极管的重要作用
在实际使用光立方的电路时，还有一个小技巧可以提升整体性能和稳定性。那就是给 74hc595 输出的 64 个引脚分别加上一个二极管。别小看这个二极管，它能起到多方面的作用。一方面，它可以有效地保护二极管本身，防止电流过大或者反向电流等异常情况对二极管造成损坏；另一方面，它还能对整体功耗进行一定的限制，避免电路因为功耗过高而出现过热等问题；此外，通过合理选择二极管的参数，还能在一定程度上调节光立方的亮度，让我们可以根据实际需求来调整光立方的显示效果。
六、光立方的色彩升级：从单色到全彩的跨越
前面我们主要介绍了传统单色光立方的原理和相关知识。随着技术的不断发展，光立方也迎来了色彩的升级，出现了双彩色和 RGB 全彩光立方。其画面成像的基本原理和单色光立方是相似的，主要的创新点在于配色方面，也就是所谓的混色技术。例如，当红色和蓝色的灯同时点亮时，就会神奇地出现紫色。通过软件的精确控制，让多种颜色的灯在不同或者相同的时间点亮，就能创造出无数丰富多彩、绚丽夺目的图案。
在硬件部分，由于彩色光立方需要控制更多的颜色和灯珠，考虑到单片机的 IO 口限制，我们将原来单色光立方中使用的 2803 层驱动芯片换成了 74Hc573。通过巧妙地控制 74Hc573 的使能控制端口，就能够轻松地切换相应颜色的 LED 灯选择。下面以 RGB 光立方为例详细说明其工作原理。RGB 灯包含红绿蓝三种基本颜色，我们需要使用 3 个 74hc573 芯片来分别控制其中一种颜色。当我们需要显示某一种特定颜色时，只需要控制相应的 74hc573 芯片使能打开即可；而当我们想要实现混色效果时，比如想要显示黄色（由红色和绿色混合而成），那就同时打开控制红色和绿色 Led 灯对应的 74hc573 芯片就可以了。
器件清单：
原理图：
以下是视频演示：
