一种新型音乐光立方的设计

　　摘 要：随着现代生活水平的提高，一款新型音乐光立方的设计映入眼帘：基于互联网—手机—蓝牙通信的音乐光立方，通过对该光立 方的设计制作，使大众群体可以简单便捷地控制光立方并可以观赏到绚丽的 3D 灯光效果。光立方在灯效设计基础上，将其通过蓝牙与 手机互联网设备相联通，并增加了音乐播放功能，使设计更有观赏价值和实际应用意义。

　　关键词：光立方;互联网;手机;蓝牙通信

　　随着社会的发展，越来越多的人了解光立方，也激发了很多 电子制作爱好者的兴趣。 炫酷的 3D 灯光效果与便捷的单片机控 制使其越来越受人们的关注。 设计光立方包括了电子线路、单片 机、PCB 设计与制作等多个学科知识，在设计过程中，不仅能锻 炼个人的实际动手操作能力，还能将知识学以致用，培养团队协 作能力。 该设计以 STC89C52 单片机作为核心，结合蓝牙技术和 灯光音频效果， 以实现互联网—手机—蓝牙通信于一体的音乐 光立方设计，具有良好的市场应用前景[1]。

　　1 总体方案设计

　　该设计为了保证功能的正常运行和方便调试， 整个光立方 采用模块化设计。 以 STC89C52 单片机为基础，实现了对 14 层的 LED 灯组(合计 234 个 LED 灯)的控制。以矩阵为表现形式，通过 程序的控制，实现 LED 灯受控闪烁，并且在其中嵌入无线蓝牙模 块，以实现手机为载体，从网上在线播放音乐，再通过该模块实 现与光立方的连接，使音乐的音频、音强反映在 LED 灯闪烁效果 上[2]。

　　2 硬件电路设计

　　光立方硬件电路主要包括复位电路、晶振电路、三极管驱动电路等模块。

　　2.1 复位电路

　　复位电路可以把电路恢复到初始状态[3]，常用的有上电复位、 手动按键复位、看门狗复位 3 种方法。 该设计 3D 光立方采用的 上电复位方式。 上电复位指上电压从零逐步升高，在 RESET 处会处在高电平，过一段时间后，因为该点的电阻接地，RESET 在这点的电平会逐渐的降低至低电平， 从而控制单片机复位口的电平从 1 变 为 0，完成单片机复位的过程。

　　2.2 晶振电路

　　晶振可以为单片机提供稳定的时钟源。 晶振可看作是一个 二端口网络，这个网络会有两个谐振点，区分串联谐振还是并联 谐振。 52 系列单片机的 OSC-IN 和 OSC-OUT 接口是外接一个晶 振然后给单片机提供时序用的， 通常而言此处的晶振选取 8M。

　　2.3 三极管驱动电路

　　驱动电路由三极管的基极串联一个 5kΩ 的限流电阻依次连 接到单片机的 P0.0-P0.7 端口， 发射极与光立方显示模块相应的 列控制端相连[4]。 在接收到程序信号后，单片机执行程序，使得 I/ O 端口置于高电平，再让三极管导通，使对应的 LED 灯点亮，从 而实现各种绚丽的灯光效果。

　　2.4 原理图

　　在确定元器件和基本电路后， 在 Protel DXP 中创建 PCB 项 目，绘制出所需的元器件和原理图[5]，使用网络标签或者导线连 接线路。 通过软件算法，检查原理图的电气错误，并加以修正。

　　3 软件设计

　　光立方采用的是动态显示方式， 考虑到人眼视觉会出现视 觉暂留特性的问题， 设置以每秒钟的时间里显示 20 帧甚至 30 帧以上的图形画面， 从而达到在肉眼看来是连续画面的视觉效 果。该设计的光立方是采用单片机来达到控制的效果[6]，利用单片机来控制 LED 灯的点亮与熄灭以及显示顺序， 采用延时控制 来改变 LED 点亮与熄灭的时间，最终显示多种多样的图案。

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　　4 结束语

　　3D 光立方作为一种灵活多变的设计方向， 辅之以炫酷而又 绚丽的灯光效果，吸引着人们对其进行开发研究。 基于互联网— 手机—蓝牙通信特点的音乐光立方正是在此基础上， 通过对蓝 牙、手机、互联网等要素进行有机地结合，从而达到功能强大、控 制灵活的特点。 除此之外，光立方技术日新月异，人们的通信手 段不断增强，单片机也在不断发展，如何将光立方朝着精细化、 系统化、现代化发展仍是科技设计者必须面对的问题，想让光立 方更好地进入市场，还需要紧跟时代的步伐，不断前进。

　　参考文献：

　　[1] 林金阳，陈知新，张国成，等.基于 LED 光立方的音频谱显示 [J].福建工程学院学报，2016，14(1)：67-70.

　　[2] 董诚浩，朱尧富.基于 STC 单片机的 LED 光立方系统[J].电子世界，2015(20)：192-193.

　　[3] 杨永刚.3D 光立方的设计与制作[J].电子世界，2014(6)：129.

　　[4] 李振国，高敏.基于单片机的光立方设计与制作[J].计算机产品与流通，2018(2)：270

　　作者：李开平 ， 刘忠富 ， 郑 治 ， 顾 强 ， 张汉奇

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