如本文題圖所示，CUBE8是一個長、寬、高由8×8×8個LED燈組成的真實3D立方體顯示器。其最大的特點，就是帶給你未來3D技術的科技體驗。光立方并非我的首創(chuàng)，在網上早有光立方的視頻。許多電子愛好者，看過這些視頻之后，都會被其超酷的3D顯示效果所震撼，我就是其中之一，于是我也想仿制一個玩玩。在網上搜索了大量相關資料后，我卻發(fā)現(xiàn)，網上各種版本的光立方的制作方法都很復雜，不僅需要很強的動手能力來組裝512個排列整齊的LED和金屬支架，還需要有足夠的耐心設計一大堆單片機和驅動芯片，最后還要為硬件成品設計顯示程序，好讓光立方動起來。這樣看來，不是高級焊接技師兼資深單片機工程師的“小菜”們，想制作出一個拿得出手的光立方，還不如直接購買我精簡設計的光立方套件。對，我要為電子制作愛好者設計一款只許極少元器件、制作簡單、能讓初學者也可以制作出來的規(guī)范、美觀的光立方套件。當我這么想的時候，我那天馬行空的大腦開始運轉，在想像力的世界里設計著前所未有的光立方。

首先這個光立方必須制作簡單，簡單到整機只有一個芯片。然后要保證制作美觀，將動手能力導致的美觀差異降到最低。在保證以上兩點的情況下，如果還可以讓它的功能強大，且有愛好者自由發(fā)揮的空間，那么我的光立方將會是一個完美的設計——至少我自己這樣認為。

功能方面，它除了要能顯示3D圖形，還需要有多級亮度和速度調整，最好可以有音頻顯示功能，像DIS.MUSIC21音樂顯示器一樣。當然，還要為單片機愛好者設計一個用戶自定義圖形功能，連接普通的單片機就可以顯示出愛好者自己編寫的圖形。這樣，不僅讓光立方的顯示更豐富，而且從中又鍛煉了愛好者的3D編程能力。最后，還要用高質量的設計、材料和生產工藝，讓品質對得起硬件的精簡設計。用炫酷、連貫、有節(jié)奏的圖形效果，讓顯示效果對得起高品位要求的觀眾。這么經典的設計，需要一個簡潔、響亮的名字，立方體的英文單詞是Cube，又因為我要制作8×8×8的3D顯示陣列，所以綜合得名--CUBE8光立方。

黑色鏡面鍍金PCB板和高亮藍光霧面LED燈，如下圖所示。

一、特點介紹

* 8×8×8LED陣列3D光立方體顯示器。
* 獨特的精簡設計方案，電路簡潔，功能強大。
* 黑色鏡面PCB、全鍍金焊盤和LOGO，全面高端品質。
* 高亮藍色霧面LED燈，達到光立方出色的/卓越的/優(yōu)異的/杰出的視覺效果。
* 連貫圖形顯示效果，渾然一體，一氣呵成。
* 混合式觸摸電源和模式按鍵，操作更穩(wěn)定。
* 電源具有常開、常關、光線自動控制方式。
* 顯示模塊有快速、中速、慢速三擋設置。
* 4擋亮度的夜燈模式，可營造你的室內氣氛。
* 2種音頻顯示模式，可隨音頻同步顯示，給你炫酷體驗。
* 具有“精簡I2C”接口，全開放式用戶自定義操控。
* 創(chuàng)新設計的LED陣列制作模板，讓LED陣列制作簡單快速。

二、開始制作

把想像變成現(xiàn)實是一個漫長而艱難的過程，我的團隊耗時3個月才完成了CUBE8的開發(fā)，光設計工作就花了1個月的時間。當然，哪個產品都是費時費力才完成的，所以我沒有必要在文章里大述甘苦。既然我們已經完成了，那就秀一下成果吧。
在開始閱讀和制作之前，請你做好心理準備，因為制作的過程極具創(chuàng)意和啟發(fā)。只要你是一名狂熱的電子愛好者，你的熱情將會被CUBE8光立方的創(chuàng)新設計所激發(fā)。

四、元器件清單

序號	名稱	型號	數量	說明
1	pcb	黑色鏡面鍍金	2片	底板、立板各1片
2	led燈	高亮藍色霧面	512個	扁平長引腳式
3	單片機	12c5a60s2	1片	lqfp48貼片封裝
4	白光led	0805貼片	1個	制作呼吸燈
5	轉接針孔	軍品鍍金	128個
6	3m腳墊		6個
7	雙排排孔	80pin	1條
8	雙排彎針	80pin	1條
9	miniusb接口	貼片式	1個
10	光敏電阻	5506型	1個
11	電容	0.1μf	1個	濾波電容
12	音頻線	3.5mm立體聲	1條	1.5m長
13	miniusb線		1條	miniusb轉usb-a，1.5m長
14	音頻分線器*	一分二	1個	（選配元器件，可根據實際情況選擇或舍去）
15	usb電源*	5v	1個	（選配元器件，可根據實際情況選擇或舍去）

五、制作過程

第1步：焊接單片機
CUBE8采用了精簡設計，所以核心電路部分只有一個單片機和一個濾波電容，我想不會有比這再簡單的電路設計了吧。在制作CUBE8的過程中，首先要完成的就是核心電路部分，它的品質直接關系到整個制作。CUBE8使用的單片機是LQFP48貼片封裝的，體積很小，也為焊接帶來了一定的難度。焊好后，用黑色絕緣膠帶把芯片和電容包好，即美觀又安全。

第2步：焊接排孔
把套件中雙排排孔插入PCB底板的正面，PCB底板的背面焊接引腳。

第3步：焊接LED呼吸燈
這個貼片式呼吸燈也算是CUBE8的一個創(chuàng)新設計了。在PCB上打一個孔，然后把貼片LED塞進去。不破壞PCB正面的整潔效果，又可以照亮孔周圍的PCB，讓它更漂亮。

第4步：焊接光敏電阻和miniUSB接口

第5步：焊接彎排針到立板上
在立板上焊接彎排針是需要一些技巧的。因為我在設計之初就希望立板的正面是不掛錫的，所以必須從背面焊接。但實際制作中發(fā)現(xiàn)，從立板正面焊接也是可以的，對美觀的影響不大。

第6步：焊接轉接針孔
轉接針孔是為了方便LED陣列拆裝而設計的，因為是重要的接插件，我特意定做了鍍金材質的，正好可以和鍍金的PCB相得益彰。將立板和底板共128個轉接針孔插入正面，在背面加錫焊接。

第7步：貼3M腳墊
這里我選用的是3M高粘合度透明腳墊。大家可能感覺腳墊是一個不起眼的東西，可是不好的腳墊容易脫落，有時還會有高低不平的情況。所以腳墊的質量也要對得起整機的高品質。

第8步：將立板插到底板上
貼好了腳墊，就可以組合立板和底板了。將立板的正面朝前，排針、排孔對齊，插到底板上。保證兩板之間不能有縫隙（或縫隙很小），兩板呈90°垂直。

第9步：使用模板制作LED陣列
這是CUBE8最關鍵的組件。我們需要8片8×8的LED陣列，可以按照圖上的樣式來手工制作，但是這樣做出來的LED陣列很不規(guī)范，而且耗費時間。我之前說過，CUBE8一定要是規(guī)范化、簡單易制的，為此我開發(fā)出一款很有創(chuàng)意的模板（至少用過模板的人都說有創(chuàng)意）。使用這個創(chuàng)新模板可以在5～8個小時內快速完成制作，而且完成的LED陣列都是規(guī)范統(tǒng)一的樣子，幾乎不受焊接水平的影響。

第10步：插接LED陣列
縱向把8片LED陣列插入轉接針孔里，插好后適當地調整一下陣列間的距離。

CUBE8主體部分制作完成，如下圖所示。

第11步：制作音頻和USB電源復用線
制作完CUBE8的主體部分之后，我們還需要一條混合功能的USB線。當然，如果你不想使用音頻顯示功能，可以直接用一條普通的miniUSB連接線來給CUBE8供電。如果想使用音頻顯示功能，就要跟著我做了。按照“USB接口擴展音頻功能電路原理圖”上的接線方法，把音頻線和miniUSB線焊接在一起，用絕緣膠帶包好，最后用熱縮管密封。

USB接口擴展音頻功能電路原理圖如下圖所示。

備注：音頻接口與用戶自定義接口不能同時連接。

第12步：插好接口
把miniUSB接口接在CUBE8上，USB-A接口插在USB電源適配器或電腦的USB接口上，使用音頻分線器將音頻線與音響的音頻輸入線并聯(lián)。到此為止，僅12步就完成了CUBE8的所有制作。接通電源，白色LED燈開始呼吸，輕觸呼吸燈下方的電源鍵，CUBE8閃亮登場。

呼吸燈效果如下圖所示。

六、使用簡介
非常好，CUBE8在運行，一個真實的3D魔方。我們可以通過2個觸摸按鍵來操作CUBE8，使用方法非常簡單。
開機：
在待機狀態(tài)下（呼吸燈狀態(tài)下）按下電源鍵（左側），就可以開機了。需要注意的是，CUBE8采用了混合式觸摸按鍵技術，即電平式觸摸和電容式觸摸，同時檢測觸摸操作。這樣做既解決了電平式觸摸抗干擾能力差的問題，又解決了電容式觸摸沒有碰到就動作的問題。所以，CUBE8的混合式觸摸按鍵需要用一點力按下去才會動作，有一點像電阻式觸摸屏的感覺。

電源鍵、菜單鍵、3號鍵的操作方法

功能選擇：
按電源鍵開機，系統(tǒng)會先進行簡易的三軸壞點掃描，然后就會彈出菜單。菜單有1（慢速圖形）、2（中速圖形）、3（快速圖形）、A（音頻顯示）、N（夜燈模式）、U（用戶自定義模式）共6個項目。通過按菜單鍵循環(huán)切換，調到欲進入的菜單項時，等待2秒鐘就可以進入了。在圖形顯示、音頻顯示、夜燈模式和用戶自定義模式中按菜單鍵，都可以跳回到菜單選擇界面。需要注意的是，在CUBE8沒有連接用戶自定義功能板的時候，U的菜單項是隱藏的。
菜單顯示效果如下圖所示。

圖形顯示模式：
系統(tǒng)自帶的圖形顯示模式有慢、中、快三種速度，分別對應1、2、3這三個菜單項。慢速顯示可以配合一些輕音樂，中速可以配合流行音樂，快速可以配合搖滾樂等。選擇正確的速度、配合正確的背景音樂，可以達到非常炫酷的顯示效果。如果你只是想把CUBE8當作家居的擺設來配合“靜音”，那我建議你用慢速顯示就可以了。我實驗過，效果不錯。
CUBE8系統(tǒng)自帶的圖形可不一般哦，因為長達數分鐘的圖形都是連續(xù)不間斷的。如果把之前網上已有的光立方顯示效果比成一張張切換的圖片的話，那CUBE8的圖形效果就是一部電影（至少是一部小成本DV電影）。圖片是突然切換的，兩張之間沒有任何聯(lián)系——剛剛還是一個球，突然就變成方塊了。CUBE8的圖形帶給你的是一氣呵成的效果，每兩個效果之間是有巧妙的轉場的，使顯示的節(jié)奏連貫。另外，CUBE8的顯示還是由點到線、由線到面、由簡單到復雜的推進過程。好像電影一樣，有前奏、有高潮、有尾聲。

圖形顯示效果

音頻顯示模式：
如果你想讓CUBE8更直接地配合音樂，那么音頻顯示模式將是你的不二選擇。接好音頻輸入線，進入到菜單A項，LED陣列的最下邊的一面常亮，這是基準顯示。當音樂響起，LED陣列就會以波形的方式顯示音頻。這時可以按3號鍵來切換到柱形顯示方式。所謂的3號鍵，就是先按住菜單鍵不放，再去按電源鍵。按3號鍵可以在波形和柱形顯示方式之間切換。CUBE8的音頻顯示中同樣使用了DIS.MUSIC3音樂顯示器程序中所使用的自動增益控制功能，不用擔心音量過小而使音柱不能到頂，也不用擔心音量過大而使音柱一直在頂端不下來。CUBE8會監(jiān)測音量變化，自動呈現(xiàn)出色的/卓越的/優(yōu)異的/杰出的顯示效果。
夜燈模式：
進入到菜單N項即是夜燈模式，夜燈模式就是512個LED燈全亮，在夜間營造一種浪漫的氣氛，給你的房間帶來一份溫馨。可以通過按3號鍵切換4擋的夜燈亮度。
用戶自定義模式：
在連接好用戶自定義板的前提下，進入到菜單U項，就可以發(fā)揮你的天才想象力，編寫屬于你自己的圖形了。在本文的最后，我將重點介紹這一功能。
光控模式：
在待機狀態(tài)下按下菜單鍵（右側），LED陣列上會流動顯示“AUTO”字樣，就進入了光控模式。光控模式的作用是在環(huán)境光線較暗的時候，CUBE8自動進入待機狀態(tài)，而不會打擾你夜間休息。當環(huán)境光線較強時，CUBE8自動開機。光控模式采用了雙臨界值采樣，開機和關機是2個采樣值，所以不會出現(xiàn)在環(huán)境光不強不暗（處在臨界值）時，CUBE8反復開關機的情況。在音頻顯示、夜燈模式下，光控是失效的，切換回圖形菜單后，光控繼續(xù)有效。想退出光控模式只要在任何情況下按下電源鍵就行了。
壞點測試模式：
壞點測試模式是專門為電子愛好者開發(fā)的一個模式，當您制作好套件之后，如何測試每一個LED燈是否有短路、斷路的情況呢？答案是，在待機狀態(tài)下，長按電源鍵8秒鐘，進入到壞點測試模式。進入到此模式后，電源鍵無效，然后按菜單鍵逐幀地測試LED燈，在測試一遍后會自動退出，回到待機狀態(tài)。
關機：
在圖形顯示、音頻顯示、夜燈模式、用戶自定義模式狀態(tài)下，都可以按下電源鍵來關機。LED陣列上顯示“OFF”字樣，然后進入待機狀態(tài)。需要注意的是，為了防止誤操作，在菜單切換界面、開機簡易三軸壞點掃描和壞點測試模式下，按電源鍵是無效的。
屬于你的自定義圖形
CUBE8光立方實在是太酷了，雖然我不應該自賣自夸，可是我實在是忍不住要贊美它呀。把它擺在客廳里，僅用系統(tǒng)自帶的圖形顯示，就能給你的家居增添幾分科技氣息，但是CUBE8的功能并不只限于此。在設計之初，我就決定要專門為電子愛好者設計一個開放式的平臺，讓CUBE8不只是一個擺設，還是一個學習編程和3D圖形設計思維的工具。于是我設計了一個用戶自定義功能，這是一個全開放式的自定義模式，在這里你可以任意操控每一個點，設計出任何你想要的圖形效果。另外，你還可以操控LED的亮度、動畫速度、全局顯示和反亮顯示，甚至還可以設置CUBE8內部的菜單值，任意切換到系統(tǒng)自帶圖形上。
設置CUBE8內部菜單值是一個很實用的設計。比如，你想把CUBE8送給你的女朋友，于是編寫了一個“小雪，我愛你”的圖形效果。你這樣做一定會讓她很開心，可是接下來就麻煩了，如果同樣的圖形重復顯示N次，她的頭頂將會出現(xiàn)黑色的3條豎線?？墒悄阌植豢赡芟裎覀冮_發(fā)人員一樣，花1個月的時間來設計更多的圖形。就在這個緊要關頭，CUBE8內部菜單值設置將救你于水火之中。你可以在顯示完你的浪漫圖形之后，直接用內部菜單值設置跳轉到系統(tǒng)自帶的圖形當中，在系統(tǒng)圖形完成一個循環(huán)之后，再跳回來顯示你的浪漫圖形。這樣不僅讓她感覺新奇不斷，還可能讓她誤以為所有圖形和硬件都是你為她制作的呢。
CUBE8除了可以滿足你的送禮需要，還可以鍛煉你的編程思維。這都依賴于CUBE8的兩個獨特優(yōu)勢：圖形數據表加巧妙算法的動畫編程、3D立體化圖形的設計?？赡艽蠹抑岸纪孢^LCD1602、LCD12864和LED點陣屏，通過它們學懂了2D平面圖形的設計、生成和編程，這一過程會讓你受到啟發(fā)，熟悉了一種新的編程思維。而同樣的啟發(fā)也會在CUBE8中得到，把你的2D思維提升到3D的思維方式。3D圖形的編程也是很巧妙的事情，并不是把8個2D的圖形疊加起來這么簡單。設計3D圖形，需要有新的思維方式，發(fā)現(xiàn)三維空間中點、線、面、體的算法規(guī)律，在程序中運用循環(huán)、判斷語句、參數邏輯運算等方法，用最少的語句達到出色的/卓越的/優(yōu)異的/杰出的的顯示效果。我已經開始錄制一套視頻，專門介紹CUBE8用戶自定義圖形的編程方法，借此讓CUBE8變成學習的平臺。
CUBE8光立方，標準化、套件化、簡單易制的LED陣列3D顯示器，技術和設計的創(chuàng)新讓大家改變了對光立方那復雜硬件和程序的印象。原來制作如此簡單，原來自定義如此有趣。CUBE8光立方是一個炫酷的科技作品，也是提升編程思維的學習平臺，為電子愛好者提供了一個新的開始。重裝上陣，一起享受創(chuàng)新制作帶給我們的至樂之道吧！