计算机协会光立方教学 活动策划书

教学现场：投影上正是这份策划书本身，翻到电路原理图与焊接要点那一页。2015—2016 学年 · 协会照片档案

主办：浙江大学宁波理工学院计算机协会

一、光立方介绍···········································1

二、教学意义·············································1

三、主要元器件介绍········································1

四、材料表···············································4

五、电路原理图···········································5

六、制作方法·············································5

1. 主板的焊接···········································6
2. Led立方灯的焊接······································6
3. 束的接线·············································9
4. 层的接线·············································10 七、活动安排·············································11

八、注意事项·············································12

九、成果展示·············································12

十、经费预算表···········································12

十一、附录···············································13

附录一：分组情况表········································13

附录二：时间安排表·······································15

附录三：参考源程序·······································15

一、光立方介绍

光立方是国庆60周年联欢晚会的一个表演区，以天安门广场国旗旗杆为中心，在它的四边有4028棵光艺的“发光树”。每一棵发光树的LED管通过电脑操作可以变换7种颜色，整个场面给人的观感是立体感强，显示效果震撼。所以许多电子爱好者用其所学，创造了类似效果的各种各样的光立方。

本次计算机协会教学选用的光立方是444基于51单片机的DIY电子设计套件，主要由64个单色蓝光的LED和STC12C5A60S2单片机组成。

二、教学意义

本次教学是让协会内的成员将课本的理论知识应用于实践的一次绝佳机会。不同于课堂时间、地点和教学内容的限制，协会的活动更加开放和自由，对提高同学们的学习热情和兴趣很有帮助。

其次，教学的内容丰富，有对各种元器件的认识，有焊接技术的考验，有单片机内容的初步了解，这为以后单片机这门极其重点的课程的学习打下良好的基础。

三、主要元器件介绍

STC12C5A60S2单片机：STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

原件插图

PCB板：电路板板采用FR-4军工级A料板材，板材的公差以及一些参数的稳定性相当好。PCB板上直接印有元件的参数，在不参考电路图的情况下就可以直接焊接，相当方便。

正面：中央为单片机底座位，四角是电源指示灯与限流电阻。原件插图

背面：每个焊盘都印着网络名，原件称“在不参考电路图的情况下就可以直接焊接”。原件插图

白发蓝LED：短脚为负极，长脚为正级。

原件插图

四、材料表

元件名称	数量
PCB板	1
白发蓝LED	64
40P圆排母	1
5MM七彩LED	4
15MM铜柱	4
DC005转USB供电线	1
DC005座	1
50V470UF电解电容	1
1K电阻	4
40P芯片底座	1
STC12C5A60S2单片机	1
30P 瓷片电容	3
11.0592M晶振	1
单芯导线1米	1

五、电路原理图

原件所附电路图，图上器件编号与背面丝印一一对应。原件插图

六、制作方法

套件做完的样子。原件插图

整个焊接过程时间比较长，需要一定的焊接基础，一定要仔细，特别是led灯焊接时焊接要好，尽量多上焊锡，焊接前每个led灯都用万用表测试下好坏，焊接好一面led灯后也要测试，防止焊接对led灯造成的损坏。

1、主板的焊接 主板焊接比较简单，下图参考。

原件插图

2、Led立方灯的焊接 a.接线下灯座的制作方法：

把40P圆排母斜口钳剪成单针：

原件插图

接下来再用水口钳或者斜口钳把针座旁边的塑料剪去：

原件插图

把弄好的圆孔针焊接到主板上，如下图：

原件插图

b、整形LED ，每个LED都整形如下图：（把单色蓝色灯的短脚弯成90度就行）

原件插图

另外注意：建议整形前先把每个led灯想办法测试一下 好坏，确保焊上去的灯的质量没有问题（万用表蜂鸣器档可以测试，或者自己用面包板焊接一个简单的电路来测试。这样做的目的是：焊接好后，如果发现测试没有达到效果，检查问题时就可以排除LED灯的问题。焊接led灯的时候一定要注意 不要虚焊，耐点心，多上点焊锡。争取一次成功。）

c、整形好后焊接一个固定LED的万用板，方便焊接LED支架。用这样的方法焊接出来的LED阵列就比较整齐美观：（看清楚排针的焊接距离。）

夹具：先在万用板上按间距焊出 16 个排针。原件插图

用一个9*15或者更大的万用板焊接16个排针，然后把整形好的LED夹在排针上面，纵向焊接正极，横向焊接负极。注意排针间距：横向6孔，纵向9孔。

夹上 LED 后横竖焊通，一面即成。原件插图

这样焊接下来正好是16个LED ，也就是1面，等4面都制作好后，便可以组装1个444的光立方了。(注意焊接好一面后也需要测试，防止焊接过程对led造成的损坏)

3、束的接线 B+焊接单色蓝色灯的长脚，R+ 悬空不接。

原件在板面照片上直接画出走线：蓝为 B+，红为 R+。原件插图

4、层的接线

层的编号：左右各四层，与下文 P2.0–P2.7 的分配对应。图上“右侧第二次”为原件笔误。原件插图

P2.0-P2.7为层控制线，光立方分为左右2侧，每侧2列LED负极接在一起为1个层。

用1m的红色导线将每层的控制线接好，具体如下：

• 左侧第4层的共阴极层控制线为P2.0，
• 左侧第3层的共阴极层控制线为P2.1，
• 左侧第2层的共阴极层控制线为P2.2，
• 左侧第1层的共阴极层控制线为P2.3，
• 右侧第4层的共阴极层控制线为P2.4，
• 右侧第3层的共阴极层控制线为P2.5，
• 右侧第2层的共阴极层控制线为P2.6，
• 右侧第1层的共阴极层控制线为P2.7。

八根红线即 P2.0–P2.7，每根对应一层。原件插图

焊接好后，整个光立方就焊接完成了。

七、活动安排

1. 活动分为5组，每组预留信息：姓名、班级、联系号码。
2. 同一班级或相似专业的报在同一组，便于教学指导。
3. 时间安排为四月份的周六、日，地点为通用202，具体安排见附录二。
4. 每组第一名同学为组长，负责联系组内成员按时参加活动。
5. 每组安排一名学长进行指导，听从学长的安排。
6. 每组同学可将光立方带回，编写程序实现不同的显示效果。

八、注意事项

1. 活动期间听从学长安排，注意焊接安全。
2. 在实验室遵守实验室规章制度，不可随意动用实验室的器材。
3. 活动完成进行卫生打扫，尤其是焊接留下的废品，清扫干净。
4. 不可打扰在实验室学习的其他同学，有问题轻声讨论。
5. 活动内容较多，时间有限，注意安排时间，按时完成。
6. 本单片机已将源程序写入，上电后即有显示效果。

九、成果展示

每组成员按时完成光立方的焊接制作，记录下整个过程。利用各自的光立方，在单片机里写入不同的程序实现不同的显示效果。最后现场演示并用视频记录，在微博、公众号等平台展示成果。时间定位5月8日，地点另行通知。

十、经费预算表

项目	单价	数量	总价
光立方套件	29	9	261
海报	25	2	50
宣传单	2	30	60
总计			371

十一、附录

附录一：分组情况表

第一组 负责人：刘宽

序号	姓名	班级
1	陈佳成	机电152
2	卫超越	计算机152
3	沈骁勇	计算机152
4
5

第二组 负责人：王铭轩

序号	姓名	班级
1	王警锋	电信152
2	陈钊	电信152
3	徐玲磊	电信152
4	王仲达	电信152
5

第三组 负责人：庞允建

序号	姓名	班级
1	林君明	电气154
2	杨平军	电气153
3	张豪	电气153
4
5

第四组 负责人：张登科

序号	姓名	班级
1	张哲宇	电气153
2	王启明	电信153
3	徐良	电信153
4
5

第五组 负责人：毛唯丞

序号	姓名	班级
1	朱枭雄	信计152
2	陈旭贞	信计151
3	陈西西	信计151
4	钱冠虹	计算机154
5	吕航磊	信计152

附录二：时间安排表

时间	组号	内容
4月9、10	1、2、3	焊接
4月16、17	4、5	焊接
4月23、24	1-5	程序写入测试

附录三：参考源程序

见附件

附：上一学年那一次的活动总结

光立方教学至少办过两轮。这份总结写的是2015 年 4 月在通用 202 实验室的那一次，收在 2014—2015 学年的档案里；上面那份策划则是次年（2015—2016 学年）的。

为了让计算机协会的成员学到更多的专业知识，并且提供给他们一次从理论走向实践的机会，信息学院计算机协会于 4 月份在通用 202 实验室开展了光立方教学活动。本次活动共有 5 个组 20 多名协会内的成员报名参加，由 5 个学长亲自指导。活动安排在每周六和周日，从基础知识讲解到实物操作，同学们的参与热情高涨，兴趣盎然。

本次计算机协会教学活动选用的光立方是 4*4*4 基于 51 单片机的 DIY 电子设计套件，主要由 64 个单色蓝光的 LED 灯和 STC12C5A60S2 单片机组成。活动正式开始前，每组成员在实验室外集合，然后统一进入实验室。第一阶段是基础知识讲解，同学们认真学习，仔细观察。第二阶段为实物焊接，因为有了上学期 GSM 焊接活动的基础，本次活动焊接过程很顺利，对电烙铁的使用得心应手。第三阶段为程序的编写及下载，同学们的想法很多，最后在 LED 灯上显示的效果也是多姿多彩。

不同于课堂时间、地点和教学内容的限制，协会的活动更加开放和自由，对提高同学们的学习兴趣有很大帮助。其次，教学的内容丰富，有对各种元器件的认识，有焊接技术的考验，有单片机内容的初步了解，这为以后单片机这门极其重点课程的学习打下良好的基础。

“因为有了上学期 GSM 焊接活动的基础，本次活动焊接过程很顺利”——这句把两场活动接上了。上一学期那场是 2014 年 12 月 28 日的 GSM 信号检测电路焊接，协会与无线电协会合办；四个月后同一批人再拿电烙铁，就“得心应手”了。当年的社团工作报告把焊接、装系统、网线、光立方并列为那一学年的四场教学，并说这些活动是“对各负责人的一大考验”。

规模也记下来了：5 个组、20 多人、5 位学长带，排在每周六日——这是协会少见的一次跨周末的连续教学。