参考文献
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下载我们的免费GreenPAK设计软件[1]打开。gp文件[2]，并使用GreenPAK开发工具[3]在几分钟内将设计冻结到您自己的定制IC中。
雷竞技电竞平台Dialog Semiconductor提供了一个完整的应用笔记[4]库，包括设计示例以及Dialog IC内的功能和块的解释。
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简介
本应用笔记介绍了如何设计一个简单的3x3x3 LED立方体，并使用GreenPAK™SLG46538V控制它。我们将讨论GreenPAK如何使用其功能在立方体上创建伟大的动画与音乐的节奏。
大型3D LED立方体通常用于视觉娱乐，有时搭配麦克风与音乐或声音互动，可以在音乐会和俱乐部中找到。在本应用笔记中，我们将讨论三种由GreenPAK驱动的动画方案，并解释如何为不同大小的LED立方体创建动画。
构建立方体
网上有很多教程解释如何构建LED立方体，但我们推荐这一个，这是非常清楚和容易遵循。立方体应该有三层和九个独立的列。
一旦您构建了您的多维数据集，我们就可以进行下一步。一些LED立方体教程使用可焊面包板(又名perfboards)作为立方体电路的基础，但这是不必要的。好消息是，这个立方体的电源很容易管理，因为只有27个led需要控制。更大的立方体需要更仔细的设计来控制电源。
示意图
电路总体原理图如图1所示。它使用3个NPN晶体管为三层中的每一层吸收电流到GND。对于这个项目，我们选择了SLG46531V，因为引脚的数量非常符合我们的要求。
使用三个晶体管将每一层连接到GreenPAK是很重要的，因为如果该层中的每个LED都开着，GreenPAK就不能支持最大电流。每一列都连接了470Ω电阻，以限制led的电流。
GreenPAK设计
在为立方体设计动画时，了解GreenPAK的局限性是很重要的:每个GreenPAK IC只能控制一个动画。尽管如此，当一个复杂的立方体(如8x8x8立方体)使用大量集成的greenpak设计时，可以以非常低的成本和良好的性能设计出优秀的动画。
使用GreenPAK设计LED立方体最重要的组件是:异步状态机(ASM)、D触发器(dff)、查找表(lut)和逻辑门、适当数量的引脚和时钟源。ASM的任务是从一种状态转换到另一种状态，这有助于在立方体上显示不同种类的LED组合。
由于ASM输出位的数量有限，应该使用dff和lut来覆盖与立方体的列和层相关的所有引脚。dff可以配置为移位寄存器，这对于动画设计至关重要，因为它允许配置每个ASM状态以直接控制到多维数据集的输出。dff的时钟源可以实现声音同步，因为声音检测传感器将发挥时钟的作用。声音将激发dff将当前位数据转换为新的位数据，从而产生led动画。
为这个应用程序笔记设计了三个动画。动画#1的设计没有声音检测，动画#2和#3的设计与传感器检测到的音乐同步。
动画# 1
本设计的目的是模拟一个简单的立方体动画，一层一层地打开所有的led，在一定的时间后(当CNT0达到极限时)立方体将打开所有的led。这允许用户轻松地测试立方体上的所有led是否连接并正常工作。
动画# 2
对于声音检测电路，我们采用现成的KY-038声音检测模块将一首歌的声音同步到立方体上，这样立方体就可以以多种方式表现出视觉多样性。这是通过首先连接模块的VDD和GND，然后将其数字输出(DO)连接到GreenPAK的18引脚来完成的。每次模块检测到声音，它切换发送到引脚18的信号。本应用中不使用KY-038的模拟输出(AO)。需要对内置电位器进行更广泛的校准，以使该模块能够按需要探测声音。
为立方体设计的第二个动画与音乐同步旋转。图5是该多维数据集的单层表示。除COLUMN_5外，所有列都直接由ASM工具控制。ASM有四个状态(从0到3)，将按照顺序(如表1和图4所示)。
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州
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ASM输出
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列
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状态0 |
OUT3, OUT4 |
Column_4, Column_6 |
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状态1 |
OUT2, OUT5 |
Column_3, Column_7 |
|
状态2 |
着干活,OUT6 |
Column_2, Column_8 |
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状态3 |
OUT0, OUT7 |
Column_1, Column_9 |
图4。ASM状态转换动画#2 |
图5。三维立方体单层表示 |
如你所见，这些列会像轮盘赌一样交替，围绕立方体旋转。层交替由DFF移位寄存器，以及ASM的使能引脚，它允许列的交替。
在dff上，你可以用计数器设置静态时钟时间，但在这个动画中，声音检测传感器被用作时钟源。这将随着音乐的节奏改变数据。这可以被称为“可变时钟源”，因为每一段音乐都有独特的时间和声音，从而产生带有许多过渡组合的随机动画。
注意引脚18，声音检测传感器，是如何连接到dff的每个CK输入引脚的。部分设计(动画的开始部分)是使用CNT5等待15秒，然后设置LATCH0以保存其新值HIGH。在初始阶段，所有三个层都将是LOW(查看LUTs 5、6和7)，这意味着当ASM“旋转轮盘赌”时，所有层将同时工作。
注意:校准传感器模块的电位器很重要。从扬声器到传感器麦克风的距离对于校准灵敏度非常重要。
动画# 3
这个动画比前一个更随机。它设计了更多的lut来控制与不同ASM输出共享的列。再看一下图4，看看这个动画与ASM状态的关系，它与动画#2不同。具有7个状态(从0到6)的ASM将遵循表2和图7中所示的顺序。
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州
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ASM输出
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列
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状态0 |
OUT0 |
Column_1, Column_4, Column_8, Column_9 |
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状态1 |
着干活 |
Column_3, Column_6, Column_7, Column_8 |
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状态2 |
OUT2 |
Column_2, Column_4, Column_5, Column_7 |
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状态3 |
OUT3 |
Column_4, Column_5, Column_6, Column_9 |
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状态4 |
OUT4 |
Column_3, Column_5, Column_6, Column_7, Column_8 |
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国家5 |
OUT5 |
Column_1, Column_2, Column_5, Column_9 |
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国家6 |
OUT6 |
Column_1, Column_2, Column_7 |
在这个动画中，列将与一些不同的随机模式交替，使它比以前的动画更动态。这个动画使用更多的lut作为OR门来创建更多的组合可能性，当动画与音乐一起运行时。OR门从ASM输出接收尽可能多的输入。通过这种方式，可以从不同的输入源控制与列关联的引脚，为执行的每个状态创建不同的图形。对于前面的动画，ASM图(图7)非常简单。它作为一个循环或循环运行，所以一旦它达到最终状态，它将返回到初始状态。
从一开始，3D立方体将开始改变其状态，一旦它检测到来自Pin 18(声音检测传感器)的信号，随着音乐跳舞。在前面的动画中，ASM中的状态将由dff移位位而激发;层的相关引脚也是如此。
额外的信息
我们已经讨论了如何使用GreenPAK芯片创建一些LED立方体动画，但还有另一种方法来设计这些动画。微控制器或微处理器可以用于更复杂的动画。可以使用I2C和ASM工具将GreenPAK 5实现为I/O扩展器，在一般系统架构内设计GreenPAK的目标是减少处理器使用的引脚数量，以实现更大的立方体，如16x16x16 led。
可以很容易地使用GreenPAK作为立方体设计的主控制器，立方体从3x3x3到8x8x8。但是，请记住，LED立方体中LED的数量越多，设计控制方案的挑战性就越大。您可能需要使用多个GreenPAK芯片来控制一个大的立方体。
结论
GreenPAK可以是一个伟大的盟友，当你希望设计一个三维立方体的视觉娱乐。使用多个GreenPAK芯片，您可以创建几乎任何您可以想象的动画。使用声音探测器可以让你的设计与音乐互动，产生神奇的效果。由于GreenPAK的体积小，简单性和高可配置性，您可以创建高质量和非常紧凑的电路来驱动3D立方体，成本低，开发过程快。