LED Cube 4x4x4: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Increïble pantalla LED tridimensional. 64 LED componen aquest cub de 4 per 4 per 4, controlat per un microcontrolador Atmel Atmega16. Cada LED es pot adreçar de manera individual mitjançant programari, cosa que li permet mostrar animacions en 3D sorprenents. El cub LED de 8x8x8 ja està disponible, segons la demanda popular:

Pas 1: el que necessiteu

Primer de tot, necessiteu força temps per soldar junts 64 leds;) Llista de coneixements:

• Coneixements bàsics en electrònica i soldadura
• Saber programar un microcontrolador AVR: no ho tractaré en aquest document instructiu.

Llista de components:

• Protoboard. El tipus amb cercles de coure.
• Microcontrolador Atmel AVR Atmega16
• Programador per programar l'Atmega16
• 64 leds
• 2 leds d'estat. Jo feia servir vermell i verd. (opcional)
• Xip Max232 RS-232, o equivalent.
• 16 resistències per leds. (100-400ohms) hi tornarà.
• 2x resistència de 470 ohm. per a leds d'estat
• 1x resistència 10k
• 4x resistència 2.2k
• 4x transistor NPN BC338 (o un altre transistor capaç de commutar 250 mAh)
• 1x condensador 10uF
• 1x condensador 1000uF
• Condensador ceràmic 6x 0,1uF
• Condensador ceràmic de 2x 22pF
• 1x cristall 14.7456 MHz
• 2x botó tàctil
• commutador pwr opcional
• connector per a alimentació de 12v
• connector opcional per a alimentació de 5v

Pas 2: multiplexació

Com controlar 64 LED sense utilitzar 64 cables individuals? Multiplexació

Córrer un cable cap a l’ànode de cada led seria, òbviament, poc pràctic i quedaria molt malament. Una manera d’evitar-ho és dividir el cub en 4 capes de LED de 16x16. Tots els LED alineats en una columna vertical comparteixen un ànode comú (+). Tots els LED d’una capa horitzontal comparteixen un càtode comú (-). Ara, si vull il·luminar el LED a la cantonada superior esquerra de la part posterior (0, 0, 3), només he de subministrar GND (-) a la capa superior i VCC (+) a la columna de l’angle esquerre. Si només vull encendre un led a la vegada, o només il·luminar més d'una capa al mateix temps … funciona bé. Tot i això, si també vull il·luminar la part inferior dreta de la part davantera (3, 3, 0), tinc problemes. Quan subministro GND a la capa inferior i VCC a la columna frontal esquerra, també il·lumino el led superior dret a la part davantera (3, 3, 3) i el LED inferior esquerre a la part posterior (0, 0, 0). És impossible solucionar aquest efecte fantasma sense afegir 64 cables individuals. La forma de treballar-hi és només il·luminar una capa a la vegada, però feu-ho tan ràpidament que l’ull no reconegui que només s’il·lumina una capa en qualsevol moment. Això es basa en un fenomen anomenat Persistència de la visió. Cada capa és una imatge 4x4 (16). Si flaixegem 4 16 imatges de led d'una en una, molt ràpid, obtindrem una imatge 3d de 4x4x4.

Pas 3: elaboració del cub, plantilla

Les quadrícules de soldadura de 4x4 LED a mà alçada semblarien terribles! Per obtenir 4 quadrícules 4x4 perfectes de LEDs, fem servir una plantilla per mantenir-les al seu lloc. Volia fer el cub el més fàcil possible de fer, així que vaig optar per utilitzar els LED posseir les cames tant com sigui possible. La distància entre les línies de la quadrícula es va decidir per la longitud de les potes LED. Vaig trobar que 25 mm (aproximadament una polzada) era la distància òptima entre cada led (entre el centre de cada led que és!) Per permetre la soldadura sense afegir ni tallar filferro.

• Cerqueu un tros de fusta prou gran per fer una quadrícula 4x4 de 2, 5cm.
• Dibuixeu una quadrícula de línies 4x4.
• Feu bolcades a totes les interseccions amb un punxó central.
• Cerqueu una broca que faci forats prou petits perquè el led es mantingui fermament al seu lloc i prou gran perquè el led es pugui treure fàcilment (sense doblegar els cables..).
• Practicar els 16 forats.
• La vostra plantilla de ledcube s'ha acabat.

Pas 4: fer el cub, soldar les capes

Fem el cub en 4 capes de leds 4x4 i després els soldem junts. Creeu una capa:

• Introduïu els LED al llarg de la part posterior i al costat i soldeu-los junts
• Inseriu una altra fila de LEDs i soldeu-los junts. Feu una fila a la vegada per deixar lloc al soldador.
• Repetiu el pas anterior 2 vegades més.
• afegiu claus transversals a la part frontal on no hi ha connexions entre les files LED.
• Repetiu 4 vegades.

Pas 5: fer el cub, connectar les capes

Ara que tenim aquestes 4 capes, tot el que hem de fer és soldar-les juntes.

Torneu a posar una capa a la plantilla. Aquesta serà la capa superior, així que trieu la més maca:) Col·loqueu una altra capa a la part superior i alineeu una de les cantonades exactament a 25 mm (o la distància que hàgiu fet servir a la quadrícula) per sobre de la primera capa. Aquesta és la distància entre els cables del càtode. Mantingueu la cantonada al seu lloc amb una mà amable i soldeu l’ànode de la cantonada de la primera capa amb l’ànode de la cantonada de la segona capa. Feu això per tots els racons. Comproveu si les capes estan perfectament alineades en totes les dimensions. Si no, doblegueu-vos una mica per ajustar-los. O torneu a soldar la distància d’altura desactivada. Quan estiguin perfectament alineats, soldeu els 12 ànodes restants junts. Repetiu 3 vegades.

Pas 6: triar els valors de la resistència

Hi ha dues coses a tenir en compte a l’hora de triar un valor de resistència per als leds.

1) Els LED 2) L'AVR L'AVR té una potència màxima combinada de 200 mA. Això ens proporciona 12 mA per treballar per LED. Tampoc no voleu superar el corrent màxim amb què es classifiquen els vostres leds. Vaig utilitzar resistències de 220 ohmis al meu cub. Això em va donar uns 12 mA per led.

Pas 7: el controlador

Els circuits que controlen el cub led es descriuen a la imatge esquemàtica adjunta.

La interfície RS-232 és opcional. i es pot ometre. Això és IC2 i tots els components que hi estan connectats. Els futurs firmware permetran la comunicació amb el PC. Comenceu establint tots els components de la vostra placa de circuit en un disseny que permeti connectar tots els components amb una quantitat mínima de cables. Si tot encaixa, soldeu el circuit. No donaré més instruccions sobre això, ja que el circuit probablement tindrà un aspecte molt diferent de cub a cub, en funció de la mida de la placa de circuit, etc. La informació sobre com connectar el cub al circuit del controlador es troba a la següent pas.

Pas 8: connecteu el cub

Les imatges ho expliquen millor que les paraules. Consulteu les imatges.

Pas 9: Compileu i programa

Ara teniu un cub led. Per fer-ne ús, necessita algun programari. He creat un controlador per representar un espai de dades en 3D al cub i funcions per mostrar alguns efectes visuals interessants al cub. Podeu utilitzar el meu codi, escriure el vostre propi o construir el meu codi i fer més efectes. Si feu els vostres propis efectes, envieu-me el codi. Tinc moltes ganes de veure què feu vosaltres! Per compilar el programa. Simplement obriu un promt d’ordres, introduïu el directori amb el tipus de codi font "make" a la línia d’ordres. Si voleu utilitzar un ATMega32 en lloc de l’ATMega16, només cal canviar el paràmetre mcu al Makefile i tornar a compilar (escriviu make). Si feu servir el m32 i no feu aquest pas, el cub no arrencarà correctament (els llums vermells i verds continuaran parpellejant per sempre). Ara hauríeu de tenir un fitxer anomenat main.hex al directori d'origen. us mostrarà com obtenir aquest codi al vostre cub.

Pas 10: programa el microcontrolador

Si teniu problemes de velocitat i / o alguns LED no s’encenen. Llegiu atentament aquest pas. Per programar el microcontrolador, faig servir avrdude i el programador USBTinyISP.

• https://savannah.nongnu.org/projects/avrdude/
• https://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/
• https://www.adafruit.com/index.php?main_page=index&cPath=16

Els meus exemples seran en un sistema Ubuntu Linux. El procediment hauria de ser pràcticament idèntic a Windows, però no puc ajudar-vos amb això. Si utilitzeu un altre programador, llegiu el manual d’aquest programador i avrdude. En primer lloc, vegem si podem contactar amb l’AVR. Connecteu el programador al vostre cub i al vostre ordinador. L’ordre és "avrdude -c usbtiny -p m16 ", on -c especifica el programador i -p el model AVR. Podeu veure la sortida a les imatges següents. Ara, pengeu el firmware: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". A hores d'ara, el cub s'hauria de reiniciar i començar a fer coses. Funcionarà a 1 MHz (molt lentament) mitjançant el seu oscil·lador intern. I alguns dels leds no funcionaran, perquè alguns ports GPIO s’utilitzen per defecte per a JTAG. Per habilitar l’oscil·lador extern i desactivar JTAG, hem de programar els bytes del fusible: executeu "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "i" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Tingueu cura quan feu aquest pas. Si t’equivoques, pots destruir el microcontrolador de manera permanent. Si utilitzeu un altre microcontrolador diferent de l’ATMega16, no oblideu llegir atentament el full de dades abans de canviar els bytes del fusible. Després d’escriure els bytes del fusible correctes, el cub s’hauria de reiniciar i començar a funcionar a velocitat regular amb tots els leds operatius. Gaudiu del vostre nou cub: D

Pas 11: Feu grans dimensions: 8x8x8

Després de fer aquest cub de 4x4x4 força elegant, també he creat un enorme cub de 8x8x8. Faré una instrucció per a això quan tingui temps. Mentrestant, vegeu imatges:-)

Podeu trobar la versió 8x8x8 aquí: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Si us plau, califiqueu aquesta informació instructiva.:)