Com construir un cub LED de 8x8x8 i controlar-lo amb un Arduino: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Edició gener 2020:

Ho deixo per si algú el vol utilitzar per generar idees, però ja no té cap sentit construir un cub segons aquestes instruccions. Els IC del controlador de LED ja no es fan, i els dos esbossos es van escriure en versions antigues d'Arduino i Processing i ja no s'executen. No sé què cal canviar perquè funcionin. A més, el meu mètode de construcció va provocar un embolic desordenat. El meu suggeriment és seguir les instruccions d'un altre instructable o comprar un kit. Aquest cub costava uns 50 dòlars el 2011, ja podeu comprar un kit a ebay per uns 20 dòlars ara.

Introducció original:

Hi ha molts cubs LED a Instructables, doncs, per què en feu un altre? La majoria són per a cubs petits formats per 27 o 64 LED, rarament més grans, ja que es limiten al nombre de sortides disponibles al microcontrolador. Aquest cub serà de 512 LED i només necessitarà 11 cables de sortida de l’Arduino. Com és possible? Mitjançant el controlador LED Allegro Microsystems A6276EA.

Us mostraré com he creat el mateix cub, la placa del controlador i, finalment, el codi per fer-lo brillar.

Pas 1: materials

Totes les parts que necessiteu per construir el cub: 1 Arduino / Freeduino amb xip Atmega168 o superior 512 LEDs, mida i color depèn de vosaltres, he utilitzat xips de controladors LED de 3 mm vermells 4 A6276EA dels transistors Allegro 8 NPN per controlar el flux de tensió, He utilitzat el transistor BDX53B Darlington 4 resistències de 1000 ohm, resistències de 1/4 watt o superior 12.560 ohm, 1/4 watt o superior 1 condensador electrolític 330uF 4 Presa IC de 24 pins 9 Preses IC de 16 pins 4 "x4" (o més gran) tros de perfboard per contenir totes les parts, un vell ventilador d’ordinador un vell cable de controlador de disquet Una vella font d’alimentació per a ordinador Molt fil de connexió, soldadura, soldador, flux, qualsevol altra cosa per fer-vos la vida més fàcil mentre feu això. Peça de fusta de 7 "x7" (o més gran) que es fa servir per fer la plantilla de soldadura LED. Un bon cas per mostrar el vostre cub acabat El meu Arduino / Freeduino que escolliu és el Bare Bones Board (BBB) de www.moderndevice.com. Els LED es van comprar a eBay i van costar 23 dòlars per 1.000 LED enviats des de la Xina. La resta d’electrònics es van comprar a Newark Electronics (www.newark.com) i només haurien de costar uns 25 dòlars. Si ho heu de comprar tot, aquest projecte només hauria de costar uns 100 dòlars. Tinc un munt d’equips informàtics antics, de manera que aquestes parts es van treure de la ferralla.

Pas 2: munteu les capes

Com es fa una capa (64 LED) d’aquest cub de 512 LED: els LED que he comprat tenien un diàmetre de 3 mm. Vaig decidir utilitzar petits LED per reduir els costos i fer que la mida final del cub fos prou petita com per seure al meu escriptori o prestatge sense haver de fer-me càrrec de l’escriptori ni del prestatge. Vaig dibuixar una quadrícula de 8x8 amb aproximadament 0,6 polzades entre línies. Això em va donar una mida de cub d’uns 4,25 polzades per costat. Practicar forats de 3 mm on s’uneixen les línies per fer una plantilla que aguantarà els LED mentre soldeu cada capa. L’A6276EA és un dispositiu d’aigüera actual. Això significa que proporciona un camí cap a terra en lloc d’un camí cap a la tensió de la font. Haureu de construir el cub en una configuració d'ànode comuna. La majoria dels cubs es construeixen com a càtode comú. El costat llarg del LED sol ser l’ànode, comproveu el vostre per assegurar-vos. El primer que vaig fer va ser provar tots els LED. Sí, és un procés llarg i avorrit i el podeu ometre si voleu. Prefereixo passar el temps per provar els LED que trobar un punt mort al cub després de muntar-lo. He trobat 1 LED mort dels 1000. No està malament. Retalleu 11 peces de filferro sòlid sense aïllar que connectin filferro a 5 polzades. Col·loqueu 1 LED a cada extrem d'una fila de la plantilla i, a continuació, soldeu el cable a cada ànode. Ara col·loqueu els 6 LED restants a la fila i soldeu els ànodes al fil. Això pot ser vertical o horitzontal, no importa mentre feu totes les capes de la mateixa manera. En acabar cada fila, retalleu l'excés de plom dels ànodes. Vaig deixar al voltant de 1/8 . Repetiu fins que hagueu acabat les 8 files. Ara soldeu 3 trossos de filferro de connexió a les files que acabeu de fer per connectar-les totes en una sola peça. Després he provat la capa adjuntant 5 volts. per connectar la xarxa de filferro a través d’una resistència i tocar el cable de terra de cada càtode. Substituïu els LEDs que no s’encenen. Traieu amb cura la capa de la plantilla i reserveu-la. Si doblegueu els cables, no us preocupeu, només cal rectifiqueu-los el millor que pugueu. És molt fàcil doblegar-los. Com es pot veure a les meves imatges, tenia molts cables doblegats. Enhorabona, heu fet 1/8. Feu 7 capes més. OPCIONAL: per soldar les capes juntes (pas 3) són més fàcils, mentre que cada capa posterior encara està a la plantilla, doblegueu el quart de polzada superior del càtode cap endavant de 45 a 90 graus. No feu això a la vostra primera capa, declararem que una és la capa inferior i que els conductors han de ser s traight.

Pas 3: munteu el cub

Com soldar totes les capes juntes per fer un cub: la part dura gairebé s’ha acabat. Ara, torneu a col·locar una capa a la plantilla, però no feu massa pressió, volem poder eliminar-la sense doblegar-la. Aquesta primera capa és la cara superior del cub. Col·loqueu una altra capa a sobre de la primera, alineeu els cables i comenceu a soldar. Em va semblar més fàcil fer cantonades primer, després a la vora exterior i després a les files. Seguiu afegint capes fins que hàgiu acabat. Si heu doblegat prèviament els cables, assegureu-vos de desar la capa amb cables rectes per fi. És la part inferior. Tenia una mica d’espai entre cada capa, de manera que no acabava de tenir forma de cub. No és gran cosa, puc conviure-hi.

Pas 4: crear la placa de control

Com construir la placa del controlador i connectar-la al vostre Arduino: seguiu l'esquema i construïu la placa com vulgueu. Vaig col·locar els xips del controlador al centre de la placa i vaig utilitzar el costat esquerre per subjectar els transistors que controlen el corrent a cada capa del cub i vaig utilitzar el costat dret per mantenir els connectors que van des dels xips del controlador fins als càtodes de les columnes LED. Vaig trobar un ventilador antic de 40 mm amb un connector femella Molex per connectar-lo a una font d'alimentació de l'ordinador. Va ser perfecte. Una petita quantitat de flux d’aire a través del xip és útil i ara tinc una manera fàcil de proporcionar 5 volts als xips del controlador i al propi Arduino. En l’esquema, RC és la resistència limitadora de corrent per a tots els LED connectats a cada A6276EA. He utilitzat 1000 ohms perquè proporciona 5 miliamperis al LED, suficient per encendre’l. Estic utilitzant LEDs d’alta brillantor, no de Super Brite, de manera que el consum de corrent és inferior. Si els 8 LED d’una columna s’encenen alhora, només són 40 miliamperis. Cada sortida de l'A6276EA pot gestionar 90 miliamperis, de manera que estic ben dins del rang. RL és la resistència connectada als cables lògics o de senyal. El valor real no és molt important sempre que existeixi i no sigui massa gran. Estic fent servir 560 ohms perquè en tenia un munt d’ells disponibles. Vaig utilitzar un transistor de potència capaç de manejar fins a 6 amperes per controlar el corrent que va a cada capa del cub. Això és excessiu per a aquest projecte, ja que cada capa del cub només dibuixarà 320 miliamperis amb tots els LED encesos. Volia créixer espai i podria fer servir la placa del controlador per a alguna cosa més gran més endavant. Utilitzeu el transistor de qualsevol mida que s’adapti a les vostres necessitats. El condensador de 330 uF a través de la font de tensió hi és per ajudar a suavitzar les fluctuacions de tensió menors. Com que faig servir una font d’alimentació d’ordinador antiga, no és necessari, però l’he deixat per si algú vol utilitzar un adaptador de paret de 5 volts per alimentar el cub. Cada xip de controlador A6276EA té 16 sortides. No tenia cap altre connector adequat, així que he soldat cables a uns endolls IC de 16 pins i els utilitzaré per connectar la placa de control al cub. També vaig tallar un endoll IC per la meitat i el vaig utilitzar per connectar els 8 cables que connecten els transistors a les capes del cub. Vaig tallar unes 5 polzades del final d’un vell cable de disquet per utilitzar-lo com a connector de l’Arduino. El cable de disquet és de 2 files de 20 pins, la placa Bones nua té 18 pins. Aquesta és una manera molt barata (gratuïta) de connectar l'Arduino a la placa. Vaig separar el cable de cinta en grups de 2 cables, vaig despullar els extrems i els vaig soldar junts. Això us permet connectar l'Arduino a qualsevol fila del connector. Seguiu l'esquema i soldeu el connector al seu lloc. No oblideu soldar els cables de 5 volts i de terra del connector per proporcionar alimentació a l’Arduino. Tinc la intenció d’utilitzar aquesta placa de control per a altres projectes, de manera que el disseny modular em funcioni molt bé. Si voleu connectar durament les connexions, està bé.

Pas 5: creeu la vitrina

Feu que el vostre producte final tingui un bon aspecte: he trobat aquest cofre de fusta a Hobby Lobby per 4 dòlars i he pensat que seria perfecte, ja que té espai a l'interior per contenir tot el filferro i, a més, té bon aspecte. He tingut aquesta taca de vermell, la mateixa que he fet servir a l’escriptori de l’ordinador perquè coincideixin. Dibuixeu una quadrícula a la part superior de la mateixa mida que la quadrícula utilitzada per a la plantilla de soldadura (0,6 polzades entre les línies). Feu forats per permetre que els cables passin per la part superior i practiqueu un altre forat darrere de la xarxa per als cables de la capa / pla (des dels transistors del pas 4). Vaig aprendre de la manera més difícil que intentar alinear 64 condueix a passar per forats petits és molt difícil. Finalment, vaig decidir tornar a practicar tots els forats una mica més grans per fer el procés més ràpid. Vaig acabar fent servir una broca.2. Ara que el cub està assegut a la part superior de la pantalla, doblegueu els conductors de la cantonada perquè el cub quedi al seu lloc mentre fixeu els cables. Assegureu-vos de connectar tots els cables en l’ordre correcte. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 I connecteu els cables entre les capes ("plans" etiquetats a l'esquema) i els transistors. El transistor del pin Arduino 6 és la capa superior del cub. Si s’equivoquen els cables, es pot corregir dins del codi, però pot requerir molta feina, així que intenteu fer-los en l’ordre correcte. tot està construït i està a punt, anem a buscar un codi i ho provem.

Pas 6: Codi

El codi d’aquest cub es fa de manera diferent a la majoria, explicaré com s’adapta. La majoria del codi de cub fa servir escriptures directes a les columnes. El codi diu que cal il·luminar la columna X, així que doneu una mica de suc i ja hem acabat. Això no funciona quan s’utilitzen xips del controlador. Els xips del controlador utilitzen 4 cables per parlar amb l’Arduino: entrada SPI, rellotge, tancament i habilitació. He posat a terra el pin Habilita (pin 21) a través d’una resistència (RL) perquè la sortida estigui sempre habilitada. Mai no he utilitzat l'Enable, de manera que l'he tret del codi. L’entrada SPI és la informació de l’Arduino, el rellotge és un senyal de temps entre els dos mentre parlen i Latch li diu al controlador que és hora d’acceptar dades noves. Cada sortida per a cada xip està controlada per un número binari de 16 bits. Per exemple; l'enviament de 101010101010101010 al controlador provocaria que s'encenguin tots els altres LED del controlador. El vostre codi ha d’executar tot el necessari per a una visualització i construir aquest número binari i, després, enviar-lo al xip. És més fàcil del que sembla. Tècnicament és un munt d’addicions a bits, però sóc pèssim en matemàtiques a bit, així que ho faig tot en decimal. El decimal dels primers 16 bits és el següent: 1 << 0 == 1 1 << 1 == 2 1 << 2 == 4 1 << 3 == 8 1 << 4 == 16 1 << 5 == 32 1 << 6 == 64 1 << 7 == 128 1 << 8 == 256 1 << 9 == 512 1 << 10 == 1024 1 << 11 == 2048 1 << 12 == 4096 1 << 13 == 8192 1 << 14 == 16384 1 << 15 == 32768 Això vol dir si voleu il·lumineu les sortides 2 i 10, afegiu els decimals (2 i 512) junts per obtenir 514. Envieu 514 al controlador i les sortides 2 i 10 s’encendran. Però tenim més de 16 LED perquè sigui una mica més difícil. Hem de crear informació de visualització per a 4 xips. El que és tan fàcil com construir-lo per a 1, feu-ho 3 vegades més. Utilitzo una matriu de variables globals per contenir els codis de control. És més fàcil d’aquesta manera: un cop tingueu els 4 codis de visualització a punt per enviar, deixeu anar el pestell (configureu-lo a BAIX) i comenceu a enviar els codis. Primer heu d’enviar l’últim. Envieu els codis del xip 4, després 3, després 2 i després 1 i, a continuació, torneu a configurar el Latch a HIGH. Com que el pin Habilita sempre està connectat a terra, la pantalla es canvia immediatament. La majoria de codis de cub que he vist a Instructables i a la web en general, consisteixen en un bloc de codis gegant per realitzar una animació predeterminada. Funciona bé per a cubs més petits, però cal emmagatzemar, llegir i enviar 512 bits de binari cada vegada que vulgueu canviar la pantalla ocupa molta memòria. L'Arduino no podia suportar més que uns quants fotogrames. Així que vaig escriure algunes funcions senzilles per mostrar el cub en acció que es basen en el càlcul en lloc d’animacions predeterminades. He inclòs una petita animació per mostrar com es fa, però us ho deixaré a vosaltres per crear les vostres pròpies pantalles. Cub 8x8x8.pde és el codi Arduino. Tinc previst continuar afegint funcions al codi i actualitzaré el programa periòdicament. Matrix8x8.pde és un programa de Processament per crear les vostres pròpies pantalles. El primer número indicat entra a pattern1 , segon a pattern2 , etc.

Pas 7: mostreu el vostre treball manual

Ja has acabat, ara toca gaudir del teu cub. Com podeu veure, el meu cub va sortir una mica tort. Tot i que no tinc moltes ganes de construir-ne un altre, així que viuré amb el fet de ser tort. Tinc un parell de punts morts que he de mirar. Pot ser que tingui una mala connexió o que necessiti un nou xip de controlador. Espero que aquest instructiu us inspiri a construir el vostre propi cub o algun altre projecte de LED que utilitzi l'A6276AE. Publiqueu un enllaç als comentaris si en creeu un. He intentat decidir cap a on anar des d’aquí. La placa del controlador també controlarà un cub RGB 4x4x4, de manera que és possible. Crec que seria bo fer una esfera i la manera com tinc el codi escrit no seria massa difícil de fer.