LED Cube 4x4x4: 11 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Afișaj LED tridimensional uimitor. 64 de LED-uri alcătuiesc acest cub 4 la 4 la 4, controlat de un microcontroler Atmel Atmega16. Fiecare LED poate fi adresat individual în software, permițându-i să afișeze animații 3d uimitoare! Cub LED 8x8x8 disponibil acum, la cerere populară:

Pasul 1: De ce aveți nevoie

În primul rând, aveți nevoie de destul de mult timp pentru a lipi 64 de leduri;) Lista de cunoștințe:

• Abilități electronice de bază și lipire
• Știți cum să programați un microcontroler AVR - nu voi acoperi acest lucru în acest instructable.

Lista componentelor:

• Protoboard. Tipul cu cercuri de cupru.
• Microcontroler Atmel AVR Atmega16
• Programator pentru a programa Atmega16
• 64 de leduri
• 2 leduri de stare. Am folosit roșu și verde. (opțional)
• Cip Max232 RS-232 sau echivalent.
• 16 rezistențe pentru leduri. (100-400ohms) va reveni la acest lucru.
• 2x rezistor 470 ohm. pentru leduri de stare
• 1x rezistor 10k
• 4x rezistor 2.2k
• 4x tranzistor NPN BC338 (sau alt tranzistor capabil să comute 250-ish mA)
• 1x condensator 10uF
• 1x condensator 1000uF
• Condensator ceramic 6x 0.1uF
• 2x condensator ceramic 22pF
• 1x cristal 14,7456 MHz
• 2x buton tactil
• comutator pwr opțional
• conector pentru alimentare 12v
• conector opțional pentru alimentare 5V

Pasul 2: Multiplexare

Cum să controlați 64 de LED-uri fără a utiliza 64 de fire individuale? Multiplexare!

Rularea unui fir către anodul fiecărui led nu ar fi evident practic și ar arăta foarte rău. O modalitate de a ocoli acest lucru este de a împărți cubul în 4 straturi de LED-uri 16x16. Toate LED-urile aliniate într-o coloană verticală au un anod comun (+). Toate LED-urile de pe un strat orizontal au un catod comun (-). Acum, dacă vreau să aprind LED-ul din colțul din stânga sus din spate (0, 0, 3), doar furnizez GND (-) stratului superior și VCC (+) coloanei din colțul din stânga. Dacă vreau să aprind doar un led la un moment dat sau doar să aprind mai mult de un strat în același timp.. acest lucru funcționează bine. Cu toate acestea, dacă vreau să aprind și colțul din dreapta jos în partea din față (3, 3, 0), am probleme. Când alimentez GND la nivelul stratului inferior și VCC la coloana din stânga din față, aprind și ledul din dreapta sus din față (3, 3, 3) și LED-ul din stânga jos din spate (0, 0, 0). Acest efect fantomă este imposibil de soluționat fără a adăuga 64 de fire individuale. Modul de a lucra în jurul său este să luminezi doar un strat la un moment dat, dar să o faci atât de repede încât ochiul să nu recunoască faptul că doar un singur strat este luminat în orice moment. Aceasta se bazează pe un fenomen numit Persistența viziunii. Fiecare strat este o imagine 4x4 (16). Dacă blițăm 4 16 imagini cu LED-uri pe rând, foarte repede, obținem o imagine 3d 4x4x4!

Pasul 3: Realizarea cubului, șablon

Grilele de lipit cu LED-uri 4x4 cu mâna liberă ar arăta groaznic! Pentru a obține 4 grile 4x4 perfecte de LED-uri, folosim un șablon pentru a le menține în poziție. Am vrut să fac cubul cât mai ușor de realizat, așa că am ales să folosesc LED-urile propriile picioare pe cât posibil. Distanța dintre liniile din rețea a fost decisă de lungimea picioarelor cu LED-uri. Am constatat că 25 mm (aproximativ un inch) era distanța optimă între fiecare led (între centrul fiecărui led care este!) Pentru a permite lipirea fără a adăuga sau tăia sârmă.

• Găsiți o bucată de lemn suficient de mare pentru a crea o rețea 4x4 de 2, 5cm.
• Desenați o grilă 4x4 de linii.
• Faceți lovituri în toate intersecțiile cu un pumn central.
• Găsiți un burghiu care face găuri suficient de mici, astfel încât ledul să rămână ferm în poziție și suficient de mare pentru a putea fi extras cu ușurință (fără a îndoi firele..).
• Forează cele 16 găuri.
• Șablonul dvs. ledcube este gata.

Pasul 4: Realizarea cubului, lipirea straturilor

Realizăm cubul în 4 straturi de leduri 4x4, apoi le lipim împreună. Creați un strat:

• Puneți LED-urile de-a lungul spatelui și de-a lungul unei părți și lipiți-le împreună
• Introduceți încă un rând de LED-uri și lipiți-le împreună. Faceți câte un rând la rând pentru a lăsa locul de lipit!
• Repetați pasul de mai sus de încă 2 ori.
• adăugați contravântuiri în față, unde rândurile led nu sunt conectate.
• Repetați de 4 ori.

Pasul 5: Realizarea cubului, conectarea straturilor

Acum că avem cele 4 straturi, tot ce trebuie să facem este să le lipim împreună.

Puneți un strat înapoi în șablon. Acesta va fi stratul superior, deci alegeți-l pe cel mai frumos:) Puneți un alt strat deasupra și aliniați unul dintre colțuri exact la 25 mm (sau orice distanță ați folosit în grila dvs.) deasupra primului strat. Aceasta este distanța dintre firele catodice. Țineți colțul în poziție cu o mână de ajutor și lipiți anodul de colț al primului strat cu anodul de colț al celui de-al doilea strat. Faceți acest lucru pentru toate colțurile. Verificați dacă straturile sunt perfect aliniate în toate dimensiunile. Dacă nu se îndoaie puțin pentru a se regla. Sau re-lipiți este distanța de înălțime dezactivată. Când sunt perfect aliniate, lipiți împreună cei 12 anodi rămași. Repetați de 3 ori.

Pasul 6: Alegerea valorilor rezistorului

Există două lucruri de reținut atunci când alegeți o valoare a rezistenței pentru ledurile dvs.

1) LED-urile 2) AVR-ul AVR-ul are un curent maxim combinat nominal de 200 mA. Acest lucru ne oferă 12mA pentru a lucra cu fiecare LED. De asemenea, nu doriți să depășiți curentul maxim la care ledurile dvs. sunt evaluate. Am folosit rezistențe de 220 ohmi pe cubul meu. Acest lucru mi-a dat aproximativ 12mA pe led.

Pasul 7: Controlerul

Circuitele care controlează cubul led sunt descrise în imaginea schematică atașată.

Interfața RS-232 este opțională. și poate fi omis. Acesta este IC2 și toate componentele conectate la acesta. Viitoarele programe vor permite comunicarea cu computerul. Începeți prin așezarea tuturor componentelor de pe placa dvs. de circuit într-un aspect care să permită conectarea tuturor componentelor cu o cantitate minimă de fire. Dacă totul se potrivește, lipiți circuitul. Nu voi da alte instrucțiuni despre asta, deoarece circuitul probabil va arăta foarte diferit de la cub la cub, în funcție de dimensiunea plăcii de circuit etc. Etapa.

Pasul 8: conectați cubul

Imaginile explică acest lucru mai bine decât cuvintele. Vă rugăm să vedeți imaginile.

Pasul 9: Compilați și programați

Acum aveți un cub led. Pentru a face uz de el, are nevoie de niște programe software. Am creat un driver pentru redarea unui spațiu de date 3D pe cub și funcții pentru a afișa câteva efecte vizuale interesante pe cub. Puteți folosi codul meu, puteți scrie propriul dvs. sau puteți construi pe codul meu și faceți mai multe efecte. Dacă creați propriile dvs. efecte, vă rog să-mi trimiteți codul. Sunt nerăbdător să văd ce faceți voi! Pentru a compila programul. Doar deschideți un promt de comandă, introduceți directorul cu tipul de cod sursă "make" pe linia de comandă. Dacă doriți să utilizați un ATMega32 în loc de ATMega16, schimbați doar setarea mcu din Makefile și recompilați (tastați make). Dacă utilizați m32 și nu faceți acest pas, cubul nu va porni corect (luminile roșii și verzi vor clipi continuu pentru totdeauna). Acum ar trebui să aveți un fișier numit main.hex în directorul sursă. vă va arăta cum să introduceți codul în cubul dvs.

Pasul 10: Programați microcontrolerul

Dacă întâmpinați probleme cu viteza și / sau unele LED-uri care nu se aprind. Vă rugăm să citiți cu atenție acest pas. Pentru a programa microcontrolerul, folosesc avrdude și programatorul USBTinyISP.

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

Exemplele mele vor fi pe un sistem Ubuntu Linux. Procedura ar trebui să fie aproape identică pe Windows, dar nu vă pot ajuta cu asta. Dacă utilizați un alt programator, citiți manualul pentru programator și avrdude. În primul rând, să vedem dacă putem contacta AVR-ul. Conectați programatorul la cubul dvs. și la computerul dvs. Comanda este „avrdude -c usbtiny -p m16 ", unde -c specifică programatorul și -p modelul AVR. Puteți vedea ieșirea în imaginile de mai jos. Acum, încărcați firmware-ul: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". Până acum, cubul ar trebui să repornească și să înceapă să facă lucruri. Acesta va rula la 1mhz (foarte încet) folosind oscilatorul său intern. Și unele dintre led-uri nu vor funcționa, deoarece unele porturi GPIO sunt utilizate în mod implicit pentru JTAG. Pentru a activa oscilatorul extern și a dezactiva JTAG, trebuie să programăm octeții siguranței: rulați "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "și" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Aveți grijă când faceți acest pas! Dacă greșești, îți poți distruge definitiv microcontrolerul! Dacă utilizați un alt microcontroler decât ATMega16, asigurați-vă că citiți cu atenție foaia tehnică înainte de a schimba octeții siguranței! După ce ați scris octeții corecti ai siguranței, cubul ar trebui să repornească și să înceapă să funcționeze la viteză regulată cu toate ledurile funcționale. Bucurați-vă de noul cub: D

Pasul 11: Du-te mare - 8x8x8

După ce am făcut acest cub 4x4x4 destul de elegant, am făcut și un cub enorm de 8x8x8. Voi face un instructiv pentru asta când voi avea timp. Între timp, vezi imagini:-)

Puteți găsi versiunea 8x8x8 aici: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Vă rugăm să evaluați acest instructable dacă vă place!:)