LED Cube 4x4x4: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Úžasný 3 -rozmerný LED displej. Túto kocku 4 x 4 x 4 tvorí 64 LED diód, ktoré sú riadené mikrokontrolérom Atmel Atmega16. Každú LED je možné softvérovo adresovať jednotlivo, čo jej umožňuje zobrazovať úžasné 3D animácie! LED kocka 8x8x8 je teraz k dispozícii podľa obľúbeného dopytu:

Krok 1: Čo potrebujete

V prvom rade potrebujete dosť času na spájkovanie 64 LED diód;) Zoznam znalostí:

• Základné zručnosti v oblasti elektroniky a spájkovania
• Vedieť naprogramovať mikrokontrolér AVR - v tomto návode sa tomu nebudem venovať.

Zoznam komponentov:

• Protoboard. Typ s medenými kruhmi.
• Mikrokontrolér Atmel AVR Atmega16
• Programátor na programovanie Atmega16
• 64 LED
• 2 LED diódy stavu. Použil som červenú a zelenú. (voliteľné)
• Čip Max232 rs-232 alebo ekvivalent.
• 16 odporov pre LED diódy. (100-400 ohmov) sa k tomu vráti.
• 2x odpor 470 ohmov. pre stavové diódy
• 1x rezistor 10k
• 4x odpor 2,2k
• 4x NPN tranzistor BC338 (alebo iný tranzistor schopný spínať 250-ish mA)
• 1x 10uF kondenzátor
• 1 x 1000uF kondenzátor
• 6x 0,1uF keramický kondenzátor
• 2x 22pF keramický kondenzátor
• 1x kryštál 14,7456 MHz
• 2x hmatové tlačidlo
• voliteľný prepínač pwr
• konektor pre napájanie 12v
• voliteľný konektor pre napájanie 5 V.

Krok 2: Multiplexovanie

Ako ovládať 64 LED diód bez použitia 64 jednotlivých vodičov? Multiplexovanie!

Natiahnutie drôtu na anódu každej z nich by bolo evidentne nepraktické a vyzeralo by to naozaj zle. Jedným zo spôsobov, ako to obísť, je rozdeliť kocku na 4 vrstvy diód 16x16. Všetky diódy LED zarovnané vo zvislom stĺpci zdieľajú spoločnú anódu (+). Všetky LED diódy na horizontálnej vrstve zdieľajú spoločnú katódu (-). Teraz, ak chcem rozsvietiť diódu LED v ľavom hornom rohu vzadu (0, 0, 3), do hornej vrstvy dodám iba GND (-) a do stĺpca v ľavom rohu VCC (+). Ak chcem rozsvietiť iba jednu LED súčasne alebo rozsvietiť iba viac vrstiev súčasne.. funguje to dobre. Ak však chcem vpredu rozsvietiť aj pravý dolný roh (3, 3, 0), narážam na problémy. Keď dodám GND do spodnej vrstvy a VCC do predného ľavého stĺpca, rozsvietim aj hornú pravú diódu vpredu (3, 3, 3) a dolnú ľavú LED vzadu (0, 0, 0). Tento efekt duchov nie je možné obísť bez pridania 64 jednotlivých vodičov. Spôsob, ako to obísť, je rozsvietiť iba jednu vrstvu naraz, ale urobte to tak rýchlo, aby oko nerozpoznalo, že kedykoľvek svieti iba jedna vrstva. Toto sa spolieha na jav nazývaný Perzistencia videnia. Každá vrstva je obraz 4x4 (16). Ak naraz zableskneme 4 16 LED snímok naraz, dostaneme 3D obrázok 4x4x4!

Krok 3: Výroba kocky, šablóny

Spájkovacia mriežka LED diód 4x4 by vyzerala hrozne! Na získanie 4 dokonalých mriežok LED diód 4x4 používame šablónu, ktorá ich drží na svojom mieste. Chcel som urobiť kocku čo najľahšie na výrobu, preto som sa rozhodol použiť LED diódy vlastné nohy čo najviac. O vzdialenosti medzi čiarami v mriežke rozhodla dĺžka LED diód. Zistil som, že 25 mm (asi palec) je optimálna vzdialenosť medzi každou diódou (medzi stredom každej diódy, tj!), Aby bolo možné spájkovať bez pridávania alebo rezania drôtu.

• Nájdite kus dreva, ktorý je dostatočne veľký na to, aby vytvoril mriežku 4x4 s priemerom 2,5 cm.
• Nakreslite mriežku 4x4.
• Stredovým razníkom urobte priehlbiny vo všetkých priesečníkoch.
• Nájdite vŕtačku, ktorá urobí otvory dostatočne malé, aby LED dióda zostala pevne na svojom mieste, a dostatočne veľké, aby sa dióda dala ľahko vytiahnuť (bez ohýbania drôtov..).
• Vyvŕtajte 16 otvorov.
• Vaša šablóna ledcube je hotová.

Krok 4: Výroba kocky, spájkovanie vrstiev

Kocku vyrábame v 4 vrstvách LED 4x4 a potom ich spájkujeme. Vytvorte vrstvu:

• Vložte diódy LED pozdĺž chrbta a jednej strany a spájkujte ich dohromady
• Vložte ďalší rad diód LED a spájkujte ich dohromady. Vykonajte jeden rad naraz, aby ste opustili miesto pre spájkovačku!
• Vyššie uvedený krok zopakujte ešte dvakrát.
• vpredu v prípade, že nie sú spojené LED diódy, pridajte priečne výstuž.
• Opakujte 4 krát.

Krok 5: Výroba kocky, prepojenie vrstiev

Teraz, keď máme tieto 4 vrstvy, stačí ich spájkovať.

Vložte jednu vrstvu späť do šablóny. Toto bude vrchná vrstva, preto vyberte tú najkrajšiu:) Navrch dajte ďalšiu vrstvu a zarovnajte jeden z rohov presne 25 mm (alebo akúkoľvek vzdialenosť, ktorú ste použili vo svojej mriežke) nad prvou vrstvou. Toto je vzdialenosť medzi katódovými drôtmi. Pomocnou rukou držte roh na mieste a spájkujte rohovú anódu prvej vrstvy s rohovou anódou druhej vrstvy. Vykonajte to pre všetky rohy. Skontrolujte, či sú vrstvy dokonale zarovnané vo všetkých rozmeroch. Ak nie, trochu sa ohnite a upravte. Alebo znova spájkujte vypnutú výškovú vzdialenosť. Keď sú dokonale zarovnané, spojte zvyšných 12 anód dohromady. Opakujte 3 krát.

Krok 6: Voľba hodnôt rezistora

Pri výbere hodnoty odporu pre vaše LED diódy je potrebné mať na pamäti dve veci.

1) LED diódy 2) AVR AVR má maximálny kombinovaný prúd 200 mA. To nám dáva 12 mA na prácu s každou LED diódou. Tiež nechcete prekročiť maximálny prúd, pre ktorý sú vaše LED diódy dimenzované. Na svoju kocku som použil odpory 220 ohmov. To mi dalo asi 12 mA na LED.

Krok 7: Ovládač

Obvody ovládajúce LED kocku sú popísané na priloženom schematickom obrázku.

Rozhranie RS-232 je voliteľné. a môžu byť vynechané. To je IC2 a všetky k nemu pripojené komponenty. Budúce firmvéry umožnia komunikáciu s počítačom.. Začnite tým, že rozložíte všetky súčiastky na doske plošných spojov v takom rozložení, ktoré umožní pripojenie všetkých komponentov s minimálnym počtom vodičov. Ak všetko sedí, zapojte obvod. Nebudem k tomu dávať žiadne ďalšie pokyny, pretože obvod bude pravdepodobne vyzerať veľmi odlišne od kocky k kocke v závislosti od veľkosti dosky s plošnými spojmi atď. Informácie o tom, ako prepojiť kocku s obvodom ovládača, nájdete v nasledujúcom článku. krok.

Krok 8: Zapojte kocku

Obrázky to vysvetľujú lepšie ako slová. Pozrite sa na obrázky.

Krok 9: Zostavte a naprogramujte

Teraz máte LED kocku. Na to, aby som to využil, potrebuje nejaký softvér. Vytvoril som ovládač na vykreslenie 3D dátového priestoru na kocke a funkcie na zobrazenie skvelých vizuálnych efektov na kocke. Môžete použiť môj kód, napísať vlastný alebo na ňom stavať môj kód a vytvorte ďalšie efekty. Ak vytvárate svoje vlastné efekty, pošlite mi prosím kód. Teším sa, keď zistíte, čo robíte! Zostavenie programu. Stačí otvoriť príkazový riadok, do adresára zadať adresár so zdrojovým kódom typu „make“. Ak chcete namiesto ATMega16 použiť ATMega32, zmeňte nastavenie mcu v Makefile a znova ho skompilujte (zadajte príkaz make). Ak použijete m32 a neurobíte tento krok, kocka sa nespustí správne (červené a zelené svetlá budú navždy blikať). Teraz by ste mali mať v zdrojovom adresári súbor s názvom main.hex. Ďalší krok vám ukáže, ako dostať tento kód do vašej kocky.

Krok 10: Naprogramujte mikrokontrolér

Ak máte problémy s rýchlosťou a/alebo sa niektoré LED diódy nerozsvietia. Tento krok si prosím pozorne prečítajte. Na programovanie mikrokontroléra používam program avrdude a programátor USBTinyISP.

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

Moje príklady budú v systéme Ubuntu Linux. Postup by mal byť v systéme Windows do značnej miery identický, ale nemôžem vám s tým pomôcť. Ak používate iný programátor, prečítajte si príručku k tomuto programátoru a avrdude. Najprv sa pozrime, či môžeme nadviazať kontakt s AVR. Pripojte programátor k vašej kocke a počítaču. Príkaz je „avrdude -c usbtiny -p m16 ", kde -c určuje programátor a -p model AVR. Výstup môžete vidieť na obrázkoch nižšie. Teraz nahrajte firmvér: „avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex“. Teraz by sa kocka mala reštartovať a začať robiť veci. Bude bežať na 1 MHz (veľmi pomaly) pomocou vnútorného oscilátora. A niektoré LED diódy nebudú fungovať, pretože niektoré porty GPIO sa predvolene používajú pre JTAG. Na povolenie externého oscilátora a zakázanie JTAG potrebujeme naprogramovať bajty poistiek: spustite „avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "a" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Buďte opatrní pri tomto kroku! Ak to zle pochopíte, môžete svoj mikrokontrolér natrvalo zničiť! Ak používate iný mikrokontrolér ako ATMega16, pred výmenou bajtov poistiek si pozorne prečítajte technický list! Po napísaní správnych bajtov poistiek by sa kocka mala reštartovať a začať pracovať pravidelnou rýchlosťou so všetkými diódami v prevádzke. Užite si svoju novú kocku: D

Krok 11: Rozšírte - 8x8x8

Po vytvorení tejto veľmi efektnej kocky 4x4x4 som tiež vyrobil obrovskú kocku 8x8x8. Keď budem mať čas, urobím pre to pokyn. Medzitým si pozrite obrázky:-)

Verziu 8x8x8 nájdete tu: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Ohodnoťte prosím tento návod, ak sa vám páči!:)