LED kostka: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

V tomto projektu postavíte LED kostku 8x8x8 jako displej. Po sestavení krychle a osvojení si základů kódu budete moci psát vlastní zobrazovací animace. Je to skvělý vizuál pro vědecké účely a bude to pěkný dekorativní doplněk do vašeho pokoje! Během stavby kostky získáte celou řadu základních elektronických dovedností, které vám v budoucnu připraví cestu pro složitější projekty.

Toto je můj individuální projekt pro kurz Elektronika a trval asi pět týdnů. Strávil jsem na tomto projektu 12 hodin týdně a měl jsem přístup k dílům a nástrojům, které se běžně nacházejí ve vysokoškolské laboratoři elektroniky. Také by mohlo být dobré vědět, že i když pracovní zátěž není hračka, není nutná žádná odborná znalost. Místo toho na cestě získáte mnoho zkušeností a poučíte se ze svých vlastních chyb.

Prohlášení: Vypůjčil jsem si design a kód od Kevina Darraha (https://www.kevindarrah.com/?cat=99), který postavil kostku RGB 8x8x8 (čímž se práce ztrojnásobila!). Zobrazení průběhu je moje vlastní práce. Důrazně doporučuji sledovat všechna jeho LED videa před zahájením projektu! Velmi pomáhají pochopit, jak vše funguje, což je pro tento komplikovaný projekt zásadní! Když jsem diskutoval o zapojení obvodů a kódu, poskytl jsem krátká vysvětlení o obvodech a obecné architektuře, takže se nejprve vrhněte na tuto část, abyste získali teoretické znalosti:)

Krok 1: Seznam dílů

• jednobarevné DIFUZOVANÉ LED diody x512 s ~ 30 náhradními díly (Můžete si všimnout, že jsem sám použil tři barvy. Toto bylo původně navrženo tak, aby odráželo amplitudu průběhu vlny (např. červená znamená vyšší amplitudu), ale plátky jsem nepájel správně, takže nakonec jsem s nimi zacházel jako se stejnými. Pokud máte stále zájem o barevné variace ve svislém směru, přečtěte si prosím poznámky ke kroku svislých řezů:))
• Desky PC, střední x7 a malé x2 (To jsou ty, které jsou k dispozici v mé laboratoři, ale prosím, upravte velikost podle toho, co máte k dispozici! Přečtěte si prosím část s obvody pro vaši referenci. Zjistil jsem, že pro začátečníky, PCB bez jakýchkoli připojených pásků jsou vstřícnější, hlavně proto, že můžete libovolně přidávat a přerušovat spoje. Odpájení může být obtížné!)
• Tranzistory NPN 2N3904 x72
• 1k odpory x 150
• 100 ohmové odpory x 72
• P-kanálové MOSFETy IRF9Z34 x8 plus 8 nasazovacích chladičů
• 100 mikro Faradových kondenzátorů x8
• Posuvné registry 74HC595 x9
• Arduino Uno + šroubovací štít (použil jsem sadu proto-screwshield R3)
• Drát s izolací 8 barev (vřele doporučuji použít různé barvy! Budete mít spoustu vodičů těsně vedle sebe a barvy opravdu pomáhají, když kontrolujeme obvod.)
• Napájení 5V 2,8A (pokud je váš proudový limit proudu vyšší než 64*(proud přes 1 LED), měl by fungovat dobře:))
• drátové svorky
• Záhlaví Molex s 8 piny a 6 piny.
• Pouzdro drátu Molex s 8 piny a 6 piny (jejich počet se bude lišit v závislosti na velikosti desky plošných spojů a designu obvodu, proto si před rozhodnutím o čísle, které potřebujete, přečtěte celý návod (zejména část obvodu):))
• Pájka
• Holý měděný drát (pro jistotu si připravte 50 m)
• Velká dřevěná deska (zhruba 9 palců na každé straně)
• 12 palcové dřevěné špejle (volitelné; pokud najdete způsob, jak vyrobit rovné dráty, nepotřebujete to)
• lepicí páska
• dlouhé nehty x16

Nástroje

• Páječka
• štípačky
• kleště
• lepicí pistole (volitelně; pokud najdete způsob, jak vyrobit přímé dráty, nepotřebujete to)
• zvlnit
• svorky chladiče x2 (fungují také klipy aligátora)
• odizolovač drátu

Krok 2: Vytváření řádků LED

V první řadě otestujte všechny LED diody! Zapojil jsem obvod s LED a odporem 100 ohmů. Poté jsem testoval jednu LED najednou a přidal ji paralelně s druhou LED. Chceme vyřadit 1) rozbité LED diody, 2) LED diody s anodou a katodou zpět (nechcete si jen „pamatovat“, která z nich má překlopené!) 3) LED diody stmívače.

Dále jsme vyrobili dřevěný přípravek, který je také mým posledním držákem pro kostku. Vyvrtejte mřížku 8x8 s 1 palcem mezi středem otvorů. Vyberte vrtáky o průměru těsně nad průměrem vašich LED diod, aby se vešly do otvorů a přitom zůstaly rovné. Na obvod jsme přibili extra dřevěné pásy, které držely povrch desky rovný (na desku jsme použili překližku, takže má docela dost pružnosti). Kromě toho se tím vyvýšily oblasti s otvory, takže LED diody mohou skrz otvory propíchnout. Vyberte jednu stranu a vložte dva dlouhé hřebíky na stejnou čáru jako středy otvorů. Na tyto hřebíky přivážeme dráty.

Nyní můžeme začít vyrábět LED řady! Nenašel jsem účinný způsob, jak vyrábět rovné dráty, a tak jsem dráty rozpojil pouze pomocí dřevěného bloku. Umístěte drát přes okraj bloku; držte drát dolů palcem na jedné straně bloku a protáhněte jej skrz; hrana bloku uvolní drát. Doporučuji nasadit si rukavici na ochranu palce:(Do této řady umístěte 8 LED diod s dlouhou „nohou“, anodou, otočenou jedním směrem. Pájíme je na drát. Všimněte si, že rovina tvořená anodovou nohou a katodovou nohou by měla být kolmá na linii drátu a katodová noha by měla být mimo drát. Přilepte drát na hřebík a zatáhněte za něj, aby šel přes LED diody, dokud nebude rovný a napnutý. Uvaz to na druhý hřebík. Upravte výšku drátu (všiml jsem si malé ploché oblasti na noze LED a upravil jsem vodič tak, aby se dotýkal této oblasti u všech LED diod). Tato výška je libovolná, ale prosím konzistentní. Pamatujte: 1) výškový rozdíl úrovně ve vaší kostce bude zhruba 1 palec (takže dráty nemohou být příliš vysoké); 2) LED diody se mohou pod teplem páječky rozbít (takže dráty nemohou být příliš nízké) (i když jsem s tím osobně nezaznamenal žádný problém). Nyní by se váš drát měl dotýkat dlouhé nohy všech LED diod a tvořit kříž. Pájecí drát a anodové pájky připájejte a vodiče poté ořízněte.

V tomto projektu jsem experimentoval se dvěma různými konfiguracemi kontaktu pájeného spoje. Jedním z nich je výše popsaný křížový kontakt a druhým je ohnutí nohy LED tak, aby byly kontaktní vodiče paralelní. Paralelní kontaktní klouby jsou teoreticky odolnější vůči stresu, ale vzhledem k tomu, jak jsou LED diody lehké, křížové spoje pravděpodobně nejsou tak škodlivé. Získáte spoustu praxe s pájením vodičů a LED nožiček, takže neváhejte experimentovat s různými technikami! Použil jsem páječku s plochým hrotem a osobně si myslím, že nabízí lepší kontrolu nad pájecími kuličkami a větší povrchovou plochu kontaktující teplo.

Poté, co provedete pájení, použijte prkénko pro kontrolu LED a zkontrolujte připojení (důležité). Uchyťte kladný vodič k drátu a protáhněte záporný vodič krátkými LED diodami. Všechny by se měly rozsvítit! Poté, co zkontrolujeme, že jsou všechny v pořádku, jemně zatlačte LED diody zespodu desky, abyste je uvolnili a posuňte drát nahoru po hřebících. Smyčkované konce můžete odstřihnout, ale rozhodně ušetřit nějakou délku!

Co když se moje LED nerozsvítí?

První věcí, kterou byste mohli zkontrolovat, je, zda jste obrátili katodu a anodu. Poté zkuste připnout kladný vodič k LED noze místo celého drátu. Pokud se vaše LED dioda rozsvítí tímto způsobem, můžete ji znovu pájet. Pokud se vaše LED dioda stále nerozsvítí, vyměňte ji za jinou.

Musíme udělat 64 takových LED řad:)

Krok 3: Pájení svislých řezů

Jako náhled jsou připojeny všechny anody v každé vrstvě a všechny katody v každém svislém sloupci. Nyní musíme vytvořit svislé řezy. Pamatujete si dva hřebíky, které jsme vložili do desky, abychom spojili dráty? Nyní podobným způsobem vložte dalších 14:) (Pozor: dobře nalepte konečky nehtů! Hodně na ně budete tlačit prsty.)

Nyní umístěte 8 LED diod na desku a ujistěte se, že jejich nohy směřují stejným směrem. Všimněte si, že dráty by měly být rovnoběžné s řadami hřebíků! Zatlačte na LED diody tak, aby byly všechny ve stejné výšce. Pokud některé LED diody stále vyskakují (možná kvůli zakřivení ve vašem drátu), přilepte konce pásky k desce. Nyní spusťte dráty přes nehty jako dříve. Mohl jsem jen nechat oka, aby byly dráty přibližně ve stejné výšce, ale to je v pořádku, protože vám opravdu záleží na tom, aby LED diody byly ve stejné výšce.

Připájejte katodové vývody na dráty. Všimnete si, že zde jsem použil konfiguraci pájení s paralelním kontaktem a zjistil jsem, že je pevnější a vypadá lépe než příčné spoje, ale bylo to časově náročnější, protože musíte 1) ohnout dráty kleštěmi; 2) ujistěte se, že se ohnutá část dotýká hlavního drátu; 3) ohněte tuto část tak, aby byla ve správné výšce, protože vaše páječka přijde pod úhlem a potřebujete, aby se žehlička dotkla obou vodičů současně.

Pokud chcete použít různé barvy v různých vrstvách…

Ujistěte se, že každý z vašich řezů odráží barevné schéma. Pokud bych například chtěl, aby tři horní vrstvy byly žluté LED diody, prostřední dvě oranžové LED diody a spodní tři červené LED diody, umístím tři žluté LED sloupce, dva oranžové a tři červené v uvedeném pořadí. Zajistěte, aby vaše pořadí barev a orientace LED byly konzistentní pro všech osm řezů!

Pomocí nastavení prkénka otestujte všechny LED diody v každém řezu. Je rozhodně snazší znovu pájet, když jsou vaše LED diody zajištěny spíše než uprostřed vzduchu.

Pokud vaše dráty nejsou na sobě rovné, NEUTAŽTE ještě plátek z hřebíků! Přečtěte si další krok

Pokud již máte rovné dráty, zatlačte LED diody zespodu jemně a vysuňte plátek z hřebíků. Ještě nestříhejte konečky:)

Krok 4: Podpora svislých řezů

Pokud mají vaše dráty nějaké zakřivení, jako moje, můžeme je opravit tak, aby byly v rovině, přidáním pevné podpory podél obvodu. Vybral jsem 12 palcové dřevěné špejle, protože jsou snadno dostupné na Amazonu. Na obvod jsem nalepil špejle a do rohů přidal malé kousky, abych zpevnil rám. Podrobnosti viz fotografie. Všimněte si, že pouze dvě špejle jsou zcela připevněny k drátům a další dvě špejle jsou nad celou mřížkou. Doporučuji nejprve vyzkoušet rám bez rohových kusů. Když jsem stohoval plátky nahoru, zjistil jsem, že extra krátké tyčinky překážely LED diodám a spoje lepidla jsou pravděpodobně dostatečně silné, aby stejně udržely mřížku LED. Pokud se mřížka stále trochu vyboulí, zatlačte na dvě nelepené strany a přilepte dráty na špejle v několika bodech. Neřežte zatím volné konce! Zejména udržujte značnou délku špejlí na straně, která bude ve spodní části krychle, abychom udrželi LED diody mimo podlahu.

Krok 5: Sestavení kostky

Nyní, když máme plátky, můžeme vyrobit kostku! Zjistil jsem, že je jednodušší je skládat, než slepovat svislé řezy, ale pokud máte spolupracovníka, klidně improvizujte! Abyste se vyhnuli chybám, nejprve nalepte plátky na jinou sadu špejlí a později připojte připojovací vodiče. Jak vidíte na fotografii, v rozích jsem nalepil čtyři špejle, abych pomohl zarovnat a podepřít vrstvy. Mějte na paměti, že v ideálním případě jsou vrstvy od sebe vzdáleny 1 palec. Zjistil jsem, že moje LED diody spočívaly na dřevěném rámu z předchozí vrstvy, takže je při lepení nemusím přidržovat, ale pokud by vaše plátky spočívaly v nižší výšce, spolupracovník nebo nějaké dřevěné pásy (viz foto) by Pomoc. Než slepky slepíte, ujistěte se, že mají správnou orientaci! Chcete, aby konce katody a anody směřovaly v konzistentních směrech. Zkontrolujte také orientaci LED diod.

Je velmi důležité zajistit, aby se LED diody rozsvítily při stohování každé vrstvy! Bylo by prakticky nemožné se dostat do středu krychle, až ji budete mít poskládanou.

Můžete si všimnout, že moje dřevěné rámy se nemusí nutně vzájemně sladit, ale když se podíváte na LED diody, budou lícovat lépe! Protože tuto kostku uvidíme v temném prostředí, je nesprávné zarovnání rámce přijatelné.

Dále použijte další vodiče k pájení anodových vodičů na stejné úrovni dohromady. Pokud je pro vás obtížné udržet dráty tam, zkuste „protáhnout“drát skrz vodiče (střídejte způsob, jakým drát protíná vodiče, mezi shora a zdola). Je v pořádku, pokud tyto vodiče nejsou dokonale rovné, protože hlavní struktura LED je již nastavena a boční vodiče nejsou po zapnutí LED příliš viditelné.

Abychom byli v bezpečí (raději se budeme mýlit na opatrné straně, ano?), Znovu otestujte všechny LED diody. V tomto okamžiku, pokud se jedno ze světel uprostřed krychle nerozsvítí, nejsem si jistý, zda existuje jednoduchý způsob, jak to vyřešit: (Pokud jste však byli pečliví při kontrole LED při skládání vrstvy, LED diody by měly být stále v pořádku.

Nyní můžeme odstřihnout přebytek drátu na všech kromě spodní strany. Nyní můžeme kostku dočasně odložit! Gratulujeme! Nyní jsme více než v polovině cesty:)

Krok 6: Připojení obvodu

Před uspořádáním obvodových prvků na deskách PC si prosím přečtěte schémata pdf. Toto schéma je pro kostku RGB od Kevina Darraha, a protože naše kostka má jednobarevné LED, naše pracovní zátěž je ve skutečnosti jen třetinová (konkrétně máme třetinu katodových ovládacích prvků). Důrazně doporučuji umístit všechny prvky obvodu na desky plošných spojů, abyste nejprve otestovali rozteč. Dopřejte si více prostoru pro práci, zejména pro desky posuvných registrů a desky pro ovládání anody. Poté vyhoďte součásti obvodu a pájejte pouze několik najednou, protože pájení je méně obtížné, aniž by vám překáželo tolik nožiček součástí obvodu.

anodové a katodové obvody

Náš návrh obvodu je takový, že když jsou vstupy do anodových obvodů a katodových obvodů oba 5V (nebo VYSOKÉ), LED se rozsvítí. Pojďme nejprve projít anodové obvody. Když je vstup VYSOKÝ, tranzistor se rychle nasytí a napětí kolektoru klesne téměř na 0, což znamená, že brána MOSFETu je vytažena na NÍZKOU. Vzhledem k tomu, že je zdroj MOSFET připojen k 5V, LOW v bráně znamená, že vypouštěcí napětí je nastaveno na VYSOKÉ. Kondenzátor napříč zdrojem pomáhá udržovat systém stabilní.

Když je vstup ovládání katody HIGH, tranzistor je opět nasycen a napětí kolektoru jde na 0V. Svorka kolektoru se připojuje k LED přes odpor omezující proud. Můžete si vybrat odpor omezující proud na základě vašich vlastností LED. Protože používám červené, oranžové a žluté LED diody, použil jsem 100 ohmů. Vidíme, že nyní je kladná strana LED zdvižena vysoko a záporná strana stažena nízko a LED se rozsvítí.

Protože máme 64 katodových svodů (každý sloupec) a 8 anodových svodů (každá vrstva), potřebujeme 64 sad katodového řízení a 8 sad anodového ovládání. Doporučuji, aby byly kompletní sady 8 ovládacích prvků na stejné desce, protože každý posuvný registr se připojuje k 8 ovládacím prvkům a zdá se být organizovanější, pokud 8 propojovacích vodičů jde na stejné místo. Dávejte pozor, abyste desky nepřeplnili! Budeme vést spoustu drátů, takže si dejte dostatek prostoru! Pájejte všechny součásti na desku. Jeden trik, jak zvýšit stabilitu pracovní plochy, je pájet součástky se stejnou výškou (např. Pájet tranzistory po pájení všech rezistorů, aby se zabránilo vypadávání rezistorů). Pro každou sadu 8 řídicích obvodů katody nezapomeňte připájet jeden 8kolíkový konektor, který vydává data do LED kostky.

Ze schémat to nevyplývá, ale kdekoli je tranzistor, musíme jej připojit k GND a 5V

obvody posuvného registru

Posuvné registry jsou navzájem spojeny pomocí 6 vodičů. Jsou zapojeny paralelně pro 5V, GND, CLOCK, LATCH a BLANK a v sérii pro DATA. Když připojujete vodiče, zkontrolujte, zda jsou katodové posuvné registry na konci sekvence, protože DATA vždy přecházejí na úplný konec sériové linky. Arduino v zásadě vysílá řetězec binárního kódu, který teče po připojení linky DATA. Binární kód se pak rozdělí na 8 bitů na posuvný registr. 8 svorek posuvného registru je poté připojeno k sadě 8 ovládacích prvků katody/anody. 5V napájí celou kostku, a protože máme současně rozsvíceno maximálně 64 LED, ujistěte se, že celkový proud nepřekračuje limit vašeho zdroje energie. Ostatní piny v zásadě řídí, kdy se data dostanou do posuvných registrů a kdy jsou data uvolněna do ovládacích prvků obvodu z posuvných registrů. Ujistěte se, že každý posuvný registr má svůj vlastní 8pinový konektor a každá deska posuvného registru (kromě posledního) má 6pinový konektor, přes který může vodič 5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK a DATA jít do další deska posuvného registru.

Obvod Arduino

Obvody v Arduinu jsou velmi jednoduché. V zásadě máme 6 vodičů vycházejících z Arduina (5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK a DATA). Ujistěte se, že je váš GND vodič připojen ke GND Arduina (ve skutečnosti by měl být připojen veškerý GND v tomto projektu), ale že váš 5V kabel není! Všimněte si, že Arduino ve Darrahově schématu ve skutečnosti ukazuje terminály čipu ATMEGA. Podívejte se na jeden z obrázků připojených k odpovídajícím terminálům mezi čipem a Arduinem.

Použili jsme šroubovací štít, abychom se vyhnuli přímému vedení vodičů do Arduina. Části, které potřebujete pájet na šroubový štít, jsou kolíky stohovacích konektorů pro digitální porty, 1 6pinový konektor a 1 2portová svorkovnice. Pro vyvážení můžete na druhou stranu přidat další řadu stohovacích kolíků. (Všimněte si, že modré svorkovnice zobrazené na obrázcích ve skutečnosti nic nedělají). Pájka podle schémat. Důležitá poznámka: pro jistotu připojte 5V svorku na 6kolíkovém konektoru k 5V napájecího zdroje (což je zelená svorkovnice), NE 5V Arduina. Tímto způsobem je vaše Arduino napájeno z vašeho počítače a všech 5V ve vašem obvodu je napájeno zdrojem energie. Propojte však všechny GND dohromady. Z obrázku můžete poznat, že pájím GND pin 6pólového konektoru a GND pin svorkovnice na pásek GND na šroubovacím štítu.

I když nevím, jak kontrolovat obvody posuvných registrů, můžeme a měli bychom kontrolovat řídicí obvod anody a katody pomocí prkénka. Podrobnosti najdete na fotografiích. V zásadě připojujeme vstupy desky na všechny 5V. Poté můžeme pomocí multimetru zkontrolovat výstupní napětí. Zjistili jsme, že výstupní napětí z ovládacích prvků anody je jen asi 4V, ale to je očekávaný důsledek MOSFETu.

Tipy pro zapojení:

• Nešetřete na délce propojovacích vodičů mezi deskami! Budete mít mnoho desek a spoustu drátů a bylo by jasnější a snazší při řešení potíží, pokud jsou desky dobře odděleny.
• Pomocí různých barev rozlište, který vodič je který. To je velmi důležité zejména vzhledem k tomu, kolik vodičů budete potřebovat. Tyto dráty pak vložíme do pouzdra drátu v pevné sekvenci. K vytvoření bezpečných drátových svorek použijte dobrý krimp.
• Dodržujte použití záhlaví a pouzdra drátu! V mém projektu pro určitou desku všechny vstupy pocházejí z pouzder vodičů a výstupy jdou ven přes záhlaví.
• Vzhledem k tomu, že svorky konektoru jsou docela blízko sebe, buďte opatrní, abyste nepájili vodiče dohromady, zvláště pokud jste relativně nezkušení v pájení jako já! Trik, který mi přišel užitečný, bylo zatlačit páječku dolů na drát, aby se pájka roztavila, pak pomocí kleští sevřít prameny v drátu k sobě a přitlačit drát blíže k terminálu záhlaví. Páječku odsuňte a pájecí spoj by měl brzy vychladnout a zachovat si tvar.

Krok 7: Montáž krychle

Namísto provlečení tuhých katodových vývodů přes 64 otvorů, což je v praxi docela obtížné, můžeme nejprve připájet vodiče k vývodům a poté dráty protáhnout otvory. Aby dráty mohly vycházet zpod montážní plošiny, vyvrtejte 9 otvorů na straně držáku (8 pro katodu a 1 pro anodu).

Nejprve ořízněte špejle, aby byly přibližně stejně dlouhé. Odřízněte katodové vývody tak, aby byly téměř ve stejné výšce jako špejle. Nyní ohněte olovo a pomocí kleští vytvořte malý háček. Odizolujte asi půl palce vašeho drátu a ohněte jej také. Zahákněte olovo a drát dohromady a zavřete háčky kleštěmi. To nabízí dobrý kontakt mezi vodičem a vodičem a uvolní vám ruce pro pájení. Ujistěte se, že před nejbližší pájecí spoj LED umístíte svorku chladiče, aby se tento pájecí spoj neodpojil od nového tepla. Pokud nemáte chladičové svorky, fungují také aligátorové svorky.

Je dobrým zvykem zkontrolovat spoje (změřil jsem odpor pájecího spoje) po dokončení pájení každé vrstvy, i když jsem zjistil, že metoda „háčku“poskytuje opravdu silné pájecí spoje.

Nyní provlékněte dráty otvory. Jemně zatáhněte za dráty a zatlačte montážní plošinu, aby byla v kontaktu se špejlí. Provlečte každou sadu 8 vodičů jedním otvorem na straně montážní plošiny a zajistěte svazek kusem elektrické pásky. Vzhledem k tomu, že čtyři strany krychle jsou ekvivalentní, nezáleží na tom, na které straně vaší skupiny jsou dráty. Doporučuji na nich předem vyrobit drátové svorky, abyste mohli rychle sestavit pouzdro drátu.

Pro připojení anody připájejte jeden vodič na každou úroveň a protáhněte jej z jednoho z otvorů. K zamezení roztavení sousedního pájecího spoje budete potřebovat dvě svorky chladiče.

Po připojení kostky znovu otestujte každou LED, abyste se ujistili, že jsou v pořádku.

Tipy:

Nešetřete na délce drátu! Myslím, že moje dráty jsou snadno 12 palců dlouhé, ale stále jsou o něco kratší.

Nyní jste připraveni vše připojit a spustit kostku!

Krok 8: Kód a multiplexování

Vzhledem ke krátké době projektu jsem si vypůjčil Darrahův kód a provedl jsem v něm jen drobné změny. Přikládám verzi, kterou jsem použil. Ke svému kódu udělal vynikající komentáře a doporučuji si je přečíst, abyste lépe porozuměli tomu, jak to vlastně funguje. Zde popíšu dvě klíčové vlastnosti jeho kódu, multiplexování a modulaci bitového úhlu.

Multiplexování

Všechny projekty LED kostek, o kterých jsem četl, využívají multiplexování, a to je technika, která nám umožňuje ovládat individuální světlo. Při multiplexování se rozsvítí pouze jedna vrstva LED diod najednou. Jelikož jsou však vrstvy cyklovány velmi vysokou frekvencí, obraz v našem vidění na chvíli „zůstane“a my si myslíme, že světlo tam stále je. V softwaru vytáhneme jednu vrstvu na HIGH najednou a všechny ostatní vrstvy na LOW, takže se mohou rozsvítit pouze LED diody v této vrstvě. Abychom určili, které z nich se rozsvítí, použili jsme posuvné registry k ovládání, které ze 64 katod jsou vytaženy VYSOKÉ. Před rozsvícením další vrstvy nastavíme anodu této vrstvy na NÍZKOU, aby se v této vrstvě nemohla rozsvítit žádná světla. Poté vytáhneme anodu na další vrstvě na VYSOKOU.

Modulace bitového úhlu

Technika BAM nám umožňuje ovládat jas každé LED na stupnici mezi 0 a 15. Pokud nepotřebujete změnu jasu, nemusíte ji implementovat. V zásadě máme čtyřbitový ovladač a tento ovládací prvek odpovídá 15 cyklům přechodu od spodní vrstvy k horní vrstvě (pamatujete, že pro multiplexování rozsvítíme každou vrstvu najednou?). Napíšeme -li 1 na první bit, rozsvítí se tato LED při prvním procházení vrstev. Pokud zapíšeme 1 do druhého bitu, tato LED se rozsvítí na další dva cykly. 3. bit odpovídá dalším 4 cyklům a čtvrtý odpovídá dalším 8 cyklům (máme tedy 15 cyklů v kompletní sadě). Řekněme, že chceme nastavit LED na 1/3 jejího plného jasu, což je 5/15. Abychom toho dosáhli, zapíšeme 1 do prvního a třetího bitu a 0 do dalších dvou, aby se LED dioda rozsvítila pro 1. cyklus, zhasla pro další dva, rozsvítila pro další čtyři a zhasla pro dalších 8. Protože procházíme tím tak rychle, naše vize „průměruje“jas a získáme 1/3 plného jasu.

LED kostka jako displej pro vlnové funkce?

Jednou z možností, o které jsme uvažovali na začátku tohoto projektu, bylo použít tento displej k zobrazení vlnových funkcí částic ve čtvercovém poli. V kódu Arduino jsem napsal metodu, která vykresluje základní stav a první vzrušený stav, ale ukazuje se, že rozlišení není zcela adekvátní. Základní stav se zdá být v pořádku, ale první vzrušený stav vyžaduje určitou interpretaci. Pokud však přimhouříte oko, poznáte, že funkce vypadá jako jedna boule, když se na ni díváte z jednoho směru, a vypadá to jako cyklus plné sinusové vlny, když se podíváte z druhého směru. Takto by měla vypadat amplituda vlnové funkce! Jelikož i první vzrušený stav vyžaduje určitou interpretaci zpětného pohledu, nekódoval jsem další složitější.

Krok 9: Testovací běhy

Gratulujeme k dokončení kostky! Nyní zkuste napsat vlastní funkci zobrazení a sdílet svou práci s rodinami a přáteli:)

Poté, co kostka funguje správně, přilepte zadní stranu desek plošných spojů nevodivou páskou, protože všechna spojení jsou nyní odkrytá a mohou se navzájem zkratovat.