LED Cube 4x4x4: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Úžasný 3 dimenzionální LED displej. 64 LED diod tvoří tuto kostku 4 x 4 x 4, ovládanou mikrokontrolérem Atmel Atmega16. Každou LED lze softwarově adresovat samostatně, což jí umožňuje zobrazovat úžasné 3D animace! LED kostka 8x8x8 je nyní k dispozici podle oblíbené poptávky:

Krok 1: Co potřebujete

Za prvé, potřebujete dost času na pájení dohromady 64 LED;) Seznam znalostí:

• Základní dovednosti v oblasti elektroniky a pájení
• Vědět, jak naprogramovat mikrokontrolér AVR - v tomto pokynu to nebudu pokrývat.

Seznam součástí:

• Protoboard. Typ s měděnými kruhy.
• Mikrokontrolér Atmel AVR Atmega16
• Programátor pro programování Atmega16
• 64 LEDek
• 2 stavové LED. Použil jsem červenou a zelenou. (volitelný)
• Čip Max232 rs-232 nebo ekvivalent.
• 16 odporů pro LED diody. (100-400 ohmů) se k tomu vrátí.
• 2x odpor 470 ohmů. pro stavové diody
• 1x rezistor 10k
• 4x odpor 2,2k
• 4x NPN tranzistor BC338 (nebo jiný tranzistor schopný spínat 250 ish mA)
• 1x 10uF kondenzátor
• 1 x 1000uF kondenzátor
• 6x 0,1uF keramický kondenzátor
• 2x 22pF keramický kondenzátor
• 1x krystal 14,7456 MHz
• 2x hmatové tlačítko
• volitelný přepínač pwr
• konektor pro napájení 12v
• volitelný konektor pro napájení 5 V.

Krok 2: Multiplexování

Jak ovládat 64 LED bez použití 64 jednotlivých vodičů? Multiplexování!

Vedení drátu na anodu každé diody by bylo evidentně nepraktické a vypadalo by to opravdu špatně. Jedním ze způsobů, jak to obejít, je rozdělit kostku na 4 vrstvy 16x16 LED. Všechny LED diody zarovnané ve svislém sloupci sdílejí společnou anodu (+). Všechny LED diody na horizontální vrstvě sdílejí společnou katodu (-). Nyní, pokud chci rozsvítit LED v levém horním rohu vzadu (0, 0, 3), dodám pouze GND (-) do horní vrstvy a VCC (+) do sloupce v levém rohu. Pokud chci rozsvítit pouze jednu LED současně, nebo rozsvítit více než jednu vrstvu současně.. funguje to dobře. Pokud však chci také rozsvítit pravý dolní roh vpředu (3, 3, 0), narážím na problémy. Když dodávám GND do spodní vrstvy a VCC do předního levého sloupku, rozsvítím také přední pravou LED v přední části (3, 3, 3) a spodní levou LED vzadu (0, 0, 0). Tento efekt duchů nelze obejít bez přidání 64 jednotlivých vodičů. Způsob, jak to obejít, je rozsvítit vždy jen jednu vrstvu, ale udělat to tak rychle, aby oko nerozpoznalo, že se rozsvítí vždy jen jedna vrstva. To závisí na jevu zvaném Persistence of vision. Každá vrstva je obraz 4x4 (16). Pokud bleskneme 4 16 LED obrázků po jednom, opravdu rychle, dostaneme 3D obraz 4x4x4!

Krok 3: Vytvoření krychle, šablony

Pájecí mřížky LED 4x4 by vypadaly hrozně! Abychom získali 4 dokonalé mřížky LED 4x4, použijeme šablonu, abychom je udrželi na svém místě. Chtěl jsem, aby byla kostka co nejjednodušší, proto jsem se rozhodl použít LED diody vlastní nohy co nejvíce. O vzdálenosti mezi čarami v mřížce rozhodovala délka LED diod. Zjistil jsem, že 25 mm (asi palec) je optimální vzdálenost mezi každou LED (mezi středem každé LED, která je!), Aby bylo možné pájení bez přidávání nebo řezání drátu.

• Najděte kus dřeva dostatečně velký, aby vytvořil mřížku 4x4 2,5 cm.
• Nakreslete mřížku čar 4x4.
• Proveďte promáčknutí ve všech průsečících se středovým razníkem.
• Najděte vrták, který udělá dostatečně malé otvory, aby led zůstal pevně na svém místě, a dostatečně velký, aby se dioda dala snadno vytáhnout (bez ohýbání drátů..).
• Vyvrtejte 16 otvorů.
• Vaše šablona ledcube je hotová.

Krok 4: Výroba krychle, pájení vrstev

Kostku vyrobíme ve 4 vrstvách LED 4x4, poté je spojíme dohromady. Vytvoříme vrstvu:

• Vložte LED diody podél zad a po jedné straně a spojte je dohromady
• Vložte další řadu LED diod a spojte je dohromady. Udělejte jednu řadu najednou, abyste opustili místo pro páječku!
• Výše uvedený krok opakujte ještě 2krát.
• tam, kde nejsou připojeny řady LED, přidejte příčné ztužení vpředu.
• Opakujte 4krát.

Krok 5: Vytvoření krychle, propojení vrstev

Nyní, když máme tyto 4 vrstvy, vše, co musíme udělat, je spojit je dohromady.

Vložte jednu vrstvu zpět do šablony. Toto bude vrchní vrstva, takže vyberte tu nejhezčí:) Navrch položte další vrstvu a zarovnejte jeden z rohů přesně 25 mm (nebo jakoukoli vzdálenost, kterou jste použili v mřížce) nad první vrstvou. Toto je vzdálenost mezi katodovými dráty. Pomocnou rukou přidržte roh na místě a připájejte rohovou anodu první vrstvy k rohové anodě druhé vrstvy. Udělejte to pro všechny rohy. Zkontrolujte, zda jsou vrstvy ve všech rozměrech dokonale zarovnané. Pokud ne, trochu se ohněte a upravte. Nebo znovu pájet výškovou vzdálenost, která je vypnutá. Když jsou dokonale zarovnané, pájejte zbývajících 12 anod dohromady. Opakujte 3krát.

Krok 6: Výběr hodnot odporu

Při výběru hodnoty odporu pro vaše diody je třeba mít na paměti dvě věci.

1) LED diody 2) AVR AVR má maximální kombinovaný jmenovitý proud 200 mA. To nám dává 12 mA pro práci s každou LED. Také nechcete překročit maximální proud, ke kterému jsou vaše LED diody hodnoceny. Na svoji kostku jsem použil odpory 220 ohmů. To mi dalo asi 12mA na led.

Krok 7: Ovladač

Obvody ovládající ledovou kostku jsou popsány na přiloženém schematickém obrázku.

Rozhraní RS-232 je volitelné. a lze jej vynechat. To je IC2 a všechny komponenty k němu připojené. Budoucí firmware umožní komunikaci s počítačem. Začněte tím, že na desku plošných spojů rozložíte všechny komponenty v rozvržení, které umožní připojení všech komponent s minimálním počtem vodičů. Pokud vše sedí, zapájejte obvod. K tomu nebudu poskytovat žádné další pokyny, protože obvod bude pravděpodobně vypadat velmi odlišně od krychle k krychli, v závislosti na velikosti desky s plošnými spoji atd. Informace o tom, jak kostku zapojit do obvodu ovladače, jsou v dalším krok.

Krok 8: Zapojte kostku

Obrázky to vysvětlují lépe než slova. Podívejte se prosím na obrázky.

Krok 9: Kompilace a program

Nyní máte kostku LED. Aby to bylo možné použít, potřebuje to nějaký software. Vytvořil jsem ovladač pro vykreslení 3D datového prostoru na krychli a funkce pro zobrazení skvělých vizuálních efektů na krychli. Můžete použít můj kód, napsat vlastní nebo na něm stavět můj kód a proveďte další efekty. Pokud vytváříte vlastní efekty, pošlete mi prosím kód. Těším se, až uvidíte, co vyrobíte! Zkompilovat program. Stačí otevřít příkazový řádek, na příkazovém řádku zadat adresář se zdrojovým kódem „make“. Pokud chcete místo ATMega16 použít ATMega32, změňte pouze nastavení mcu v Makefile a překompilovat (zadejte make). Pokud použijete m32 a neprovedete tento krok, kostka se nespustí správně (červená a zelená kontrolka bude stále blikat). Nyní byste měli mít ve zdrojovém adresáři soubor s názvem main.hex. Další krok vám ukáže, jak dostat ten kód do vaší krychle.

Krok 10: Naprogramujte mikrokontrolér

Pokud máte problémy s rychlostí a/nebo některé LED nesvítí. Přečtěte si prosím pečlivě tento krok. K programování mikrokontroléru používám 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 příklady budou v systému Ubuntu Linux. Postup by měl být v systému Windows téměř identický, ale s tím vám nemohu pomoci. Pokud používáte jiný programátor, přečtěte si příručku k tomuto programátoru a avrdude. Nejprve se podívejme, jestli můžeme navázat kontakt s AVR. Připojte programátor k vaší krychli a počítači. Příkaz zní „avrdude -c usbtiny -p m16 ", kde -c určuje programátor a -p model AVR. Výstup můžete vidět na obrázcích níže. Nyní nahrajte firmware: „avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex“. Nyní by se kostka měla restartovat a začít dělat věci. Bude běžet na 1 MHz (velmi pomalu) pomocí interního oscilátoru. A některé LED diody nebudou fungovat, protože některé porty GPIO jsou standardně použity pro JTAG. Chcete -li povolit externí oscilátor a zakázat JTAG, musíme naprogramovat bajty pojistek: spusťte "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "a" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Buďte opatrní při tomto kroku! Pokud to špatně pochopíte, můžete svůj mikrokontrolér trvale zničit! Pokud používáte jiný mikrokontrolér než ATMega16, nezapomeňte si před změnou bytů pojistek pečlivě přečíst datový list! Po napsání správných bytů pojistek by se kostka měla restartovat a začít pracovat pravidelnou rychlostí se všemi LED diodami v provozu. Užijte si svou novou kostku: D

Krok 11: Zvětšete velikost - 8x8x8

Poté, co jsem vytvořil tuto docela efektní kostku 4x4x4, jsem také vytvořil obrovskou kostku 8x8x8. Až budu mít čas, udělám pro to instruktáž. Mezitím si prohlédněte obrázky:-)

Verzi 8x8x8 najdete zde: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Ohodnoťte prosím tento návod, pokud se vám líbí!:)