LED kubs 4x4x4: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:58

Pārsteidzošs trīsdimensiju LED displejs. 64 gaismas diodes veido šo 4 x 4 x 4 kubu, ko kontrolē Atmel Atmega16 mikrokontrolleris. Katru gaismas diodi var uzrunāt individuāli programmatūrā, ļaujot parādīt pārsteidzošas 3D animācijas! 8x8x8 LED kubs tagad ir pieejams pēc populāra pieprasījuma:

1. darbība. Kas jums nepieciešams

Pirmkārt, jums ir nepieciešams diezgan daudz laika, lai saliktu kopā 64 gaismas diodes;) Zināšanu saraksts:

• Pamata elektronikas un lodēšanas prasmes
• Ziniet, kā programmēt AVR mikrokontrolleru - šajā pamācībā es to neaptveršu.

Komponentu saraksts:

• Protoboard. Tips ar vara apļiem.
• Atmel AVR Atmega16 mikrokontrolleris
• Programmētājs Atmega16 programmēšanai
• 64 gaismas diodes
• 2 statusa gaismas diodes. Es izmantoju sarkanu un zaļu. (neobligāti)
• Max232 rs-232 mikroshēma vai līdzvērtīga.
• 16 rezistori LED. (100–400 omi) atgriezīsies pie šī.
• 2x rezistors 470 omi. statusa gaismas diodēm
• 1x 10k rezistors
• 4x rezistors 2.2k
• 4x NPN tranzistors BC338 (vai cits tranzistors, kas spēj pārslēgt 250 ish mA)
• 1x 10uF kondensators
• 1x 1000uF kondensators
• 6x 0,1uF keramikas kondensators
• 2x 22pF keramikas kondensators
• 1x kristāls 14,7456 MHz
• 2x taustes poga
• izvēles pwr slēdzis
• savienotājs 12V barošanai
• papildu savienotājs 5V strāvas padevei

2. darbība: multipleksēšana

Kā kontrolēt 64 gaismas diodes, neizmantojot 64 atsevišķus vadus? Multipleksēšana!

Vada vadīšana pie katra LED anoda acīmredzami būtu nepraktiska un izskatītos patiešām slikti. Viens veids, kā to apiet, ir sadalīt kubu 4 slāņos pa 16x16 gaismas diodēm. Visām vertikālā kolonnā izlīdzinātām gaismas diodēm ir kopīgs anods (+). Visām horizontālā slāņa gaismas diodēm ir kopīgs katods (-). Tagad, ja es vēlos iedegt LED augšējā kreisajā stūrī aizmugurē (0, 0, 3), es vienkārši piegādāju GND (-) augšējam slānim un VCC (+) kolonnai kreisajā stūrī. Ja es vienlaicīgi gribu iedegt tikai vienu gaismas diodi vai vienlaikus iedegties tikai vairākos slāņos.. tas darbojas labi. Tomēr, ja es arī vēlos apgaismot apakšējo labo stūri priekšpusē (3, 3, 0), man rodas problēmas. Kad es piegādāju GND apakšējam slānim un VCC priekšējai kreisajai kolonnai, es iedegu arī augšējo labo LED priekšpusē (3, 3, 3) un apakšējo kreiso gaismas diodi aizmugurē (0, 0, 0). Šo dubultošanas efektu nav iespējams novērst, nepievienojot 64 atsevišķus vadus. Veids, kā to apiet, ir izgaismot tikai vienu slāni vienlaikus, bet dariet to tik ātri, ka acs neatpazīst, ka jebkurā laikā tiek izgaismots tikai viens slānis. Tas balstās uz parādību, ko sauc par redzes noturību. Katrs slānis ir 4x4 (16) attēls. Ja mēs paātrinām 4 16 LED attēlus pa vienam, patiešām ātri, mēs iegūstam 4x4x4 3D attēlu!

3. darbība: izveidojiet kubu, veidni

4x4 LED lodēšanas režģi ar brīvu roku izskatītos briesmīgi! Lai iegūtu 4 perfektus 4x4 LED režģus, mēs izmantojam veidni, lai tos noturētu vietā. Es gribēju padarīt kubu pēc iespējas vieglāku, tāpēc es izvēlējos izmantot gaismas diodes savas kājas, cik vien iespējams. Attālumu starp līnijām režģī noteica LED kāju garums. Es atklāju, ka 25 mm (apmēram collas) bija optimālais attālums starp katru vadu (starp katra gaismas diodes centru, tas ir!), Lai varētu lodēt, nepievienojot vai negriežot vadu.

• Atrodiet pietiekami lielu koka gabalu, lai izveidotu 4x4 režģi ar izmēru 2, 5 cm.
• Uzzīmējiet 4x4 līniju režģi.
• Ar centra perforatoru izveidojiet iespiedumus visos krustojumos.
• Atrodiet urbjmašīnu, kuras caurumi ir pietiekami mazi, lai gaismas diode paliktu stingri vietā, un pietiekami liela, lai to varētu viegli izvilkt (nesaliekot vadus..).
• Izurbiet 16 caurumus.
• Jūsu ledcube veidne ir pabeigta.

4. solis: kuba izgatavošana, slāņu lodēšana

Mēs izgatavojam kubu 4 slāņu 4x4 gaismas diodēs, pēc tam lodējam kopā. Izveidojiet slāni:

• Ievietojiet gaismas diodes aizmugurē un vienā pusē un lodējiet tās kopā
• Ievietojiet citu LED rindu un lodējiet tos kopā. Veiciet vienu rindu vienlaikus, lai atstātu vietu lodāmurim!
• Atkārtojiet iepriekš minēto darbību vēl 2 reizes.
• pievienojiet šķērssavienojumu priekšpusē, kur nav savienotas vadītās rindas.
• Atkārtojiet 4 reizes.

5. darbība: kuba izgatavošana, slāņu savienošana

Tagad, kad mums ir šie 4 slāņi, viss, kas mums jādara, ir tos lodēt kopā.

Ievietojiet vienu slāni atpakaļ veidnē. Šis būs augšējais slānis, tāpēc izvēlieties glītāko:) Uzlieciet virsū citu slāni un izlīdziniet vienu no stūriem tieši 25 mm (vai neatkarīgi no attāluma, ko izmantojāt režģī) virs pirmā slāņa. Tas ir attālums starp katoda vadiem. Ar palīdzīgu roku turiet stūri vietā un pielieciet pirmā slāņa stūra anodu pie otrā slāņa stūra anoda. Dariet to visiem stūriem. Pārbaudiet, vai slāņi ir pilnīgi izlīdzināti visos izmēros. Ja nav saliekt mazliet, lai pielāgotos. Vai arī atkārtoti lodēt tā augstuma attālumu, kas ir izslēgts. Kad tie ir perfekti izlīdzināti, pielodējiet atlikušos 12 anodus kopā. Atkārtojiet 3 reizes.

6. solis: Rezistoru vērtību izvēle

Izvēloties rezistoru vērtību LED, jāņem vērā divas lietas.

1) Gaismas diodes 2) AVR AVR maksimālā kombinētā strāva ir 200 mA. Tas dod mums 12mA strādāt ar vienu LED. Jūs arī nevēlaties pārsniegt maksimālo strāvu, kāda ir jūsu gaismas diodēm. Es savā kubā izmantoju 220 omu rezistorus. Tas man deva aptuveni 12 mA uz vienu vadu.

7. solis: kontrolieris

Ķēdes, kas kontrolē led kubu, ir aprakstītas pievienotajā shematiskajā attēlā.

RS-232 saskarne nav obligāta. un to var izlaist. Tas ir IC2 un visi ar to savienotie komponenti. Nākotnes programmaparatūra ļaus sazināties ar datoru. Sāciet ar visu shēmas plates komponentu izkārtojumu, kas ļauj visiem komponentiem izveidot savienojumu ar minimālu vadu skaitu. Ja viss atbilst, pielodējiet ķēdi. Es nesniegšu vairāk norādījumu par to, jo ķēde, iespējams, izskatīsies ļoti atšķirīgi no kuba atkarībā no shēmas plates izmēra utt. Informācija par to, kā savienot kubu ar kontroliera shēmu, ir nākamajā solis.

8. solis: savienojiet kubu

Bildes to izskaidro labāk nekā vārdi. Lūdzu, skatiet attēlus.

9. solis: apkopojiet un programmējiet

Tagad jums ir led kubs. Lai to izmantotu, tam ir nepieciešama programmatūra. Esmu izveidojis draiveri, lai uz kuba izveidotu 3D datu telpu, un funkcijas, lai parādītu dažus interesantus vizuālos efektus kubā. Varat izmantot manu kodu, rakstīt savu vai izmantot manu kodu un veiciet citus efektus. Ja veidojat savus efektus, lūdzu, atsūtiet man kodu. Es ļoti vēlos redzēt, ko jūs darāt! Lai apkopotu programmu. Vienkārši atveriet komandu uzvedni, ievadiet direktoriju ar avota koda tipu "make" komandrindā. Ja vēlaties izmantot ATMega32, nevis ATMega16, vienkārši mainiet mcu iestatījumu Makefile un pārkompilējiet (ierakstiet make). Ja izmantojat m32 un neveicat šo darbību, kubs netiks pareizi sāknēts (sarkanās un zaļās gaismas nemitīgi mirgos). Tagad avota direktorijā vajadzētu būt failam ar nosaukumu main.hex. parādīs, kā iegūt šo kodu savā kubā.

10. solis: ieprogrammējiet mikrokontrolleru

Ja rodas problēmas ar ātrumu un/vai dažas gaismas diodes nedeg. Lūdzu, uzmanīgi izlasiet šo soli. Lai ieprogrammētu mikrokontrolleru, es izmantoju avrdude un USBTinyISP programmētāju.

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

Mani piemēri būs Ubuntu Linux sistēmā. Procedūrai vajadzētu būt gandrīz identiskai operētājsistēmā Windows, taču es nevaru jums palīdzēt. Ja izmantojat citu programmētāju, izlasiet šī programmētāja rokasgrāmatu un avrdude. Pirmkārt, apskatīsim, vai mēs varam sazināties ar AVR. Pievienojiet programmētāju kubam un datoram. Komanda ir "avrdude -c usbtiny -p m16 ", kur -c norāda programmētāju un -p AVR modeli. Rezultātu var redzēt zemāk redzamajos attēlos. Tagad augšupielādējiet programmaparatūru: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". Līdz šim kubam vajadzētu atsāknēt un sākt darīt lietas. Tas darbosies ar ātrumu 1 MHz (ļoti lēni), izmantojot tā iekšējo oscilatoru. Un daži gaismas diodes nedarbosies, jo daži GPIO porti pēc noklusējuma tiek izmantoti JTAG. Lai iespējotu ārējo oscilatoru un atspējotu JTAG, mums ir jāprogrammē drošinātāju baiti: palaist "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse": w: 0xef: m "un" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Esiet uzmanīgs, veicot šo darbību! Ja jūs nepareizi saprotat, jūs varat neatgriezeniski iznīcināt savu mikrokontrolleri! Ja izmantojat citu mikrokontrolleri, nevis ATMega16, pirms drošinātāju baitu nomaiņas uzmanīgi izlasiet datu lapu! Pēc pareizo drošinātāju baitu uzrakstīšanas kubam vajadzētu atsāknēt un sākt darboties normālā ātrumā, kad visi gaismas diodes darbojas. Izbaudiet jauno kubu: D

11. solis: palieliniet - 8x8x8

Pēc šī diezgan iedomātā 4x4x4 kuba izgatavošanas esmu izveidojis arī milzīgu 8x8x8 kubu. Kad būs laiks, es par to darīšu pamācību. Tikmēr skaties bildes:-)

8x8x8 versiju varat atrast šeit: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Lūdzu, novērtējiet šo pamācību, ja jums tā patīk!:)