LED Cube 4x4x4: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Paparan LED 3 dimensi yang menakjubkan. 64 LED membentuk kubus 4 x 4 dengan 4 ini, dikendalikan oleh mikrokontroler Atmel Atmega16. Setiap LED dapat ditangani secara berasingan dalam perisian, yang memungkinkannya untuk menampilkan animasi 3d yang menakjubkan! Kiub LED 8x8x8 kini tersedia, berdasarkan permintaan popular:

Langkah 1: Apa yang Anda Perlu

Pertama sekali, anda memerlukan sedikit masa untuk menyatukan 64 led;) Senarai pengetahuan:

• Kemahiran elektronik dan pematerian asas
• Ketahui cara memprogram mikrokontroler AVR - Saya tidak akan membahasnya dalam arahan ini.

Senarai komponen:

• Papan Protob. Jenis dengan bulatan tembaga.
• Pengawal mikro Atmel AVR Atmega16
• Pengaturcara untuk memprogram Atmega16
• 64 Leds
• 2 status led. Saya menggunakan warna merah dan hijau. (pilihan)
• Cip Max232 rs-232, atau setaraf.
• 16 perintang untuk led. (100-400ohms) akan kembali kepada perkara ini.
• Perintang 2x 470 ohm. untuk status led
• 1x perintang 10k
• Perintang 4x 2.2k
• Transistor 4x NPN BC338 (atau transistor lain yang mampu menukar 250-ish mA)
• Kapasitor 1x 10uF
• Kapasitor 1x 1000uF
• Kapasitor seramik 6x 0.1uF
• Kapasitor seramik 2x 22pF
• 1x kristal 14.7456 MHz
• Butang taktil 2x
• suis pwr pilihan
• penyambung untuk kuasa 12v
• penyambung pilihan untuk kuasa 5v

Langkah 2: Multiplexing

Bagaimana mengawal 64 LED tanpa menggunakan 64 wayar individu? Pelbagai mod!

Menjalankan wayar ke anod setiap led jelas tidak praktikal, dan kelihatan sangat buruk. Salah satu cara untuk mengatasi ini adalah dengan membahagikan kubus menjadi 4 lapisan LED 16x16. Semua LED yang diselaraskan dalam lajur menegak berkongsi anod biasa (+). Semua LED pada lapisan mendatar berkongsi katod biasa (-). Sekarang jika saya ingin menyalakan LED di sudut kiri atas di belakang (0, 0, 3), saya hanya membekalkan GND (-) ke lapisan atas, dan VCC (+) ke lajur di sudut kiri. Sekiranya saya hanya mahu menyalakan satu lampu pada satu masa, atau hanya menyalakan lebih daripada satu lapisan pada masa yang sama.. ini berfungsi dengan baik. Namun, jika saya juga ingin menerangi sudut kanan bawah di depan (3, 3, 0), saya menghadapi masalah. Apabila saya membekalkan GND ke lapisan bawah dan VCC ke lajur kiri depan, saya juga menyalakan led kanan atas di depan (3, 3, 3), dan LED kiri bawah di belakang (0, 0, 0). Kesan hantu ini tidak mungkin dapat diselesaikan tanpa menambahkan 64 wayar individu. Cara mengatasinya adalah dengan hanya menerangi satu lapisan pada satu masa, tetapi lakukan dengan cepat sehingga mata tidak menyedari bahawa hanya satu lapisan yang menyala setiap saat. Ini bergantung pada fenomena yang disebut Persistence of vision. Setiap lapisan adalah gambar 4x4 (16). Sekiranya kita memancarkan 4 gambar led satu per satu, sangat pantas, kita akan mendapat gambar 3d 4x4x4!

Langkah 3: Membuat Kiub, Templat

Memateri grid LED 4x4 secara bebas akan kelihatan mengerikan! Untuk mendapatkan 4 grid 4x4 LED yang sempurna, kami menggunakan templat untuk meletakkannya di tempat. Saya mahu membuat kubus semudah mungkin, jadi saya memilih untuk menggunakan LED kaki sendiri sebanyak mungkin. Jarak antara garis di grid ditentukan oleh panjang kaki LED. Saya dapati jarak 25mm (kira-kira satu inci) adalah jarak optimum antara setiap led (antara pusat setiap led!) Untuk membolehkan pematerian tanpa menambahkan atau memotong wayar.

• Cari sekeping kayu yang cukup besar untuk membuat grid 4x4 2, 5cm.
• Buat garis garisan 4x4.
• Buat penyok di semua persimpangan dengan pukulan tengah.
• Cari bit gerudi yang membuat lubang cukup kecil sehingga pendorong akan tetap dengan kuat di tempatnya, dan cukup besar sehingga lekapan dapat ditarik dengan mudah (tanpa membengkokkan wayar..).
• Bor 16 lubang.
• Templat ledcube anda selesai.

Langkah 4: Membuat Cube, Memateri Lapisan

Kami membuat kubus dalam 4 lapisan led 4x4, kemudian menyatukannya bersama. Buat lapisan:

• Masukkan LED di bahagian belakang dan sepanjang satu sisi, dan pasangkannya bersama-sama
• Masukkan barisan LED yang lain dan padu bersama. Lakukan satu baris pada satu masa untuk meninggalkan tempat untuk besi solder!
• Ulangi langkah di atas 2 kali lagi.
• tambahkan pendakap silang di bahagian depan di mana baris yang dipimpin tidak bersambung.
• Ulangi 4 kali.

Langkah 5: Membuat Kiub, Menyambungkan Lapisan

Sekarang kita mempunyai 4 lapisan itu, yang harus kita lakukan adalah menyatukannya bersama-sama.

Masukkan satu lapisan kembali ke templat. Ini akan menjadi lapisan atas, jadi pilih yang paling cantik:) Letakkan lapisan lain di atas, dan sejajarkan salah satu sudut tepat 25mm (atau jarak apa pun yang anda gunakan di grid anda) di atas lapisan pertama. Ini adalah jarak antara wayar katod. Pegang sudut di tempat dengan tangan bantu dan pateri sudut anod lapisan pertama ke sudut anod lapisan kedua. Lakukan ini untuk semua sudut. Periksa sama ada lapisannya sejajar dengan sempurna dalam semua dimensi. Sekiranya tidak bengkok sedikit untuk menyesuaikan diri. Atau solatkan semula jarak ketinggian yang dimatikan. Apabila mereka diselaraskan dengan sempurna, solatkan baki 12 anod bersamaan. Ulangi 3 kali.

Langkah 6: Memilih Nilai Perintang

Terdapat dua perkara yang perlu diingat semasa memilih nilai perintang untuk lekapan anda.

1) LED 2) AVR AVR mempunyai nilai arus gabungan maksimum 200 mA. Ini memberi kita 12mA untuk bekerja dengan setiap LED. Anda juga tidak mahu melebihi arus maksimum yang dinilai. Saya menggunakan 220 perintang ohm pada kubus saya. Ini memberi saya kira-kira 12mA setiap petunjuk.

Langkah 7: Pengawal

Litar yang mengawal kubus dipimpin dijelaskan dalam gambar skema yang dilampirkan.

Antara muka RS-232 adalah pilihan. dan boleh dihilangkan. Itulah IC2 dan semua komponen yang bersambung dengannya. Firmware masa depan akan membolehkan komunikasi PC.. Mulakan dengan meletakkan semua komponen pada papan litar anda dalam susun atur yang membolehkan semua komponen bersambung dengan jumlah wayar yang minimum. Sekiranya semuanya sesuai, solder litar. Saya tidak akan memberikan arahan lagi mengenai perkara ini, kerana litar mungkin akan kelihatan sangat berbeza dari kubus ke kubus, bergantung pada ukuran papan litar dan lain-lain. Maklumat mengenai cara memasangkan kubus ke litar pengawal ada di seterusnya langkah.

Langkah 8: Wire Up the Cube

Gambar menerangkan ini lebih baik daripada perkataan. Sila lihat gambarnya.

Langkah 9: Kompilasi dan Program

Anda kini mempunyai kubus yang dipimpin. Untuk menggunakannya, ia memerlukan beberapa perisian. Saya telah membuat pemacu untuk membuat ruang data 3d di kubus, dan berfungsi untuk memaparkan beberapa kesan visual yang hebat pada kubus. Anda boleh menggunakan kod saya, menulis sendiri atau membina kod saya dan membuat lebih banyak kesan. Sekiranya anda membuat kesan anda sendiri, sila hantarkan kod saya. Saya tidak sabar-sabar untuk melihat apa yang anda buat! Untuk menyusun program. Cukup buka perintah arahan, masukkan direktori dengan jenis kode sumber "make" pada baris perintah. Sekiranya anda ingin menggunakan ATMega32 dan bukan ATMega16, ubah saja tetapan mcu di Makefile dan kumpulkan semula (type make). Sekiranya anda menggunakan m32 dan tidak melakukan langkah ini, kubus tidak dapat boot dengan betul (lampu merah dan hijau akan terus berkedip selama-lamanya). Anda kini harus mempunyai fail bernama main.hex dalam direktori sumber. Langkah seterusnya akan menunjukkan cara memasukkan kod tersebut ke dalam kubus anda.

Langkah 10: Programkan Pengawal Mikro

Sekiranya anda mengalami masalah dengan kelajuan dan / atau beberapa LED tidak menyala. Sila baca langkah ini dengan teliti. Untuk memprogram mikrokontroler, saya menggunakan avrdude dan pengaturcara USBTinyISP.

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

Contoh saya akan ada pada sistem Linux Ubuntu. Prosedurnya hampir sama pada Windows, tetapi saya tidak dapat menolong anda dalam hal ini. Sekiranya anda menggunakan pengaturcara lain, baca manual ini untuk pengaturcara dan avrdude tersebut. Pertama, Mari kita lihat sama ada kita dapat menghubungi AVR. Sambungkan pengaturcara ke kubus dan komputer anda. Perintahnya adalah "avrdude -c usbtiny -p m16 ", di mana -c menentukan programmer, dan -p model AVR. Anda dapat melihat output dalam gambar di bawah. Sekarang, muat naik firmware: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". Sekarang, kiub harus reboot dan mula melakukan sesuatu. Ia akan berjalan pada 1mhz (sangat perlahan) menggunakan pengayun dalamannya. Dan beberapa led tidak akan berfungsi, kerana beberapa port GPIO digunakan untuk JTAG secara lalai. Untuk mengaktifkan osilator luaran dan mematikan JTAG, kita perlu memprogram byte fuse: jalankan "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "dan" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Berhati-hati semasa melakukan langkah ini! Sekiranya anda salah, anda boleh memusnahkan mikrokontroler secara kekal! Sekiranya anda menggunakan mikrokontroler lain daripada ATMega16, pastikan untuk membaca lembar data dengan teliti sebelum menukar bait fius! Setelah menulis bait fius yang betul, kubus harus reboot dan mula beroperasi pada kelajuan biasa dengan semua led beroperasi. Nikmati kiub baru anda: D

Langkah 11: Pergi Besar - 8x8x8

Setelah membuat kubus 4x4x4 yang cukup mewah ini, saya juga telah membuat sebuah kubus 8x8x8 yang sangat besar. Saya akan membuat arahan untuk itu apabila saya mempunyai masa. Sementara itu, lihat gambar:-)

Anda boleh mendapatkan versi 8x8x8 di sini: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Sila nilaikan arahan ini jika anda suka!:)