Arduino -baseret 3x3 LED -terning: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hej og velkommen til min første Instructable.

Jeg præsenterer et enkelt, pænt design til en begyndere 3x3x3 LED -terning. For at gøre det lettere at bygge giver jeg oplysninger om et tilpasset printkort, du kan lave dig selv eller købe, instruktioner, og du kan ligesom jeg genbruge softwaren fra denne store Arduino bibliotek LED-terning og arduino lib.

Et af designformålene var kun at bruge gennemgående huller, de er lettere for begyndere at lodde, og alt er let tilgængeligt via internettet på dine yndlingsauktioner/shoppingsteder.

Designet kan drives af et USB-kabel eller en 7,5-12V DC-strømadapter.

Kredsløbet bruger et nedskåret Arduino-kernedesign, og du kan programmere det i kredsløb ved hjælp af enten en billig In Circuit System Programmable (ICSP) programmerer eller en let tilgængelig USB til TTL-adapter. Den eneste software, du har brug for, er den ærværdige Arduino IDE.

Dette design er ikke revolutionerende, det bygger bare på tidligere arbejde, og jeg pakket det pænt. Jeg håber at du nyder det.

Trin 1: Påkrævede dele

Dette design bruger bredt tilgængelige hulledele. Din foretrukne lokale distributør skal have de dele, du har brug for, på lager.

Du har brug for en Atmega 168p eller Atmega 328p med Arduino bootloader blinket ind i den. Du kan finde disse på Ebay, søg efter "arduino bootloader", sørg for at købe Dual In Line (DIL) -varianten. Du har også brug for en USB type B -stik, den almindelige, ældre, fede. Jeg valgte dette, da det er let at lodde. Transistorerne, T1-T3 er NPN-transistorer til generelle formål, samt de angivne typer, du kan bruge BC108, 2N2222, 2N3904 osv., Tjek dog altid transistorens pinout mod printkortet.

For de vigtige lysdioder skal du sørge for at købe høj lysstyrke eller ultralette lysdioder. Jeg brugte 10000-12000mcd LED'er fra en sælger på Ebay til eksempelkuben vist her. Du vil have lyse, så du stadig kan se terningen i normal rumbelysning. Hvis varebeskrivelsen beskriver synsvinklen, typisk er den 20 grader, men du kan finde en med en bredere synsvinkel, overvej det. Disse ultralette lysdioder er ikke de mest tydelige, når de ses fra siden. Du skal muligvis prøve et par lysdioder fra forskellige leverandører, før du finder dem, der passer til dine behov.

Komplet reservedelsliste:

Del Værdi Beskrivelse PCB Den flotte grønne print, gør det eller køb den. 27 3 mm LED'er, farve efter eget valg. C1 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C2 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch keramisk kondensator

C3 22p 22pF, 25V, 4.4mm pitch keramisk kondensator C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C6 10u 10uF 16V, 5.5mm kasse Elektrolytkondensator, 16V C7 22u 10uF 16V, 5.5mm kasse Elektrolytkondensator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 eller ATMEGA328 med Arduino bootloader IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA lineær regulator, TO92 pakke ICSP ICSP Pin header strip, 0,1 "pitch, 2x3 måde. J1 DCJ0202 DC stikkontakt, 2,1 mm indvendig diameter. JP1 Pin header strip, 0,1 "pitch, 1x3 måde. Q2 16MHz 16MHz, HC49 -krystal, 50ppm, lavprofil R1 10k 10K 1/4W metalfilmmodstand 1% R2 1k 1K 1/4W metalfilmmodstand 1% R3 1k 1K 1/4W metalfilmmodstand 1% R4 1k 1K 1/ 4W metalfilmmodstand 1% R5 470 470 1/4W metalfilmmodstand 1% R6 1k 1K 1K 1/4W metalfilmmodstand 1% R8 100 100R 1/4W metalfilmmodstand 1% R9 100 100R 1/4W metalfilmmodstand 1% R10 470 470R 1/4W metalfilmmodstand 1% R11 470 470R 1/4W metalfilmmodstand 1% R12 470 470R 1/4W metalfilmmodstand 1% R13 470 470R 1/4W metalfilmmodstand 1% R14 470 470R 1/4W metalfilm modstand 1% R15 470 470R 1/4W metal film modstand 1% R16 470 470R 1/4W metal film modstand 1% R17 470 470R 1/4W metal film modstand 1% R18 1k 1K 1/4W metal film modstand 1% R19 LDR Valgfri LDR S1 S1 4 -polet, 6x6mm PCB -monteret PTH -switch. T1 BC547 BC547/BC548 low power NPN transistor, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 low power NPN transistor, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 low power NPN transistor, TO92 X4 USB type B socket, PCB mount through hole. 4 x 3-5mm high stick på gummifødder.

Trin 2: Kredsløbsdiagram og driftsforklaring

Skematikken er vist ovenfor.

Designet er baseret på Arduino Duemilanove -skematisk, fjernet til det væsentlige. USB til seriel enhed blev fjernet, men der er et serielt overskrift, JP1, som gør det muligt for en USB til TTL -adapter at programmere enheden, mere om programmering senere. Der er også ICSP -header.

Kortet kan betjenes fra USB -stikket ved hjælp af den praktiske 5V -forsyning i pc'en eller en billig opladningspakke til mobiltelefoner. Den anden mulighed bruger DC-stikindgangen, dette accepterer en 7-15V DC-indgang, så du kan bruge enhver stikadapter, du har. Kredsløbet bruger kun 30mA, så kasseret adapter fra en død gadget skulle fungere, tjek din skraldespand.

Modstandene R12 til R17 indstiller strømmen, som indstiller lysdiodernes lysstyrke. Med RØDE lysdioder og de viste 470R -modstande er strømmen ~ 5mA pr. LED. For at beregne LED -strømmen har du brug for Atmega -enhedens udgangsspænding (4,2V) og LED'ens fremspændingsfald, for en rød LED er den 1,7V. Formlen er:

LED strøm = (Atmega udgangsspænding - LED spænding)/I Led

Med de dele, jeg brugte: LED-strøm = (4.2-1.7)/470LED-strøm = 5.31mA

Begræns strømmen fra Atmega 168/328 til 10mA

Nogle almindelige LED -spændingsfald:

Rød 1.7VGul 2.1V Orange 2.1V Grøn 2.2V Blå 3.2V Superblå 3.6V Hvid kølig 3.6V

Så du kan bruge en høj lysstyrke blå LED, modstanden ville falde til 270R. Du kan øge strømmen til 10mA, i min test fandt jeg ud af, at 5mA var tilstrækkelig.

Transistorer T1-T3 er almindelige NPN BJT-transistorer, BC547/BC548/2N2222 osv. De styrer skiftet af hvert af de tre lag. Modstande R2-R4 begrænser modstandens basisstrøm.

R6 og PWR LED er valgfri, kopieret fra Arduino, det er lidt tydeligt, hvis strømmen er til LED -terningen.

C2, C3 og Q2 danner urkredsløbet til Atmega 168/328p-enheden, forudprogrammeret med bootloaderen. Sørg for, at du passer til 22pF kondensatorerne her og ikke andre steder, hvor chippen ikke starter. C1, C4 og C5 er afkobling af strømforsyningen. IC2, C6 og C7 danner et simpelt lineært regulator kredsløb. Ikke meget at sige om dette, men sørg for at montere kondensatorerne den rigtige vej. Der er + symboler på printkortet og silketryk.

SK1 og R8 og R9 er den serielle grænseflade. Ved hjælp af en USB til TTL-adapter kan du programmere enheden ved hjælp af eksemplet her

Trin 3: Hentning af designfilerne og fremstilling af printkortet

PCB -designdata kan downloades fra Github på

Der er behandlede Gerber -filer til afsendelse til et PCB -fabrikat, skematisk og PCB -overlay i-p.webp

PCB'en kunne fremstilles derhjemme, jeg ville have gjort dette, men jeg løb tør for Etchant. Designet kan fremstilles ved hjælp af et enkeltsidet printkort, og det øverste lag (RØDT på billederne) kan implementeres ved hjælp af fortinnede kobbertrådsledninger. Jeg brugte https://pcbshopper.com/ til at finde en passende leverandør til prototyperne, jeg brugte Elecrow.

PCB -designet på Github har 3 ændringer til prototypedesignet vist her:

1. 7805CV -regulatoren er blevet erstattet af en mindre 78L05 -regulator.
2. PCB skrumpede med 5 mm.
3. Jeg fjernede polyfuse fra USB +5V feedet.

Trin 4: Montering af printkortet

PCB'et er rimeligt ligetil at samle. Jeg har tilføjet et foto af det samlede PCB og layoutet ovenfor til reference. Jeg starter altid med at montere de mindste dele først og arbejde opad, især vigtigt, hvis du ikke har et PCB -stativ.

1. Start med at montere modstandene først, lod dem ikke endnu. Sørg for at indsætte den korrekte komponent det rigtige sted. For at lette kontrollen skal du montere dem med tolerancebåndet til højre/bund, det gør det lettere at kontrollere bagefter. Se her, hvis du har brug for hjælp til at identificere modstandens farvekoder. Når du har kontrolleret, at de korrekte dele er på det rigtige sted, loddes delene.
2. Lodde krystallen Q2 på plads og kondensatorerne C2 og C3.
3. Lod den 28 -benede stikkontakt til Atmega168/328 på plads, sørg for at have pin 1 hak øverst, dette hjælper med at forhindre at sætte enheden baglæns.
4. Monter ICSP- og JP1 -stik.
5. Monter kondensatorerne C1, C4 og C5, alle 100nF (delkode 104).
6. Den lineære regulator IC2.
7. Monter transistorerne T1, T2 og T3. Sørg for, at du ikke har byttet T1/T2/T23 og IC1, da de alle er i samme pakke.
8. Passer S1, orienteringen er ligegyldig.
9. Tilpas C6 og C7, sørg for at få polariteten korrekt!
10. Monter USB -stikket X4.
11. Monter jævnstrømstikket J1.

Den sidste bit, der skal samles, er det SIL -vendte stifthoved. Jeg bruger et par fine fræsere til forsigtigt at fjerne plastikken fra hver stift af strimlen, jeg gentager dette, indtil jeg har 12 drejede stikkontakter, derefter ved hjælp af en tang og 3 hænder, loddes hver efter tur til printkortet. Da de fleste mennesker ikke har 3 hænder, blinker hvert hul med noget loddemateriale, lad det køle af for at dække puden. Påfør derefter loddejernet for at smelte loddet og indsæt tappen, fjern loddejern til en samling. Du kan få brug for noget frisk loddemetal, hvis du har en tør samling.

Inden du kontrollerer din lodning, skal du tage en kort pause, måske for en drink? Undersøg din lodning, kontroller USB -stikket, da benene er tæt på hinanden og stifterne på Atmega168/328 -enheden.

Når du er tilfreds med din lodning, anbringes de selvklæbende fødder på undersiden af printkortet.

Trin 5: Montering af LED -terningen

Dette er den vanskeligste del af forsamlingen. Tag dig god tid, vær ikke bange.

Jeg har tilføjet noter til billederne ovenfor, da et billede siger tusind ord.

Et par vigtige punkter.

1. Sørg for, at den positive ledning (længere ben) peger nedad, når designet skifter +V til de 9 lysdioder på hvert lag.
2. Sørg for, at den negative ledning er bøjet 90 grader til LED'en for at lave de vandrette stænger.
3. Byg hvert lag individuelt, og dobbelt/tredobbelt tjek bygningen.
4. Sørg for, at den fortinnede kobbertråd, når den bruges, er halvvejs mellem hver række LED'er, hvilket gør det lettere at klæbe på lagomskifterwiren.

Trin 6: Test og afsluttende kubesamling

Inden du tilslutter LED -terningsenheden eller Atmega168/328 -enheden, kan du foretage et par enkle kontroller.

Hvis du har en DMM (du skal have en, hvis du bygger et projekt som dette), skal du måle modstanden på tværs af stifter 7 (positiv) og 8 (negativ) på 28 -polet stik, du skal have> 1K. Hvis det er lavere end dette, skal du kontrollere din lodning.

Anvend derefter en 7-15V-indgang til J1, gå tilbage til ben 7 og 8 i 28-pin-stikket, mål spændingen, du skal se 5V, men det kan være hvor som helst mellem 4,90V og 5,1V, det er fint. Hvis du har monteret R6 og PWR LED, skal dette være tændt.

Tag J1 ud, tilslut en USB -ledning til X4, tilslut kablet til en hub eller lysnettet til 5V USB -adapter, gentag spændingsaflæsning på ben 7 og 8 i 28 -pin -stikket, er aflæsningen omkring 5V?

Ovenstående kontrol skulle sikre, at forsyningsspændingerne var korrekte og med den rigtige polaritet.

Indsæt derefter forsigtigt Atmega168p/328p -enheden. Bøj stifterne en smule, hvis det er nødvendigt, så de passer til fatningen. Brug J1 og din 7-15V-forsyning til at tænde for strømmen, se om IC2 bliver varm kort efter tænding. Hvis det gør det, skal du slukke for strømmen og kontrollere retningen af IC1.

Indsæt derefter forsigtigt den første række i LED -arrayet. Sørg for, at en af de fortinnede kobbertrådsstøtter er tæt på PADL1, PADL2 og PADL3, du har brug for dette senere, når du lodder tråden til hvert lag. Det er bedst at starte med en hjørnestift og bruge en nåletang, bøje hver nål forsigtigt lidt, række for række, for at passe til stikket på printet. Jeg har tilføjet et foto af det første samlede lag ovenfor. Ved hjælp af et stykke enkeltstrenget 1/0,6 tråd skæres den til en længde, der er egnet til at gå fra PADL1/PADL2 eller PADL3 til hvert lag af terningen. Jeg fandt det lettere at indsætte den første række lysdioder i printkortet og lodde den første lags kontroltråd (vist i hvidt) og derefter gå tilbage til det forrige trin, lave en anden række og derefter samle hvert lag på printet, da dette gav en stabil grundlag.

Start med at lodde det næste lag ved at lodde en af hjørne -LED'erne, og lod derefter det modsatte hjørne. Kontroller nu, at laget er plant, før du lodder mere. Når du har justeret laget, loddes de to andre hjørne-lysdioder, arrayet skal udjævnes, men tjek det igen. Lod de resterende lysdioder. Gentag lagsamlingen for det sidste lag.

Trin 7: Programmering

Afhængigt af din Atmega -enhed skal du muligvis programmere bootloaderen eller bare downloade koden. Hvis du har en chip med bootloaderen allerede programmeret, kan du bruge en USB til TTL -adapter. Følg denne vejledning:

www.instructables.com/id/Program-Arduino-Mini-05-with-FTDI-Basic/

Du kan også bruge 2x3 pin In Circuit System Programmable (ICSP) stik, du kan bruge en anden Arduino til at gøre dette:

www.instructables.com/id/How-to-use-Arduino-Mega-2560-as-Arduino-isp/

Jeg bruger en Usbasp-programmerer, der fungerer med Arduino IDE, konfigurer dette via menuen Værktøjer-> Programmer. Du kan vælge Arduino/Atmel AVR -programmører billigt via Ebay eller andre auktionssider.

Download LED-terningbiblioteket fra https://github.com/gzip/arduino-ledcube, følg vejledningen på Github, og kig i 'Eksempler-biblioteket efter' arduino-led-cube-> ledcube '.

Hvis du bruger ICSP -programmereren, skal du holde shift nede, inden du klikker på upload for at instruere Arduino IDE i at bruge programmereren. Hvis du bruger USB-til-TTL-adapteren, skal du trykke på og slette nulstillingen, når IDE er færdig med at kompilere.

Når eksempelkoden var programmeret, skulle du have en LED -terning med smukke mønstre.

Dette er min første instruerbare, kommentarer og feedback modtages gerne.