LED Cube 4x4x4: 11 trin (med billeder)

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

Fantastisk 3 -dimensionelt LED -display. 64 lysdioder udgør denne 4 x 4 x 4 terning, styret af en Atmel Atmega16 mikrokontroller. Hver LED kan adresseres individuelt i software, så den kan vise fantastiske 3d -animationer! 8x8x8 LED-terning nu tilgængelig efter populær efterspørgsel:

Trin 1: Hvad du har brug for

Først og fremmest har du brug for lidt tid til at lodde 64 leds sammen;) Vidensliste:

• Grundlæggende elektronik og loddefærdigheder
• Ved, hvordan man programmerer en AVR -mikrokontroller - det vil jeg ikke dække i denne instruktive.

Komponentliste:

• Protoboard. Typen med kobbercirkler.
• Atmel AVR Atmega16 mikrokontroller
• Programmer til at programmere Atmega16
• 64 lysdioder
• 2 status lysdioder. Jeg brugte rød og grøn. (valgfri)
• Max232 rs-232 chip eller tilsvarende.
• 16 modstande til lysdioder. (100-400ohms) vender tilbage til dette.
• 2x modstand 470 ohm. til status lysdioder
• 1x modstand 10k
• 4x modstand 2.2k
• 4x NPN transistor BC338 (eller anden transistor, der er i stand til at skifte 250-ish mA)
• 1x 10uF kondensator
• 1x 1000uF kondensator
• 6x 0.1uF keramisk kondensator
• 2x 22pF keramisk kondensator
• 1x krystal 14,7456 MHz
• 2x taktil knap
• valgfri pwr switch
• stik til 12v strøm
• valgfri stik til 5v strøm

Trin 2: Multiplexering

Sådan styres 64 lysdioder uden at bruge 64 individuelle ledninger? Multiplexering!

At føre en ledning til anoden på hver led ville naturligvis være upraktisk og ville se rigtig dårligt ud. En måde at komme uden om dette på er ved at dele terningen i 4 lag med 16x16 lysdioder. Alle lysdioderne justeret i en lodret kolonne deler en fælles anode (+). Alle lysdioder på et vandret lag deler en fælles katode (-). Hvis jeg nu vil tænde LED'en i øverste venstre hjørne i ryggen (0, 0, 3), leverer jeg bare GND (-) til det øverste lag og VCC (+) til kolonnen i venstre hjørne. Hvis jeg kun vil tænde en led ad gangen, eller kun tænde mere end et lag på samme tid.. fungerer det fint. Men hvis jeg også vil lyse op i nederste højre hjørne foran (3, 3, 0), løber jeg ind i problemer. Når jeg leverer GND til det nederste lag og VCC til den forreste venstre kolonne, tænder jeg også den øverste højre led foran (3, 3, 3) og den nederste venstre LED bagpå (0, 0, 0). Denne spøgelseseffekt er umulig at løse uden at tilføje 64 individuelle ledninger. Måden at omgå det på er kun at tænde et lag ad gangen, men gøre det så hurtigt, at øjet ikke genkender, at der kun er tændt et lag til enhver tid. Dette bygger på et fænomen kaldet Persistens af synet. Hvert lag er et 4x4 (16) billede. Hvis vi blinker 4 16 led -billeder én ad gangen, virkelig hurtigt, får vi et 4x4x4 3d -billede!

Trin 3: Fremstilling af terningen, skabelon

Lodning gitre af 4x4 LEDs frihånd ville se frygtelig ud! For at få 4 perfekte 4x4 gitre af LED'er, bruger vi en skabelon til at holde dem på plads. Jeg ville gøre terningen så let som muligt at lave, så jeg valgte at bruge LED'erne egne ben så meget som muligt. Afstanden mellem linjerne i gitteret blev bestemt af længden af LED -benene. Jeg fandt ud af, at 25 mm (ca. en tomme) var den optimale afstand mellem hver LED (mellem midten af hver LED!) For at muliggøre lodning uden at tilføje eller skære tråd.

• Find et stykke træ, der er stort nok til at lave et 4x4 -gitter på 2, 5 cm på.
• Tegn et 4x4 -gitter med linjer.
• Lav buler i alle skæringspunkter med et midterstans.
• Find en borekrone, der gør huller små nok, så LED'en forbliver fast på plads, og stor nok til, at LED'en let kan trækkes ud (uden at bøje ledningerne..).
• Bor de 16 huller.
• Din ledcube -skabelon er færdig.

Trin 4: Fremstilling af terningen, lodning af lagene

Vi laver terningen i 4 lag 4x4 lysdioder og lodder dem derefter sammen. Opret et lag:

• Sæt lysdioderne ind langs bagsiden og langs den ene side, og lod dem sammen
• Indsæt en anden række LED'er og lod dem sammen. Gør en række ad gangen for at forlade stedet for loddejernet!
• Gentag ovenstående trin 2 gange mere.
• tilføj krydsafstivning foran, hvor ledrækkerne ikke er forbundet.
• Gentag 4 gange.

Trin 5: Lav kuben, forbinder lagene

Nu hvor vi har de 4 lag, er alt, hvad vi skal gøre, at lodde dem sammen.

Læg et lag tilbage i skabelonen. Dette vil være det øverste lag, så vælg det smukkeste:) Læg et andet lag ovenpå, og juster et af hjørnerne nøjagtigt 25 mm (eller hvilken afstand du har brugt i dit gitter) over det første lag. Dette er afstanden mellem katodetrådene. Hold hjørnet på plads med en hjælpende hånd, og lod lodets hjørneanode på det første lag til hjørneanoden i det andet lag. Gør dette for alle hjørner. Kontroller, om lagene er perfekt justeret i alle dimensioner. Hvis ikke bøj lidt for at justere. Eller genlodning af det er højdeafstanden, der er slukket. Når de er perfekt justeret, loddes de resterende 12 anoder sammen. Gentag 3 gange.

Trin 6: Valg af modstandsværdier

Der er to ting at huske på, når du vælger en modstandsværdi til dine lysdioder.

1) LED'erne 2) AVR AVR'en har en maksimal kombineret strømstyrke på 200 mA. Dette giver os 12mA at arbejde med pr. LED. Du vil heller ikke overskride den maksimale strøm, din leds er klassificeret til. Jeg brugte 220 ohm modstande på min terning. Dette gav mig omkring 12mA pr. Led.

Trin 7: Controlleren

Kredsløbene, der styrer ledterningen, er beskrevet i det vedhæftede skematiske billede.

RS-232-interface er valgfri. og kan udelades. Det er IC2 og alle komponenter forbundet til det. Fremtidige firmwares vil muliggøre pc -kommunikation. Start med at lægge alle komponenterne på dit printkort i et layout, der gør det muligt for alle komponenter at forbinde med en minimal mængde ledninger. Hvis alt passer, loddes kredsløbet. Jeg vil ikke give flere instruktioner om dette, da kredsløbet sandsynligvis vil se meget forskelligt ud fra terning til terning, afhængigt af størrelsen på kredsløbskortet osv. Oplysninger om, hvordan kuben skal ledes til styrekredsløbet, findes i det næste trin.

Trin 8: Tråd op i terningen

Billeder forklarer dette bedre end ord. Se venligst billederne.

Trin 9: Kompilér og programmer

Du har nu en led -terning. For at gøre brug af det har det brug for noget software. Jeg har lavet en driver til gengivelse af et 3D -datarum på terningen og funktioner til at vise nogle seje visuelle effekter på terningen. Du kan bruge min kode, skrive din egen eller bygge videre på min kode og få flere effekter. Hvis du laver dine egne effekter, kan du sende mig koden. Jeg er ivrig efter at se, hvad I laver! For at kompilere programmet. Bare åbn en kommandoprompt, indtast biblioteket med kildekodetypen "make" på kommandolinjen. Hvis du vil bruge en ATMega32 i stedet for ATMega16, skal du bare ændre mcu -indstillingen i Makefile og genkompilere (skriv make). Hvis du bruger m32 og ikke gør dette trin, starter kuben ikke ordentligt (det røde og grønne lys blinker for evigt). Du skal nu have en fil med navnet main.hex i kildemappen. Det næste trin viser dig, hvordan du får den kode ind i din terning.

Trin 10: Programmer mikrokontrolleren

Hvis du oplever problemer med hastighed og/eller nogle lysdioder ikke lyser. Læs dette trin omhyggeligt. For at programmere mikrokontrolleren bruger jeg avrdude og USBTinyISP -programmereren.

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

Mine eksempler vil være på et Ubuntu Linux -system. Proceduren skal være stort set identisk på Windows, men jeg kan ikke hjælpe dig med det. Hvis du bruger en anden programmør, skal du læse vejledningen til den programmerer og avrdude. Først skal vi se, om vi kan få kontakt med AVR'en. Tilslut programmereren til din terning og din computer. Kommandoen er "avrdude -c usbtiny -p m16 ", hvor -c angiver programmereren og -p AVR -modellen. Du kan se output i billederne herunder. Nu skal du uploade firmwaren: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". I øjeblikket skulle terningen genstarte og begynde at lave ting. Den kører på 1mhz (meget langsomt) ved hjælp af dens interne oscillator. Og nogle af lysdioderne virker ikke, fordi nogle GPIO -porte som standard bruges til JTAG. For at aktivere den eksterne oscillator og deaktivere JTAG skal vi programmere sikringsbytesne: kør "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "og" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Vær forsigtig, når du udfører dette trin! Hvis du tager fejl, kan du ødelægge din mikrokontroller permanent! Hvis du bruger en anden mikrokontroller end ATMega16, skal du læse databladet omhyggeligt, før du skifter sikringsbytes! Efter at du har skrevet de korrekte sikringsbytes, skal terningen genstarte og begynde at fungere med normal hastighed med alle lysdioder i drift. Nyd din nye terning: D

Trin 11: Gå stort - 8x8x8

Efter at have lavet denne ganske fancy 4x4x4 terning, har jeg også lavet en enorm 8x8x8 terning. Jeg laver en instruerbar til den, når jeg har tid. I mellemtiden se billeder:-)

Du kan finde 8x8x8-versionen her: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Bedøm denne instruks, hvis du kan lide den!:)