Светодиодный куб 3х3х3 не программируемый

Содержание

Создаем большой LED куб

Светодиодный куб 3х3х3 не программируемый

Светодиодные кубы никогда не потеряют свою популярность и привлекательность. На просторах интернета есть огромное множество проектов кубов 5х5 и меньше. Мы же сегодня построим куб 8х8х8 диодов.

Постройка куба довольно сложна для новичков и энтузиастов. Поэтому мы постарались максимально упростить этот процесс и создать инструкцию, которая будет предельно подробной и полной, так как любая незначительная ошибка может быть критичной, а устранить ее будет достаточно сложно.

Для работы над проектом достаточно обладать основными навыками пайки, иметь базовые знания электроники и быть знакомым с работой плат Arduino.

Расположение светодиодов

Сразу хочется отметить, что не следует выбирать большие светодиоды, так как они будут загораживать друг друга и дальние ряды будут плохо видны. Также не стоит использовать очень яркие диоды. Дабы свет каждого диода был точечным.

Для проекта мы будем использовать не очень яркие 3мм диффузные светодиоды с длинными ножками.

Для лучшего обзора каждого светодиода, мы будем использовать очень тонкие соединительные провода.

Между собой светодиоды будут соединяться при помощи своих ножек. Катоды с катодами, аноды с анодами. Для нашего куба нам понадобится 8 таких матриц.

Электронная схема

Создание восьми слоев из 64 диодов в каждом занимает достаточно много времени, но выполнить его достаточно просто.

Самый сложный момент – это построение схемы для управления светодиодным кубом и поиск неисправностей в цепи, если конечно таковые будут.

Для управления нашим кубом будет использоваться микросхема MAX7219. Изначально она предназначена для управления 7-сегментными светодиодными дисплеями. Используя данную микросхему, мы сведем количество элементов управления каждым слоем к минимуму.

Для управления каждым слоем из 64 диодов понадобится:

  • Микросхема MAX7219;
  • 10uF 16V электролитический конденсатор;
  • 0.1uF керамический конденсатор;
  • 12 кОм резистор (1/4W);
  • 24 pin DIP IC socket;
  • Плата Arduino Nano или Uno.

Для создания куба нам понадобится 8 комплектов вышеуказанных компонентов. Также стоит обратить внимание, что может понадобится другой резистор для конкретных светодиодов, которые вы будете использовать. Его роль в данной схеме – ограничить максимальное напряжение, которое будет выдавать микросхема MAX7219.

Для облегчения сборки куб был разбит на две части. По 4 слоя на каждой из них.

Куб может управляться извне любым микроконтроллером через интерфейс SPI. Для этого проекта мы будем использовать популярную плату Arduino (Nano).

Для управления нашим кубом используя только 3 сигнальных провода (SPI) и 2 провода питания (5 В постоянного тока). Вы можете использовать более распространенную плату Arduino Uno вместо Nano.

Они очень похожи (за исключением размера), так что проблем с подключением возникнуть не должно.

Также стоит обратить внимание на то, что все компоненты следует паять к нижней части печатной платы.

Для соединения плат вместе используются перемычки. Для соединения двух плат нужно 5 перемычек. Для создания одного блока из 4 слоев светодиодов понадобится 15 перемычек.

Большинство кубов цельные, в отличии от нашего. И при выходе из строя какого-либо светодиода в середине куба, добраться до него достаточно сложно. В нашем случае это не составит никакого труда.

База для пайки светодиодов

Подойдет лист фанеры иди ДВП, в котором следует просверлить отверстия диаметром 3 мм на расстоянии 18 мм друг от друга.

Часть 1

Основные шаги для создания одного слоя:

  1. Подготовить 8 светодиодов с обрезанными катодными ножками до 10 мм;
  2. Заполнить все отверстия базы светодиодами;
  3. Согнуть и спаять катодные ножки;
  4. Согнуть и спаять анодные ножки;
  5. Припаять провода к катодным ножкам и закрепить их.

Данную процедуру необходимо повторить 8 раз.

Сборку одного слоя куба можно посмотреть на видео:

Часть 2

  1. Подготовить 15 перемычек;
  2. Припаять перемычки на печатную плату;
  3. Припаять электронные компоненты к плате;
  4. Припаять 5-контактный угловой коннектор для первого слоя;
  5. Обрезать пятый анодный контакт;
  6. Вставить и припаять все анодные ножки к отверстиям G, F, E, D, C, B, A и DP;
  7. Вставить и припаять катодные провода в отверстия D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6 и D7;
  8. Обрезать провода и ножки с обратной стороны платы.

Вторая часть сборки на видео:

Лучше проверять куб до полной сборки, каждый слой по отдельности. Так будет проще исправить проблемы, если они конечно же будут.

Для тестирования по очереди подключаем каждый слой к плате Arduino Nano (заранее следует установить тестовую программу). Строки должны загораться поочередно сверху вниз.

Код

Необходимо загрузить код на вашу плату, а затем подключить к готовому кубу.

На этом все. Остается только наслаждаться полученным устройством.

Данная статья является авторским переводом с сайта instructables.com.

Данная статья является собственностью Amperkot.ru. При перепечатке данного материала активная ссылка на первоисточник, не закрытая для индексации поисковыми системами, обязательна.

Источник: https://amperkot.ru/blog/8x8x8_LED_Cube/

Светодиодный куб 8x8x8 своими руками

Светодиодный куб 3х3х3 не программируемый

Как работает декоративная скульптура из светодиодов? Можно ли её собрать самостоятельно? Сколько нужно светодиодов и что нужно кроме них? На все эти вопросы вы найдете ответ в этой статье.

Led куб – что нужно для самостоятельной сборки

Если вы увлекаетесь самоделками, любите ковыряться в схемах электроники – попробуйте собрать светодиодный куб своими руками. Для начала нужно определиться с размерами. Поняв принцип работы устройства, вы можете модернизировать схему как с целью увеличения светодиодов, так и с меньшим их количеством.

Светодиодный куб с гранями на 8 диодов

Давайте разберем как это работает на примере куба со стороной в 8 светодиодов. Такой куб может испугать начинающих, но если вы будете внимательным при изучении материалов – вы с лёгкостью освоите его.

Чтобы собрать led cube 8x8x8 вам понадобится:

  • 512 светодиодов (например 5мм);
  • сдвиговые регистры STP16CPS05MTR – 5 шт;
  • микроконтроллер для управления, см. Arduino Uno или любую другую плату;
  • компьютер для программирования системы;

Принцип работы схемы

Маленькие светодиоды типа 5 мм потребляют незначительный ток – 20 мА, но вы собираетесь зажигать их довольно много. Источник питания 12В и 2А прекрасно подойдет для этого.

Подключить все 512 светодиодов индивидуально у вас не выйдет потому, что вряд ли вы найдете микроконтроллер (МК) с таким количеством выводов. Чаще всего встречаются модели в корпусах с количеством ног от 8 до 64. Естественно вы можете найти варианты и с большим количеством ножек.

Как же подключить столько светодиодов? Элементарно! Сдвиговый регистр – микросхема которая может преобразовывать информацию из параллельного вида в последовательный и наоборот – из последовательного в параллельный. Преобразовав последовательный в параллельный вид, вы получите из одной сигнальной ножки 8 и более, в зависимости от разрядности регистра.

Ниже приведена диаграмма иллюстрирующая принцип работы сдвигового регистра.

Когда на последовательный вход Data вы подаете значение бита, а именно ноль или единицу, она по фронту тактового сигнала Clock передается на параллельный выход номер 0, не забывайте, что в цифровой электронике нумерация идёт с нуля).

Если в первый момент времени была единица, а затем в течении трёх тактовых импульсов на входе вы задали нулевой потенциал, в результате этого вы получите такое состояние входов «0001». Вы можете это наблюдать на диаграмме на строках Q0-Q3 – это четыре разряда параллельного выхода.

Как применить эти знания в построении LED куба? Дело в том, что можно применить не совсем обычный сдвиговый регистр, а специализированный драйвер для светодиодных экранов — STP16CPS05MTR. Он работает по такому же принципу.

Как соединять светодиоды?

Разумеется, что использование драйвера не полностью решит проблемы связанную с подключением большого количества светодиодов. Для подключения 512 светодиодов понадобится 32 таких драйвера, а от микроконтроллера еще больше управляющих ножек.

Поэтому мы пойдём другим путём и объединим светодиоды в строки и столбцы, таким образом мы получим двухмерную матрицу. Лед куб же занимает все три оси. Доработав идею объединения светодиодного куба 8x8x8 у которого светодиоды объединены в группы, можно прийти к такому выводу:

Объединить слои светодиодов (этажи) в схемы с общим анодом (катодом), а столбцы в схемы с общим катодом (или анодом, если на этажах объединяли катоды).

Чтобы управлять такой конструкцией нужно 8 x 8 = 16 управляющих пинов на колонки, и по одной на каждый этаж, всего этажей тоже 8. Итого вам нужно 24 управляющих канала.

На колодку input подаются сигнал с трех ножек микроконтроллера.

Чтобы зажечь необходимый светодиод, например, расположенный на первом этаже, в первой строке третий по счету, вам нужно подать минус на столбец номер 3, а плюс на этаж номер 1. Это справедливо если вы собрали этажи с общим анодом, а столбцы – катодом. Если наоборот, соответственно и управляющие напряжения должны быть инвертированы.

Практические рекомендации для успешной сборки

Для того, чтобы вам было удобно спаивать куб из светодиодов вам нужно:

  • приготовить заранее просверленную матрицу из фанеры или картона в которую вы вставите «головку» каждого из светодиодов, а затем запаяете это всё в единое целое;
  • располагайте светодиоды все одинаково, то есть минусовым выводом (катодом) вправо, а анодом (плюсом) влево, так будет легче разобраться в сборке, контакты первого ряда светодиодов расположите под углом в 45 градусов;
  • вам необходимо приобрести отладочную плату Arduino любой модели, например, UNO, nano, pro mini. Прошивку для этой схемы можно найти здесь.

Для корректной работы куба из светодиодов нужно собрать его по слоям с общим катодом, а столбцы – анодом. Подключить к выводам Arduino то что на схеме обозначено, как input в такой последовательности:

Что делать если у меня нет таких навыков?

Если вы не уверены в своих силах и знаниях электроники, но хотите себе такое украшение для рабочего стола, вы можете купить готовый куб. Для любителей мастерить простенькие электронные поделки, есть отличные варианты проще с гранями 4x4x4.

Куб с размером грани 4 диода

Готовые наборы для сборки можно приобрести в магазинах с радиодеталями, а также их огромный выбор на aliexpress.

Сборка такого куба разовьет у начинающего радиолюбителя навыки пайки, точность, правильность и качество соединений. Навыки работы с микроконтроллерами пригодятся для дальнейших проектов, а с помощью Arduino вы можете научится программировать простые игрушки, а также средства автоматизации для быта и производства.

К сожалению, из-за особенностей языка программирования Arduino – sketch есть некие ограничения в плане быстродействия, но поверьте, что когда вы упретесь в потолок возможностей этой платформы, скорее всего освоение работы с «чистыми» МК у вас не вызовет существенных трудностей.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (1 5,00 из 5)
Загрузка…

Источник: https://SvetodiodInfo.ru/svoimi-rukami/svetodiodnyj-kub.html

В данной статье я пошагово расскажу об изготовлении 3D LED куба, с размерностью 3х3х3. Управление LED осуществляется при помощи контроллера Arduino.

Отличительной особенностью данного проекта от других является:

1. Небольшое число дополнительных компонентов, подключается напрямую к Arduino без использования различных мультиплексоров и т.п.

2. Простая для повторения принципиальная схема с множеством фотографий и разьяснений.

3. Использование универсальной библиотеки, что значительно упрощает написание программы.

Итак, нам понадобится:

– макетная плата

– 3 NPN транзистора (2N2222, 2N3904, BC547 и т.п.)

– 12 резисторов (~220 Ом и 22 кОм)

– 13 коннекторов (папа или мама)

– 27 светодиодов (LED)

– соединительные провода

А сначала, немного видео работы устройства:

Итак, посмотрели видео? Ну а теперь поехали!

Шаг 1. Подготовка LED

Этот шаг практически ни чем не отличается от предыдущего проекта светодиодного куба 4x4x4, за исключением соответственно размерностью. Куб 4х4х4 более сложен, т.к. требует введения в схему дополнительный элементов. У нас же куб будет с 3 уровнями, по 9 LED в каждом.

В каждом наборе из 9-ти LED, все катоды соединены между собой, т.е. подключены по схеме с общим катодом (минус). Далее, наборы мы будем называть “уровнями”. Каждый LED соединен анодом с LED другого уровня (нижестоящими или вышестоящими). Далее, по тексту я буду называть это колоннами, т.е. в одной колонне соединено 3 светодиода анодами, а на одном уровне соединено 9 LED катодами.

Как видно на фото выше, для изготовления куба я использовал старый шаблон от проекта 4х4х4 светодиодного куба. Отверстия в дереве просверлены под головку светодиода, расстояние между отверстиями составляет приблизительно 15мм.

После того, как приспособа сделана, пора приступить к формовке выводов LED. Катоды всех светодиодов необходимо аккуратно согнуть на 90 градусов. Направление изгиба вывода должно быть одинаковым у всех LED. Как определить где катод, а где анод у светодиода читайте здесь или здесь.

Шаг 2. Сборка куба

Разместите первые девять светодиодов в деревянном приспособлении. С позиционируйте направление изогнутых ножек в одном направлении, скажем по часовой стрелке (или против часовой, это не принципиально).

При помощи “крокодилов” зафиксируйте ножки LED и спаяйте их вместе. В самом конце припаяйте центральный LED. После того, как один уровень закончен, можно проверить правильность подключений LED при помощи батарейки или мультиметра. Т.к. потом, что-либо отпаять будет очень сложно, особенно если это центральный LED.

Таким образом сделайте все три уровня.

После этого, необходимо установить и припаять уровни друг над другом. При этом важно соблюсти заданное расстояние. Если в приспособлении расстояние между светодиодами было 15мм, то и расстояние между уровнями у вас должно быть 15мм, иначе получится вытянутый или сжатый куб.

Куб готов. Теперь можно разместить его на макетной плате.

Шаг 3. Схемотехника

Схема устройства простая. Каждая из девяти колонн подключена к выводам Arduino через токоограничительные резисторы. А все 3 уровня подключены к общему выводу через NPN -транзисторы, которые, в свою очередь подключаются к Arduino.

Т.о. используется только 12 выводов Arduino. В один момент времени будет загораться LED только одного уровня, но за счет быстрого переключения между уровнями, будет казаться, что одновременно горят все уровни (в зависимости от программы).

Первым делом необходимо припаять 9 резисторов. Я использовал резисторы сопротивлением 220 Ом, которые ограничивают ток на уровне 22 мА. Номинал резисторов зависит от типа применяемых светодиодов, и варьируется от 135 до 470 Ом. Более точный расчет резистора для светодиода можно произвести здесь: LED калькулятор. Каждый вывод Arduino способен выдать до 40 мА.

Резисторы на плате, я припаял вертикально.

После, я наклеил слой изоленты, чтобы не коротнуло с перемычками.

Следующим этапом будет монтаж радиоэлементов для управления уровнями. Здесь используется три NPN-транзистора. Базы транзисторов, через резистор 22 кОм подсоединяются к выводам Arduino. Т.о. контроллер открывает транзистор и весь уровень LED соединяется с “общим”.

Шаг 4. Софт

В интернете я нашел несколько примеров управления подобными LED кубами. Но во всех них требовался огромный начальный массив bin или hex данных. Я все решил написать свою программу управления.

Первой задачей было сделать доступное для понимания соответствие программы и железа. Я принял решение обращаться к уровням и колоннам, вместо использования RAW-данных порта или традиционных x, y, z. Второй задачей было сделать базовые функции куба, такие как включение/отключение отдельного светодиода и др.

Также, я решил ввести две дополнительные возможности для реализации различных эффектов. Первая это буфер, который позволяет реализовывать основные функции для реализации сложных шаблонов, и вторая – это функция последовательности.

Всю эту функциональность я сделал в виде классов и сделал библиотеку Arduino, которую можно использовать для других проектов и даже с другой размерностью куба.

Скачать библиотеку и скетч PDE

Оригинал статьи на английском языке (перевод Колтыков А.В. для сайта cxem.net)

Источник: http://shemopedia.ru/3x3x3-led-kub.html

Схема светодиодного куба для новичков

Светодиодный куб 3х3х3 не программируемый

Схема светодиодного куба, первого изготовленного мною получилась недостаточно хорошо, в основном из-за того, как светодиоды реагируют на музыку. К сожалению, мне было очень трудно понять описание.

На мой взгляд, оно было сделано недостаточно подробно, а некоторые схемы даже были сделаны неправильно.Вот почему я захотел создать еще одну схему светодиодного куба и сделать описание для неё.

Я попытался сделать это настолько просто и доступно, чтобы все с опытом или без, могли сделать это своими руками!

Ниже Вы увидите результат моей поделки –  музыкальный светодиодный куб.

Данная модель питается от источника постоянного тока напряжением 12 Вольт, схема светодиодного куба прилагается. Желающие сделать подобное устройство с питанием от USB, могут воспользоваться описанием Схема светодиодного куба с питанием от USB

Фильм данного проекта снят с помощью камеры Canon Digital, в темноте. Моя камера не может справиться с быстрым переключением между светлыми и темными тонами достаточно хорошо. На самом деле эффект еще лучше того, что на видео.

Шаг 1. Материалы и инструмент

Чтобы сделать этот музыкальный светодиодный куб, можно использовать много разных вещей, и построить схему светодиодного куба по-разному.
В этом описании я объясню, как я сделал это очень простым способом, по самой простой схеме.

Материалы- 12v блок питания (может быть использована также и батарея)- 3,5 мм разъем с кабелем от наушников- Tip31 транзистор (это ключ ко всему проекту) – $0.

50- 5 мм светодиоды (цвет или количество полностью зависит от вас, 1 светодиод рассчитан на 3В, питание 12v, так что надо 4 светодиода.) – $0,28- Акриловый лист А4 – толщиной 3 мм (также известный как «органическое стекло») – $2.

00- Мелкую наждачную бумагу (я использовал 400) – $1.00

– Электрические провода

Если вы видите, что цена указана, это означает, что я купил это. Остальное я просто насобирал в старье. Адаптер 12В был от старых беспроводных наушников и 3,5 мм штекер от другого старого наушника.

Шаг 2. Подготовка корпуса куба

Вы конечно можете подобрать необходимый корпус, но если вы решили делать светодиодный куб своими руками, то следующие шаги для вас.

Из акрилового листа, мы собираемся построить коробку.

1. Нарисуйте пластины для коробки на акриловый лист (фото 1). Я использовал пластины 15 см х 5 см. И квадраты 5 см х 5 см. Конечно, вы можете использовать любой другой размер стороны куба, как вы хотите.

2. Используйте лобзик, чтобы вырезать пластины из акрилового листа. Делайте это настолько хорошо, насколько это возможно. Потому что все пластины нужно хорошо подогнать друг с другом (фото 2).
Если пластины оказываются не равными, используйте шкурку или напильник и подгоняйте их, пока они все не будут подходить хорошо.

3. Возьмите дрель и просверлите отверстия, используя сверло такого же размера, что и толщина шнура наушников (фото 3). Затем просверлить отверстие для адаптера.
Делайте это очень аккуратно! Если будете спешить и приложите слишком много давления, стекло может треснуть.

Шаг 3. Рассеивание или замораживание стенок и светодиодов

Чтобы получить хороший “светящийся” эффект светодиодных излучателей, они должны иметь “матовый” вид как коробки, так и светодиодов.

Я смог получить на руки только прозрачный акриловый лист и прозрачные светодиоды. Для всех тех, кто имеет то же самое, следует продолжить этот шаг.

Если у вас уже есть матовый акрил (опал акрил) и светодиоды с рассеянным светом, то вы можете продолжить с шага 4.

1. Возьмите тонкую наждачную бумагу (400) и положите ее на стол, взять пластину стекла и протереть ее наждачной бумагой круговыми движениями. Если одна сторона матовая достаточно, перевернуть пластинку и снова делать то же самое с другой стороны.
Теперь вы будете иметь хороший матовый эффект (фото 1, чтобы увидеть разницу).

2. Сделайте то же самое со светодиодами. Обработайте шкуркой светодиоды, пока не получите хороший рассеянный свет (фото 2).

Фото 3 показывает вам 1 рассеянный и 1 прозрачный светодиодный индикатор.

Шаг 4. Сборка коробки

После того, как пластины подготовлены можно собрать коробку. Еще раз убедитесь, что все подходит прекрасно, если необходимо еще раз подгоните пластины и можно склеивать. Склеивать лучше каплями цианакрилатного клея, но конечно можно использовать и любой другой подходящий по назначению. Нижнюю крышку не приклеивать – сначала на нее надо установить все оборудование.

Шаг 5. Подготовка схемы светодиодного куба

Поскольку у меня нет опыта в области электроники, это была самая трудная часть для меня.Другие описания тоже не давали хорошего объяснения по этому вопросу.

Таким образом, для всех, кто новичок в электронике и понятия не имеет, что они делают, прилагаю свою схему светодиодного куба и некоторые объяснения по схеме.

1. Сколько светодиодов использовать?В среднем индикатор работает от 3v напряжения.

Если вы собираетесь поставить светодиоды в ряд последовательно (как это сделал я), вы должны рассчитать, сколько светодиодов можно использовать с адаптером.

Формулу Вы можете использовать такую: выходное напряжения адаптера / LED напряжение = Всего светодиодов.

Так что если вы используете адаптер 12v с 3v светодиодов: 12/3 = 4 светодиода

2. Реальное напряжение на адаптере.Прежде чем я продолжил создания этой схемы, я подумал, было бы полезно, измерить реальное напряжение на адаптере. Наклейка на адаптере (фото 1) говорит, что выход 12В.

Но как только я подключил его на мой мультиметр, он показал, что фактически напряжение составляет около 18 В (фото 2).Значит, я могу вычислить количество индикаторов снова: 18/3 = 6 светодиодов в кубе.

Так как я собираюсь соединить все светодиоды последовательно, я могу использовать 6 светодиодов в моей схеме.

3,5 мм аудио разъем (фото 3).
Какие провода и что значат? Как вы можете видеть на фото, штекер соединен с 3 проводами, находящихся в черной изоляции. Один провод общий (земля), два других – сигнал от каналов звука.

Теперь с этой информацией, Вы можете перейти к следующему шагу, создание цепи.

Шаг 6. Сборка схемы светодиодного куба

Многие люди боятся, когда они видят все эти странные схемы, с этими символами на нем. Не имея понятия, что они означают. Вот почему я сделал дружественное описание схемы с изображениями

Источник: http://abra-cadabra.su/zanimatelnye-samodelki/elektronika-dlya-chajnikov/shema-svetodiodnogo-kuba-dlya-novichkov.html

Разноцветный LED-куб «Инфинити» своими руками

Светодиодный куб 3х3х3 не программируемый

 Перевел SaorY для mozgochiny.ru

Всем мозгоинженерам мозгопривет! Если вам интересна тема LED-кубов, то из нижеприведенной статьи вы узнаете, как своими руками собрать один из вариантов — разноцветный куб 8х8х8.

Идею я почерпнул из вполне детального мозгоруководства по созданию LED-куба, но для меня этого было мало и я решил улучшить его.

Просчитав модель большого одноцветного куба, я быстро понял, что увеличение массива светодиодов до 16 штук в ряду приведет к 8-ми кратному увеличению числа требуемых светодиодов и взаимосвязей между ними.

Манипуляции с 4096-ю светодиодами это для меня слишком, поэтому умерив свой пыл, я решил сделать куб с массивом 8х8х8, но из цветных светодиодов, а не простых одноцветных.

Для справки, даже такой небольшой куб с 8-ю диодами в ряду требует около 2200 спаек!

Во время ознакомления с информацией о кубах, я наталкивался на «Инфинити»-проекты, те, в которых светодиоды «зажаты» между зеркалом и прозрачным стеклом, создавая эффект бесконечного отражения. Эту задумку я решил внести и в свой мозгопроект, увеличив тем самым реальный LED-массив куба.

Для массива из 512 RGB светодиодов, каждый из которых имеет три сигнальных контакта, требуется большое количество этих самых сигналов чтобы включать/отключать светодиоды. И следовательно, нужен способ для распределения управляющих сигналов между LED (мильтиплексирование). По своей конструкции светодиоды катодо-заземленные с ограничивающим резистором на аноде.

Шаг 1: Мультиплексирование — буферные микросхемы

В этой светодиодной поделке применены два вида мультиплексирования, с помощью которых и происходит независимое управление каждым из 512 светодиодов. Первый тип использует восьмеричные «флип-флоп» буферные микросхемы, это позволяет создать достаточно управляющих сигналов для массива 8х8, то есть для 1/8 части куба.

Этот массив 8х8 содержит 64 светодиода и, соответственно, требуется 192 управляющих сигнала, чтобы задействовать все цветовые вариации.

А чтобы получить такое количество сигналов необходимо собрать цепь из 24-х буферных микросхем в которой выход первого буфера управлял входом второго, выход второго управлял входом третьего буфера и так далее.

Наглядно участок такой цепи, где соединяются два буфера друг с другом и со светодиодами, представлен на рисунке 2.

Тактовый сигнал поступает от контроллера и используется для сдвига выходного сигнала одной буферной микросхемы чтобы передать его на следующую микросхему.

Буферный драйвер я сделал модульным, что позволяет мне менять размеры куба по высоте, в зависимости от нужного количества светодиодов. Для этого я собрал плату с тремя буферными микросхемами, которая управляет одним рядом из восьми цветных светодиодов. Восемь таких плат соединенных вместе управляют всем массивом 8х8.

Используемый здесь 16-ти дрожечный мозгокабель передает между платами 10 управляющих сигналов плюс питание и заземление. А ленточный кабель используется для передачи сигналов к светодиодам через резисторы размещенные на плате. Каждая из плат имеет свои конденсаторы для «набора» тока и подачи его на светодиоды при необходимости.

Шаг 2: Мультиплексирование — NPNтранзисторы

На рисунке 3 можно увидеть как каждый из светодиодов массива 8х8 управляется посредством цепи буферных микросхем.

Для того, чтобы контролировать остальные семь массивов 8х8 нужно применить еще один вид мультиплексирования.

Для этого необходимо все катоды светодиодов массива 8х8 соединить вместе, а затем запитать на «массу» через NPN-транзистор, с помощью которого можно будет включать/отключать весь массив 8Х8 одновременно подав управляющий сигнал на базу транзистора. На рисунке 4 представлена схема этого «общего катода». А на фото рядом показан «брикет» из 8-ми плат драйверов.

Итак, соединив вместе катоды всех светодиодов в каждом из массивов 8х8 с помощью восьми NPN-транзисторов теперь можно управлять включением/отключением каждого массива и следовательно, любым светодиодом в любом массиве самоделки в частности.

Все конечно здорово, но на деле это означает, что в конкретный момент времени светится лишь 1/8 часть куба. И лишь постоянно переключая свечение массивов с частотой не различимой человеческим глазом, можно добиться эффекта свечения всего куба.

RGBx8

Шаг 3: Сборка

Достаточно теории, засучив рукава переходим к практике, то есть погружаемся в мир гибки лапок и пайки. Это как раз два самых трудоемких момента при создании LED-куба — загнуть правильно большое количество лапок и затем спаять их верно.

Каждый шаг требует не дюжего заряда энергии, чтобы процесс шел нормально и качественно, ведь с каждой спаянной лапкой «выпадаешь» из жизни.

На мое мозгосчастье большую часть этого процесса я сделал во время рождественских каникул, настроение которого поддерживало мой интерес в то время как руки были заняты пайкой.

LEDCube

Шаг 4: Загиб лапок

Итак, первым делом берем 512 светодиодов и начинаем правильно отгибать лапки-контакты. Для облегчения процесса я в дощечке высверлил отверстие диаметром 5мм, так, чтобы светодиод плотно и заподлицо входил в него, но при этом и легко из него извлекался. После этого рядом с отверстием начертил вспомогательные линии, упрощающие загиб мозголапок. Нагляднее на рисунке 6.

Одна из начерченных линий проходит вертикально по центру отверстия (А), другая горизонтально по центру (В) и третья, горизонтально по касательной вершине отверстия (С).

Кстати пришлась металлическая линейка, ей удобно отгибать лапки.

На рисунке 7 показан весь процесс загиба:— вставляем светодиод в отверстие и ориентируем его так, чтобы «сигнальные»лапки находились по линии (В) и катодная лапка была второй справа,— первый загиб: отгибаем катодную лапку вниз, а анодные лапки вверх, параллельно линии (А). При этом загибаем так, чтоб лапки плотно, в одной плоскости прилегали к дну светодиода,— второй загиб: с помощью металлической линейки отгибаем лапку катода влево, параллельно линии (В),

— третий загиб: опять с помощью линейки, поставив ее на линию (С), отгибаем анодные лапки вверх. Один светодиод загибается вниз, а 511 влево!

Шаг 5: Сборка массива 8х8

К следующему шагу можно приступать когда у вас имеется не менее 64-х подготовленных светодиода, из которых можно собрать полноценный массив 8х8.

Для крепления светодиодов, я с помощью верного друга, 3D-принтера, сделал приспособление, файлы с ним загружены сюда.

Если же у вас нет такого печатающего друга, то вот в этом мозгоруководстве описывается альтернативный способ крепления светодиодов.

Перед пайкой светодиоды устанавливаются в распечатанные держатели, затем анодные лапки светодиодов одного столбца припаиваются соответственно друг с другом, а катодные лапки припаиваются к катодам соседних столбцов этой же строки. Подробнее на рисунке 8.

Во время пайки советую не торопиться и пайку сделать качественно и красиво, это потребует больше времени, но оно окупится позже, во время запуска поделки.

После сборки каждого столбца я проверял его на работоспособность, чтобы убедиться в функциональности каждого светодиода, и отсутствии неполадок в сборке. Для этого я присоединил к блоку питания на 5В длинные проводки, а к их концам припаял два резистора с теми же номиналами, что и резисторы на плате драйвера Порта 1, и все это позволило мне «запускать» светодиоды без риска их спалить.

С помощью еще одного верного друга — металлической линейки, я зажимал одновременно все катоды столбца и проверял его полностью, а не отдельно каждый светодиод. Чтобы вынуть светодиоды из держателей, достаточно аккуратно нажать на вершину каждого светодиода и, вращая держатель, снять его.

После спайки всего массива 8х8, откладываем его и переходим к любимому загибу светодиодных лапок для следующего массива.

Шаг 6: Объединение массивов

После того как все лапки светодиодов были отогнуты, а сами светодиоды спаяны в массивы, пришло время собрать их в единую конструкцию.

Я положил первый массив на стол и припаял два отрезка одножильного провода к каждому катодному проводу по обе стороны мозгомассива для большей прочности структуры и страховки от возможного плохого контакта между проводами.

Чтобы получить эти отрезки одножильного провода, выпрямлял которые я с помощью двух плоскогубцев, пришлось поэкспериментировать с разными проводами и найти нужный для хорошего свечения светодиодов при выбранном токе, да и красиво выпрямляющийся без особых усилий с моей стороны. Для выстраивания массивов в куб я прокладывал их небольшими коробками. Затратив немного времени на выравнивание всей конструкции для отличного вида, я снова проверил работоспособность всех светодиодов. Виртуальный вид куба-поделки представлен на рисунке 9.

Шаг 7: Подготовка основы

Собранный куб получился довольно прочным, но все же довольно легким и если установить его неправильно, то вся работа может пойти на смарку.

Я взял кусок МДФ, такой же, что и для приспособления, облегчающего загиб лапок,и высверлил в нем сквозные отверстия диаметром 5мм под анодные лапки нижних светодиодов.

Перед этим я измерил расстояние между крайним правым и крайним левым светодиодами на обоих сторонах куба и нашел среднее значение, дальше повторил процедуру с задней и передней сторонами. Затем высверлил еще 8 отверстий диаметром 3мм для катодных проводов идущих от каждого массива куба.

И в окончание я выбрал 6-мм паз для установки стеклянной мозгокрышки и окрасил основание в черный цвет.

Шаг 8: «Мозг»

С помощью нескольких кусков печатной платы я подключил «мозг» поделки — микроконтроллер ECIO40P16 к 5В-му источнику питания, а также собрал цепь общего NPN драйвера. Использование именно 5В-го источника питания позволяет применять в поделке ток довольно большого номинала без выделения большого количества тепла.

Flowcode-компоненты LED-куба «неприхотливые» и будут работать почти с любым микроконтроллером, кроме 8- битных PIC-контроллеров, так как они мне могут иметь массив значений больше, чем 256 байт. Для данного размера куба микроконтроллера ECIO40P16 хватит с лихвой, но если у вас есть только что-то из стандартных AVR на основе Arduino, то и они должны управлять кубом.

Какой бы вариант размещения и защиты электронных компонентов вы не выбрали, не забудьте сделать отверстие для подключения питающего кабеля.

Компоненты SMPSUs иногда бывают в металлических корпусах, их можно так и установить в куб, чтобы обезопасить электронику.

Еще можно оставить USB-кабель, подключенный к микроконтроллеру, что даст возможность перепрограммировать самоделку без необходимости снятия корпуса, и взаимодействовать с кубом через USB соединение с помощью Flowcode.

Шаг 9: Софт

Для создания визуальной симуляции и кода управления кубом я воспользовался программой Flowcode v6, это все, что понадобилось для создания моего шедевра.

Начал я с создания сферы на панели редактора, сделал ее невидимой, а затем, используя API-симуляцию, клонировал ее несколько раз увеличивая по всем осям до достижения границ куба. Потом написал мозгопроцедуру, позволяющую мне задать и «высветить» цвет каждого светодиода в отдельности.

Она позволила мне генерировать процедуры рисования линий и параллелепипедов, а еще немного более сложные макросы вращения и переключения.

С помощью опции «предыдущего компонента» я смог написать макрос разрывания текста и, наконец, добавив систему двойного буфера симуляции стороны компонента, получил полный функционал.

Для дополнительных опций я создал 16-битный массив вариантов каждого цвета светодиода в кубе. Затем написал еще функцию, которая может назначать повторно обработку таких вещей как синхронизация с буферными данными и переключение между восемью общими каналами.

И наконец, все что осталось сделать, это добавить код в макрос получения и установки цвета, чтобы массив считывался и записывался, когда не запущен режим симуляции. Последний компонент теперь доступен [3], и может быть просто перетащен на панель Flowcode.

Сам редактор Flowcode показан на рисунке 10.

Полезные файлы с кодом находятся здесь RGBLEDCube.

Шаг 10: Представление

Инструменты редактора Flowcode были использованы для разработки комплекта тестовых программ генерирующих эффекты дождя с молниями, шаровой молнии, двух взаимодействующих плазменных шаров, текстового дисплея и векторной анимации.

На представленном видео показана визуальная работа данной поделки.

В будущем планируется добавить в схему мозгокуба микрофон для интерактивного взаимодействия с визуальным отображением с помощью таких способов как FFT (алгоритм быстрого вычисления дискретного преобразования Фурье), чтобы разложить аудиосигнал по частотам.
На этом о мозгокубе все, удачи в творчестве!

(A-z Source)

Your browser doesn't support canvas.

Источник: http://mozgochiny.ru/electronics-2/raznotsvetnyiy-led-kub-infiniti-svoimi-rukami/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.