Cubo de LED 4x4x4: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Visor LED tridimensional incrível. 64 LEDs compõem este cubo 4 por 4 por 4, controlado por um microcontrolador Atmel Atmega16. Cada LED pode ser endereçado individualmente no software, permitindo a exibição de incríveis animações 3D! Cubo de LED 8x8x8 agora disponível, por demanda popular:

Etapa 1: O que você precisa

Em primeiro lugar, você precisa de um pouco de tempo para soldar 64 leds;) Lista de conhecimento:

• Eletrônica básica e habilidades de solda
• Saiba como programar um microcontrolador AVR - não vou cobrir isso neste instrutível.

Lista de componentes:

• Protoboard. O tipo com círculos de cobre.
• Microcontrolador Atmel AVR Atmega16
• Programador para programar o Atmega16
• 64 leds
• 2 leds de status. Usei vermelho e verde. (opcional)
• Chip Max232 rs-232 ou equivalente.
• 16 resistores para leds. (100-400ohms) voltará a isso.
• 2x resistor 470 ohm. para leds de status
• 1x resistor 10k
• 4x resistor 2.2k
• 4x transistor NPN BC338 (ou outro transistor capaz de alternar 250-ish mA)
• 1x capacitor 10uF
• 1x capacitor 1000uF
• 6x capacitor de cerâmica 0,1uF
• 2x capacitor de cerâmica 22pF
• 1x cristal 14,7456 MHz
• 2x botão tátil
• switch pwr opcional
• conector para alimentação 12v
• conector opcional para alimentação 5v

Etapa 2: Multiplexação

Como controlar 64 LEDs sem usar 64 fios individuais? Multiplexação!

Conectar um fio ao ânodo de cada led seria obviamente impraticável e teria uma aparência muito ruim. Uma maneira de contornar isso é dividir o cubo em 4 camadas de LEDs de 16x16. Todos os LEDs alinhados em uma coluna vertical compartilham um ânodo comum (+). Todos os LEDs em uma camada horizontal compartilham um cátodo comum (-). Agora, se eu quiser acender o LED no canto superior esquerdo atrás (0, 0, 3), eu apenas forneço GND (-) para a camada superior e VCC (+) para a coluna no canto esquerdo. Se eu só quiser acender um led de cada vez, ou acender apenas mais de uma layer ao mesmo tempo … funciona bem. No entanto, se também quiser iluminar o canto inferior direito da frente (3, 3, 0), tenho problemas. Quando eu forneço GND para a camada inferior e VCC para a coluna frontal esquerda, também acendo o led superior direito na frente (3, 3, 3) e o LED inferior esquerdo na parte traseira (0, 0, 0). Este efeito fantasma é impossível de contornar sem adicionar 64 fios individuais. A maneira de contornar isso é iluminar apenas uma camada de cada vez, mas faça isso tão rápido que o olho não reconheça que apenas uma camada é iluminada por vez. Isso se baseia em um fenômeno denominado Persistência de visão. Cada camada é uma imagem 4x4 (16). Se piscarmos 4 imagens de 16 led uma de cada vez, muito rápido, teremos uma imagem 3D 4x4x4!

Etapa 3: fazendo o cubo, modelo

Soldar grades de LEDs 4x4 à mão livre ficaria péssimo! Para obter 4 grades 4x4 perfeitas de LEDs, usamos um modelo para prendê-los no lugar. Eu queria fazer o cubo o mais fácil possível de fazer, então escolhi usar os LEDs próprias pernas, tanto quanto possível. A distância entre as linhas na grade foi decidida pelo comprimento das pernas do LED. Descobri que 25 mm (cerca de uma polegada) era a distância ideal entre cada led (entre o centro de cada led que é!) Para permitir a soldagem sem adicionar ou cortar fio.

• Encontre um pedaço de madeira grande o suficiente para fazer uma grade 4x4 de 2,5 cm.
• Desenhe uma grade 4x4 de linhas.
• Faça amassados em todas as intersecções com um punção central.
• Encontre uma broca que faça orifícios pequenos o suficiente para que o led fique firme no lugar e grande o suficiente para que o led possa ser facilmente puxado (sem dobrar os fios..).
• Faça os 16 furos.
• Seu modelo de ledcube está pronto.

Etapa 4: fazendo o cubo, solde as camadas

Fazemos o cubo em 4 camadas de leds 4x4 e, em seguida, os soldamos juntos. Crie uma camada:

• Coloque os LEDs na parte traseira e ao longo de um lado e solde-os juntos
• Insira outra linha de LEDs e solde-os. Faça uma linha de cada vez para deixar lugar para o ferro de solda!
• Repita o passo acima 2 mais vezes.
• adicione contraventamento cruzado na frente, onde as fileiras de led não estão conectadas.
• Repita 4 vezes.

Etapa 5: Fazendo o cubo, conectando as camadas

Agora que temos essas 4 camadas, tudo o que precisamos fazer é soldá-las juntas.

Coloque uma camada de volta no modelo. Esta será a camada superior, então escolha a mais bonita:) Coloque outra camada no topo e alinhe um dos cantos exatamente 25 mm (ou qualquer distância que você usou em sua grade) acima da primeira camada. Esta é a distância entre os fios catódicos. Segure o canto no lugar com uma mão amiga e solde o ânodo do canto da primeira camada ao ânodo do canto da segunda camada. Faça isso para todos os cantos. Verifique se as camadas estão perfeitamente alinhadas em todas as dimensões. Se não, dobre um pouco para ajustar. Ou re-soldar é a distância de altura que está fora. Quando eles estiverem perfeitamente alinhados, solde os 12 ânodos restantes juntos. Repita 3 vezes.

Etapa 6: escolha dos valores do resistor

Há duas coisas a se ter em mente ao escolher um valor de resistor para seus leds.

1) Os LEDs 2) O AVR O AVR tem uma classificação de corrente combinada máxima de 200 mA. Isso nos dá 12mA para trabalhar por LED. Você também não quer exceder a corrente máxima para a qual seus leds são avaliados. Usei resistores de 220 ohms no meu cubo. Isso me deu cerca de 12 mA por led.

Etapa 7: o controlador

Os circuitos que controlam o cubo de led são descritos na imagem esquemática anexa.

A interface RS-232 é opcional. e pode ser omitido. Esse é o IC2 e todos os componentes conectados a ele. Firmwares futuros permitirão a comunicação com o PC. Comece colocando todos os componentes da placa de circuito em um layout que permita que todos os componentes se conectem com o mínimo de fios. Se tudo se encaixar, solde o circuito. Não vou dar mais instruções sobre isso, pois o circuito provavelmente ficará muito diferente de cubo para cubo, dependendo do tamanho da placa de circuito etc. Informações sobre como conectar o cubo ao circuito controlador estão a seguir Passo.

Etapa 8: Conecte o cubo

Imagens explicam isso melhor do que palavras. Por favor, veja as fotos.

Etapa 9: Compilar e programar

Agora você tem um cubo de led. Para usá-lo, ele precisa de algum software. Fiz um driver para renderizar um espaço de dados 3D no cubo e funções para exibir alguns efeitos visuais interessantes no cubo. Você pode usar meu código, escrever o seu próprio ou construir meu código e fazer mais efeitos. Se você fizer seus próprios efeitos, envie-me o código. Estou ansioso para ver o que vocês fazem! Para compilar o programa. Basta abrir um prompt de comando, entrar no diretório com o tipo de código fonte "make" na linha de comando. Se você quiser usar um ATMega32 em vez do ATMega16, apenas altere a configuração mcu no Makefile e recompile (digite make). Se você usar o m32 e não seguir esta etapa, o cubo não inicializará corretamente (as luzes vermelha e verde continuarão piscando para sempre). Agora você deve ter um arquivo chamado main.hex no diretório de origem. A próxima etapa mostrará como colocar esse código em seu cubo.

Etapa 10: programe o microcontrolador

Se você estiver tendo problemas com a velocidade e / ou alguns LEDs não acendem. Leia esta etapa com atenção. Para programar o microcontrolador, eu uso o avrdude e o programador USBTinyISP.

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

Meus exemplos estarão em um sistema Ubuntu Linux. O procedimento deve ser praticamente idêntico no Windows, mas não posso ajudá-lo com isso. Se você usa outro programador, leia o manual desse programador e avrdude. Primeiro, vamos ver se podemos fazer contato com o AVR. Conecte o programador ao seu cubo e ao seu computador. O comando é "avrdude -c usbtiny -p m16 ", em que -c especifica o programador e -p o modelo AVR. Você pode ver a saída nas imagens abaixo. Agora, faça upload do firmware: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". Agora, o cubo deve reiniciar e começar a fazer as coisas. Ele estará rodando a 1mhz (muito lentamente) usando seu oscilador interno. E alguns dos leds não funcionarão, porque algumas portas GPIO são usadas para JTAG por padrão. Para habilitar o oscilador externo e desabilitar JTAG, precisamos programar os bytes do fusível: execute "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "e" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Tenha cuidado ao executar esta etapa! Se errar, você pode destruir permanentemente seu microcontrolador! Se você estiver usando outro microcontrolador que não o ATMega16, certifique-se de ler a folha de dados cuidadosamente antes de alterar os bytes do fusível! Depois de gravar os bytes do fusível corretos, o cubo deve reiniciar e começar a operar em velocidade normal com todos os leds operacionais. Aproveite seu novo cubo: D

Etapa 11: Amplie - 8 x 8 x 8

Depois de fazer este cubo 4x4x4 bastante sofisticado, também fiz um cubo 8x8x8 enorme. Farei um instrutível para aquele quando tiver tempo. Enquanto isso, veja as fotos:-)

Você pode encontrar a versão 8x8x8 aqui: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Por favor, avalie este instrutível se você gostar!:)