Cubo LED 4x4x4: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Increíble pantalla LED tridimensional. 64 LEDs componen este cubo de 4 por 4 por 4, controlado por un microcontrolador Atmel Atmega16. Cada LED se puede direccionar individualmente en el software, lo que le permite mostrar increíbles animaciones en 3D. Cubo LED de 8x8x8 ahora disponible, por demanda popular:

Paso 1: lo que necesita

En primer lugar, necesita bastante tiempo para soldar 64 leds;) Lista de conocimientos:

• Habilidades básicas de electrónica y soldadura.
• Sepa cómo programar un microcontrolador AVR; no lo cubriré en este instructivo.

Lista de componentes:

• Protoboard. El tipo con círculos de cobre.
• Microcontrolador Atmel AVR Atmega16
• Programador para programar el Atmega16
• 64 leds
• 2 leds de estado. Usé rojo y verde. (Opcional)
• Chip Max232 rs-232 o equivalente.
• 16 resistencias para leds. (100-400ohms) volverá a esto.
• 2x resistencia 470 ohmios. para leds de estado
• 1x resistencia 10k
• Resistencia 4x 2.2k
• 4x transistor NPN BC338 (u otro transistor capaz de conmutar 250 mA)
• Condensador 1x 10uF
• Condensador 1x 1000uF
• Condensador cerámico 6x 0.1uF
• Condensador cerámico 2x 22pF
• 1x cristal 14,7456 MHz
• 2x botón táctil
• interruptor pwr opcional
• conector para alimentación 12v
• conector opcional para alimentación de 5v

Paso 2: multiplexación

¿Cómo controlar 64 LED sin usar 64 cables individuales? Multiplexación!

Pasar un cable al ánodo de cada led, obviamente, no sería práctico y se vería realmente mal. Una forma de evitar esto es dividir el cubo en 4 capas de LED de 16x16. Todos los LED alineados en una columna vertical comparten un ánodo común (+). Todos los LED de una capa horizontal comparten un cátodo común (-). Ahora, si quiero iluminar el LED en la esquina superior izquierda en la parte posterior (0, 0, 3), solo proporciono GND (-) a la capa superior y VCC (+) a la columna en la esquina izquierda. Si solo quiero encender un led a la vez, o solo encender más de una capa al mismo tiempo … esto funciona bien. Sin embargo, si también quiero iluminar la esquina inferior derecha del frente (3, 3, 0), tengo problemas. Cuando proporciono GND a la capa inferior y VCC a la columna frontal izquierda, también enciendo el LED superior derecho en el frente (3, 3, 3) y el LED inferior izquierdo en la parte posterior (0, 0, 0). Este efecto de imagen fantasma es imposible de solucionar sin agregar 64 cables individuales. La forma de solucionarlo es iluminar solo una capa a la vez, pero hacerlo tan rápido que el ojo no reconozca que solo una capa está iluminada en cualquier momento. Esto se basa en un fenómeno llamado Persistencia de la visión. Cada capa es una imagen de 4x4 (16). Si flasheamos 4 imágenes de 16 LED una a la vez, muy rápido, ¡obtenemos una imagen en 3D de 4x4x4!

Paso 3: hacer el cubo, la plantilla

¡Soldar rejillas de LED 4x4 a mano alzada se vería terrible! Para obtener 4 rejillas 4x4 perfectas de LED, usamos una plantilla para mantenerlas en su lugar. Quería hacer el cubo lo más fácil posible de hacer, así que elegí usar los LED propias piernas tanto como sea posible. La distancia entre las líneas de la cuadrícula se decidió por la longitud de las patas del LED. Descubrí que 25 mm (aproximadamente una pulgada) era la distancia óptima entre cada LED (¡entre el centro de cada LED, claro está!) Para permitir la soldadura sin agregar ni cortar cables.

• Busque un trozo de madera lo suficientemente grande como para hacer una cuadrícula de 4x4 de 2,5 cm.
• Dibuja una cuadrícula de líneas de 4x4.
• Haga abolladuras en todas las intersecciones con un punzón.
• Busque una broca que haga agujeros lo suficientemente pequeños como para que el LED permanezca firme en su lugar, y lo suficientemente grandes para que el LED pueda sacarse fácilmente (sin doblar los cables..).
• Taladre los 16 agujeros.
• Tu plantilla ledcube está lista.

Paso 4: Hacer el cubo, soldar las capas

Hacemos el cubo en 4 capas de leds 4x4, luego las soldamos juntas. Crea una capa:

• Coloque los LED a lo largo de la parte posterior y a lo largo de un lado, y sueldelos juntos
• Inserte otra fila de LED y suéldelos juntos. ¡Haz una fila a la vez para dejar lugar para el soldador!
• Repita el paso anterior 2 veces más.
• agregue refuerzos transversales en el frente donde las filas de LED no están conectadas.
• Repite 4 veces.

Paso 5: hacer el cubo, conectar las capas

Ahora que tenemos esas 4 capas, todo lo que tenemos que hacer es soldarlas juntas.

Vuelva a colocar una capa en la plantilla. Esta será la capa superior, así que elige la más bonita:) Pon otra capa encima y alinea una de las esquinas exactamente 25 mm (o la distancia que hayas usado en tu cuadrícula) por encima de la primera capa. Esta es la distancia entre los cables del cátodo. Sostenga la esquina en su lugar con una mano amiga y suelde el ánodo de la esquina de la primera capa al ánodo de la esquina de la segunda capa. Haz esto para todos los rincones. Compruebe si las capas están perfectamente alineadas en todas las dimensiones. Si no dobla un poco para ajustar. O vuelva a soldar la distancia de altura que está apagada. Cuando estén perfectamente alineados, suelde los 12 ánodos restantes juntos. Repite 3 veces.

Paso 6: elegir valores de resistencia

Hay dos cosas a tener en cuenta al elegir un valor de resistencia para sus leds.

1) Los LED 2) El AVR El AVR tiene una clasificación de corriente combinada máxima de 200 mA. Esto nos da 12 mA para trabajar por LED. Tampoco desea exceder la corriente máxima a la que están clasificados sus leds. Usé resistencias de 220 ohmios en mi cubo. Esto me dio alrededor de 12 mA por LED.

Paso 7: el controlador

Los circuitos que controlan el cubo led se describen en la imagen esquemática adjunta.

La interfaz RS-232 es opcional. y puede omitirse. Eso es IC2 y todos los componentes conectados a él. Los firmwares futuros permitirán la comunicación con la PC. Empiece por colocar todos los componentes en su placa de circuito en un diseño que permita que todos los componentes se conecten con una cantidad mínima de cables. Si todo encaja, suelde el circuito. No daré más instrucciones sobre esto, ya que el circuito probablemente se verá muy diferente de un cubo a otro, dependiendo del tamaño de la placa de circuito, etc. La información sobre cómo conectar el cubo al circuito del controlador está en el siguiente paso.

Paso 8: Conecte el cubo

Las imágenes explican esto mejor que las palabras. Por favor vea las fotos.

Paso 9: compilar y programar

Ahora tienes un cubo de led. Para usarlo, necesita algún software. He creado un controlador para renderizar un espacio de datos 3D en el cubo y funciones para mostrar algunos efectos visuales geniales en el cubo. Puede usar mi código, escribir el suyo propio o construir sobre él. mi código y hacer más efectos. Si crea sus propios efectos, por favor envíeme el código. ¡Estoy ansioso por ver lo que ustedes hacen! Para compilar el programa. Simplemente abra un símbolo del sistema, ingrese el directorio con el tipo de código fuente "make" en la línea de comando. Si desea usar un ATMega32 en lugar del ATMega16, simplemente cambie la configuración de mcu en el Makefile y vuelva a compilar (escriba make). Si usa el m32 y no realiza este paso, el cubo no se iniciará correctamente (las luces roja y verde seguirán parpadeando para siempre). Ahora debería tener un archivo llamado main.hex en el directorio de origen. le mostrará cómo introducir ese código en su cubo.

Paso 10: programe el microcontrolador

Si tiene problemas con la velocidad y / o algunos LED no se encienden. Lea este paso detenidamente. Para programar el microcontrolador, utilizo avrdude y el 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

Mis ejemplos estarán en un sistema Ubuntu Linux. El procedimiento debería ser prácticamente idéntico en Windows, pero no puedo ayudarte con eso. Si usa otro programador, lea el manual de ese programador y avrdude. Primero, veamos si podemos hacer contacto con el AVR. Conecte el programador a su cubo y su computadora. El comando es "avrdude -c usbtiny -p m16 ", donde -c especifica el programador y -p el modelo AVR. Puede ver el resultado en las imágenes a continuación. Ahora, cargue el firmware: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". A estas alturas, el cubo debería reiniciarse y comenzar a hacer cosas. Funcionará a 1 mhz (muy lentamente) usando su oscilador interno. Y algunos de los leds no funcionarán, porque algunos puertos GPIO se usan para JTAG por defecto. Para habilitar el oscilador externo y deshabilitar JTAG, necesitamos programar los bytes del fusible: ejecute "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "y" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". ¡Tenga cuidado al realizar este paso! Si se equivoca, ¡puede destruir permanentemente su microcontrolador! Si está utilizando otro microcontrolador que el ATMega16, asegúrese de leer la hoja de datos cuidadosamente antes de cambiar los bytes de fusible. Después de escribir los bytes de fusible correctos, el cubo debe reiniciarse y comenzar a operar a velocidad regular con todos los leds en funcionamiento. Disfrute de su nuevo cubo: D

Paso 11: Amplíe - 8x8x8

Después de hacer este cubo de 4x4x4 bastante elegante, también hice un cubo enorme de 8x8x8. Haré un instructivo para ese cuando tenga tiempo. Mientras tanto, mira las fotos:-)

Puede encontrar la versión 8x8x8 aquí: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ ¡Califique este instructivo si le gusta!:)