Khối lập phương LED 3x3 dựa trên Arduino: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Xin chào và chào mừng bạn đến với Tài liệu hướng dẫn đầu tiên của tôi.

Tôi trình bày một thiết kế đơn giản, gọn gàng cho một khối LED 3x3x3 mới bắt đầu. Để dễ xây dựng hơn, tôi cung cấp chi tiết về acustom PCB, bạn có thể tự làm hoặc mua, hướng dẫn và bạn có thể, giống như tôi, sử dụng lại phần mềm từ khối LED thư viện Arduino tuyệt vời này và arduino lib.

Một trong những mục đích của thiết kế là chỉ sử dụng các bộ phận có lỗ, chúng dễ hàn hơn đối với người mới bắt đầu và mọi thứ đều có sẵn thông qua internet trên các trang web đấu giá / mua sắm yêu thích của bạn.

Thiết kế có thể được cấp nguồn từ cáp USB hoặc bộ chuyển đổi nguồn DC 7,5-12V.

Mạch sử dụng thiết kế lõi Arduino cắt giảm và bạn có thể lập trình nó trong mạch bằng cách sử dụng bộ lập trình Hệ thống trong mạch (ICSP) rẻ tiền hoặc bộ chuyển đổi USB sang TTL có sẵn. Phần mềm duy nhất bạn cần là Arduino IDE đáng kính.

Thiết kế này không mang tính cách mạng mà nó chỉ được xây dựng dựa trên một số tác phẩm trước đó và tôi đã đóng gói nó một cách gọn gàng. Tôi hy vọng bạn thích nó.

Bước 1: Các bộ phận cần thiết

Thiết kế này sử dụng rộng rãi thông qua các bộ phận lỗ. Nhà phân phối địa phương yêu thích của bạn nên cung cấp các bộ phận bạn cần.

Bạn cần Atmega 168p hoặc Atmega 328p với bộ nạp khởi động Arduino được cài sẵn. Bạn có thể tìm thấy những thứ này trên Ebay, tìm kiếm "bộ nạp khởi động arduino", đảm bảo bạn mua biến thể Dual In Line (DIL). Bạn cũng cần một ổ cắm USB loại B, loại thông thường, cũ hơn, béo hơn. Tôi chọn cái này vì nó dễ hàn. Các bóng bán dẫn, T1-T3 là bóng bán dẫn NPN mục đích chung, cũng như các loại được liệt kê, bạn có thể sử dụng BC108, 2N2222, 2N3904, v.v., luôn luôn kiểm tra sơ đồ chân của bóng bán dẫn so với PCB.

Đối với các đèn LED quan trọng nhất, hãy đảm bảo bạn mua đèn LED có độ sáng cao hoặc cực sáng. Tôi đã sử dụng đèn LED 10000-12000mcd từ một người bán trên Ebay cho hình khối ví dụ được hiển thị ở đây. Bạn muốn những cái sáng để bạn vẫn có thể nhìn thấy khối lập phương trong ánh sáng phòng bình thường. Nếu mô tả chi tiết về góc nhìn, thường là 20 độ nhưng bạn có thể tìm thấy góc nhìn rộng hơn, hãy cân nhắc. Những đèn LED siêu sáng này không phải là rõ ràng nhất khi nhìn nghiêng. Bạn có thể phải thử một vài đèn LED từ các nhà cung cấp khác nhau trước khi tìm được loại phù hợp với nhu cầu của mình.

Toàn bộ danh sách các bộ phận:

Giá trị một phần Mô tả PCB PCB màu xanh lá cây đẹp mắt, hãy tự làm hoặc mua nó. 27 đèn LED 3mm, màu sắc bạn chọn.

C3 22p 22pF, 25V, tụ gốm cao 4,4mm C4 100n 100nF, 25V, tụ gốm 7,5mm C5 100n 100nF, 25V, tụ gốm 7,5mm C6 10u 10uF 16V, vỏ 5,5mm Tụ điện, 16V C7 22u 10uF 16V, Vỏ 5.5mm Tụ điện, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 hoặc ATMEGA328 với bộ nạp khởi động Arduino IC2 L7805T L7805CV Bộ điều chỉnh tuyến tính 5V, 100mA, gói TO92 Dải tiêu đề Pin ICSP ICSP, cao độ 0,1 ", cách 2x3. Ổ cắm nguồn DC J1 DCJ0202, đường kính trong 2,1mm. Dải tiêu đề JP1 Pin, cao độ 0,1 ", cách 1x3. Q2 16MHz 16MHz, tinh thể vỏ HC49, 50ppm, cấu hình thấp R1 10k 10K 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R2 1k 1K 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R3 1k 1K 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R4 1k 1K 1 / Điện trở phim kim loại 4W 1% R5 470 470 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R6 1k 1K Điện trở phim kim loại 1 / 4W 1% R8 100 100R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R9 100 100R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% Điện trở phim kim loại R10 470 470R 1 / 4W 1% R11 470 470R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R12 470 470R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R13 470 470R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R14 470 470R 1 / 4W điện trở phim kim loại 1% R15 470 470R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R16 470 470R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R17 470 470R 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R18 1k 1K 1 / 4W Điện trở phim kim loại 1% R19 LDR Công tắc PTH gắn PCB LDR S1 S1 tùy chọn, 6x6mm. Bóng bán dẫn NPN công suất thấp T1 BC547 BC547 / BC548, bóng bán dẫn NPN công suất thấp TO92 T2 BC547 BC547 / BC548, bóng bán dẫn NPN công suất thấp TO92 T3 BC547 BC547 / BC548, ổ cắm USB loại B TO92 X4, gắn PCB qua lỗ. 4 x cao 3-5mm dính trên chân cao su.

Bước 2: Sơ đồ mạch và giải thích hoạt động

Sơ đồ được hiển thị ở trên.

Thiết kế dựa trên giản đồ Arduino Duemilanove, lược bỏ các yếu tố cần thiết. USB sang thiết bị nối tiếp đã bị loại bỏ nhưng có một tiêu đề nối tiếp, JP1, cho phép bộ chuyển đổi USB sang TTL lập trình thiết bị, nhiều hơn nữa về lập trình sau này. Ngoài ra còn có tiêu đề ICSP.

Bo mạch có thể hoạt động từ phích cắm USB, sử dụng nguồn điện 5V thuận tiện trong PC hoặc bộ sạc điện thoại di động giá rẻ của cửa hàng bảng Anh / đô la. Tùy chọn khác sử dụng đầu vào phích cắm DC, tùy chọn này chấp nhận đầu vào 7-15V DC để bạn có thể sử dụng bất kỳ bộ chuyển đổi phích cắm nào bạn có. Mạch chỉ sử dụng 30mA nên bộ chuyển đổi bị loại bỏ khỏi một thiết bị chết sẽ hoạt động, hãy kiểm tra hộp rác của bạn.

Điện trở R12 đến R17 đặt dòng điện, đặt độ sáng của đèn LED. Với đèn LED ĐỎ và điện trở 470R được hiển thị, dòng điện là ~ 5mA trên mỗi đèn LED. Để tính toán dòng điện LED, bạn cần điện áp đầu ra của thiết bị Atmega (4,2V) và giảm điện áp chuyển tiếp của đèn LED, đối với đèn LED màu đỏ là 1,7V. Công thức là:

Dòng điện LED = (Điện áp đầu ra Atmega - Điện áp LED) / I Led

Với các bộ phận tôi đã sử dụng: LED hiện tại = (4.2-1.7) / 470LED hiện tại = 5.31mA

Giới hạn dòng điện từ Atmega 168/328 đến 10mA

Một số sụt áp đèn LED phổ biến:

Màu đỏ 1,7V Màu vàng 2,1V Màu 2,1V Màu xanh lá cây 2,2V Màu xanh lá cây 3,2V Màu xanh siêu siêu 3,6V Màu trắng màu mát 3,6V

Vì vậy, bạn có thể sử dụng đèn LED màu xanh lam có độ sáng cao, điện trở sẽ giảm xuống 270R. Bạn có thể tăng dòng điện lên 10mA, trong thử nghiệm của tôi, tôi thấy 5mA là đủ.

Các bóng bán dẫn T1-T3 là các bóng bán dẫn NPN BJT thông thường, BC547 / BC548 / 2N2222, v.v. Chúng điều khiển việc chuyển mạch của từng lớp trong ba lớp. Điện trở R2-R4 giới hạn dòng điện cơ bản của điện trở.

R6 và đèn LED PWR là tùy chọn, được sao chép từ Arduino, rõ ràng là nếu nguồn được bật cho khối LED.

C2, C3 và Q2 tạo thành mạch đồng hồ cho thiết bị Atmega 168 / 328p, được lập trình sẵn với bộ nạp khởi động. Đảm bảo bạn lắp các tụ điện 22pF ở đây chứ không phải ở nơi khác nếu không chip sẽ không khởi động được. C1, C4 và C5 là bộ tách nguồn cấp. IC2, C6 và C7 tạo thành một mạch điều chỉnh tuyến tính đơn giản. Không có nhiều điều để nói về điều này nhưng hãy đảm bảo rằng bạn lắp các tụ điện theo đúng cách xung quanh. Có + ký hiệu trên bản vẽ PCB và màn hình lụa.

SK1 và R8 và R9 là giao diện nối tiếp. Sử dụng bộ chuyển đổi USB sang TTL, bạn có thể lập trình thiết bị bằng cách sử dụng ví dụ tại đây

Bước 3: Lấy các tập tin thiết kế và tạo ra PCB

Dữ liệu thiết kế PCB có thể được tải xuống từ Github tại

Có các tệp Gerber đã được xử lý để gửi đến trình chế tạo PCB, sơ đồ và lớp phủ PCB ở định dạng-p.webp

PCB có thể được chế tạo ở nhà, tôi đã làm điều này nhưng tôi đã hết Etchant. Thiết kế có thể được chế tạo bằng PCB một mặt và lớp trên cùng (màu ĐỎ trong hình ảnh) có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các liên kết dây đồng đóng hộp. Tôi đã sử dụng https://pcbshopper.com/ để tìm một nhà cung cấp phù hợp, cho các nguyên mẫu mà tôi đã sử dụng Elecrow.

Thiết kế PCB trên Github có 3 thay đổi đối với thiết kế nguyên mẫu được hiển thị ở đây:

1. Bộ điều chỉnh 7805CV đã được thay thế bằng bộ điều chỉnh 78L05 nhỏ hơn.
2. PCB thu nhỏ 5mm.
3. Tôi đã loại bỏ polyfuse khỏi nguồn cấp dữ liệu USB + 5V.

Bước 4: Lắp ráp PCB

PCB được chuyển tiếp hợp lý để lắp ráp. Tôi đã thêm một bức ảnh về PCB đã lắp ráp và bố cục ở trên để tham khảo. Tôi luôn bắt đầu bằng cách lắp các bộ phận nhỏ nhất trước và làm việc hướng lên trên, đặc biệt quan trọng nếu bạn không có giá đỡ PCB.

1. Bắt đầu bằng cách lắp các điện trở trước, chưa hàn chúng. Đảm bảo bạn chèn đúng thành phần vào đúng vị trí. Để dễ kiểm tra, hãy lắp chúng với dải dung sai ở bên phải / dưới cùng, sẽ giúp việc kiểm tra sau đó dễ dàng hơn. Xem ở đây nếu bạn cần trợ giúp xác định mã màu điện trở. Khi bạn đã xác minh các bộ phận chính xác ở đúng vị trí, hãy hàn các bộ phận.
2. Hàn tinh thể Q2 tại chỗ và tụ C2 và C3.
3. Hàn ổ cắm 28 chân cho Atmega168 / 328 vào đúng vị trí, đảm bảo rằng bạn có rãnh 1 chân ở trên cùng, điều này giúp ngăn việc đặt thiết bị ngược lại.
4. Lắp các đầu nối ICSP và JP1.
5. Lắp các tụ C1, C4 và C5 đều có 100nF (mã bộ phận 104).
6. Bộ điều chỉnh tuyến tính IC2.
7. Lắp các bóng bán dẫn T1, T2 và T3. Đảm bảo bạn chưa hoán đổi T1 / T2 / T23 và IC1 vì chúng đều nằm trong cùng một gói.
8. Phù hợp với S1, định hướng không thành vấn đề.
9. Phù hợp với C6 và C7, đảm bảo bạn nhận được cực chính xác!
10. Lắp đầu nối USB X4.
11. Lắp phích cắm nguồn DC J1.

Bit cuối cùng để lắp ráp là tiêu đề chân quay SIL. Tôi sử dụng một cặp máy cắt tốt để cẩn thận loại bỏ nhựa từ mỗi chân của dải, tôi lặp lại điều này cho đến khi tôi có 12 ổ cắm chân quay, sau đó sử dụng một cặp kìm và 3 tay, hàn lần lượt từng cái vào PCB. Vì hầu hết mọi người không có 3 tay, hãy thiếc mỗi lỗ bằng một ít thuốc hàn, để đậy miếng đệm lại, để nguội. Sau đó bôi mỏ hàn cho chảy chất hàn và lắp chốt vào, lấy mỏ hàn ra cho có mối nối. Bạn có thể cần một ít thuốc hàn mới nếu bạn bị khô khớp.

Trước khi kiểm tra mối hàn của bạn, hãy nghỉ ngơi một chút, có lẽ vì đồ uống?

Khi bạn hài lòng với việc hàn của mình, hãy dán các chân tự dính vào mặt dưới của PCB.

Bước 5: Lắp ráp khối LED

Đây là phần phức tạp nhất của quá trình lắp ráp. Hãy dành thời gian của bạn, đừng sợ hãi.

Tôi đã thêm ghi chú vào những bức ảnh ở trên như một bức tranh nói lên một nghìn từ.

Một vài điểm quan trọng.

1. Đảm bảo dây dẫn dương (chân dài hơn) hướng xuống dưới khi thiết kế chuyển + V sang 9 đèn LED trên mỗi lớp.
2. Đảm bảo dây dẫn âm được uốn cong 90 độ so với đèn LED, để tạo các thanh ngang.
3. Xây dựng từng lớp riêng lẻ và kiểm tra hai lần / ba lần bản dựng.
4. Đảm bảo dây đồng đóng hộp, khi được sử dụng, nằm giữa mỗi hàng đèn LED một nửa, điều này giúp dễ dàng kéo dây chuyển đổi lớp hơn.

Bước 6: Kiểm tra và lắp ráp khối cuối cùng

Trước khi cắm cụm khối LED hoặc thiết bị Atmega168 / 328, bạn có thể thực hiện một số kiểm tra đơn giản.

Nếu bạn có DMM (bạn nên có nếu bạn xây dựng một dự án như thế này), đo điện trở trên các chân 7 (dương) và 8 (âm) của ổ cắm 28 chân, bạn phải có> 1K. Nếu nó thấp hơn mức này, hãy kiểm tra mối hàn của bạn.

Tiếp theo áp dụng đầu vào 7-15V cho J1, quay trở lại chân 7 & 8 của ổ cắm 28 chân, đo điện áp, bạn sẽ thấy 5V nhưng nó có thể ở bất kỳ đâu trong khoảng 4.90V đến 5.1V, điều này là ổn. Nếu bạn đã lắp R6 và đèn LED PWR, đèn này sẽ sáng.

Rút phích cắm J1, cắm một đầu USB vào X4, cắm cáp vào một trung tâm hoặc nguồn điện vào bộ chuyển đổi USB 5V, lặp lại việc đọc điện áp trên các chân 7 & 8 của ổ cắm 28 chân, đọc có xung quanh 5V không?

Các kiểm tra ở trên nhằm đảm bảo điện áp nguồn cung cấp chính xác và đúng cực.

Tiếp theo, cẩn thận lắp thiết bị Atmega168p / 328p. Uốn các chốt một chút, nếu cần, để vừa với ổ cắm. Sử dụng J1 và nguồn cung cấp 7-15V của bạn, bật nguồn, xem IC2 có nóng ngay sau khi bật nguồn hay không. Nếu có, hãy tắt nguồn và kiểm tra hướng của IC1.

Tiếp theo, cẩn thận chèn hàng đầu tiên của dãy đèn LED. Đảm bảo rằng một trong các thanh đỡ dây đồng đóng hộp gần với PADL1, PADL2 và PADL3, bạn cần điều này sau này khi hàn dây cho từng lớp. Tốt nhất bạn nên bắt đầu với một chốt ở góc và sử dụng một cặp kìm mũi kim, cẩn thận uốn cong từng chốt một chút, từng hàng một để vừa với ổ cắm trên PCB. Tôi đã thêm một bức ảnh của lớp được lắp ráp đầu tiên ở trên. Sử dụng một đoạn dây 1 / 0,6 bện đơn, cắt nó theo chiều dài thích hợp để đi từ PADL1 / PADL2 hoặc PADL3 đến từng lớp của khối lập phương. Tôi thấy dễ dàng hơn khi chèn hàng đèn LED đầu tiên vào PCB và hàn dây điều khiển lớp đầu tiên (được hiển thị bằng màu trắng), sau đó quay lại bước trước đó, tạo một hàng khác, sau đó lắp ráp từng lớp vào PCB vì điều này tạo sự ổn định cơ sở.

Bắt đầu bằng cách hàn lớp tiếp theo bằng cách hàn một trong các đèn LED ở góc, Sau đó hàn góc đối diện. Bây giờ hãy kiểm tra xem lớp này có bằng phẳng không trước khi bạn hàn thêm. Khi bạn đã điều chỉnh lớp, hãy hàn hai đèn LED góc còn lại, mảng sẽ thẳng hàng nhưng hãy kiểm tra lại. Hàn các đèn LED còn lại. Lặp lại việc lắp ráp lớp cho lớp cuối cùng.

Bước 7: Lập trình

Tùy thuộc vào thiết bị Atmega của bạn, bạn có thể cần phải lập trình bộ nạp khởi động hoặc chỉ cần tải xuống mã. Nếu bạn có chip với bộ nạp khởi động đã được lập trình, bạn có thể sử dụng bộ chuyển đổi USB sang TTL. Làm theo hướng dẫn sau:

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

Bạn cũng có thể sử dụng đầu nối 2x3 pin Trong hệ thống mạch lập trình (ICSP), bạn có thể sử dụng một Arduino khác để thực hiện việc này:

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

Tôi sử dụng một lập trình viên Usbasp hoạt động với Arduino IDE, định cấu hình điều này thông qua menu Tools-> Programmer. Bạn có thể chọn lập trình Arduino / Atmel AVR với giá rẻ thông qua Ebay hoặc các trang đấu giá khác.

Tải xuống thư viện khối LED từ https://github.com/gzip/arduino-ledcube, làm theo hướng dẫn trên Github và tìm trong thư mục Ví dụ của bạn cho 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Nếu bạn đang sử dụng trình lập trình ICSP, hãy giữ phím shift trước khi nhấp vào tải lên để hướng dẫn Arduino IDE sử dụng trình lập trình. Nếu bạn đang sử dụng bộ điều hợp USB-to TTL, hãy nhấn và thả đặt lại sau khi IDE hoàn tất quá trình biên dịch.

Khi mã ví dụ đã được lập trình, bạn sẽ có một khối LED với các mẫu đẹp.

Đây là hướng dẫn đầu tiên của tôi, nhận xét và phản hồi được hoan nghênh.