LED Cube 4x4x4: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Màn hình LED 3 chiều tuyệt vời. 64 đèn LED tạo thành khối 4 x 4 x 4 này, được điều khiển bởi vi điều khiển Atmel Atmega16. Mỗi đèn LED có thể được định địa chỉ riêng trong phần mềm, cho phép nó hiển thị hình ảnh động 3d tuyệt vời! Khối lập phương LED 8x8x8 hiện đã có sẵn, theo nhu cầu phổ biến:

Bước 1: Những gì bạn cần

Trước hết, bạn cần khá nhiều thời gian để hàn 64 led với nhau;)

• Kỹ năng hàn và điện tử cơ bản
• Biết cách lập trình vi điều khiển AVR - Tôi sẽ không trình bày điều đó trong tài liệu hướng dẫn này.

Danh sách thành phần:

• Protoboard. Loại có vòng tròn bằng đồng.
• Atmel AVR vi điều khiển Atmega16
• Lập trình viên để lập trình Atmega16
• 64 đèn Led
• 2 led trạng thái. Tôi đã sử dụng màu đỏ và xanh lá cây. (không bắt buộc)
• Chip Max232 rs-232 hoặc tương đương.
• 16 điện trở cho led. (100-400ohms) sẽ trở lại điều này.
• Điện trở 2x 470 ohm. cho trạng thái dẫn
• 1x điện trở 10k
• Điện trở 4x 2,2k
• Bóng bán dẫn NPN 4x BC338 (hoặc bóng bán dẫn khác có khả năng chuyển mạch 250-ish mA)
• 1x tụ điện 10uF
• 1x 1000uF tụ điện
• Tụ gốm 6x 0,1uF
• 2x tụ gốm 22pF
• 1x tinh thể 14,7456 MHz
• Nút xúc giác 2x
• công tắc pwr tùy chọn
• đầu nối cho nguồn 12v
• đầu nối tùy chọn cho nguồn 5v

Bước 2: Ghép kênh

Làm thế nào để điều khiển 64 đèn LED mà không cần sử dụng 64 dây riêng lẻ? Ghép kênh!

Chạy dây đến cực dương của mỗi đèn led rõ ràng là không thực tế và trông rất tệ. Một cách để giải quyết vấn đề này là chia khối lập phương thành 4 lớp đèn LED 16x16. Tất cả các đèn LED được căn chỉnh trong một cột dọc đều có chung một cực dương (+). Tất cả các đèn LED trên một lớp nằm ngang có chung một cực âm (-). Bây giờ nếu tôi muốn làm sáng đèn LED ở góc trên bên trái ở phía sau (0, 0, 3), tôi chỉ cần cung cấp GND (-) cho lớp trên và VCC (+) cho cột ở góc bên trái. Nếu tôi chỉ muốn phát sáng một đèn LED cùng một lúc, hoặc chỉ phát sáng nhiều hơn một lớp cùng một lúc.. điều này hoạt động tốt. Tuy nhiên, nếu tôi cũng muốn sáng góc dưới cùng bên phải ở phía trước (3, 3, 0), tôi sẽ gặp vấn đề. Khi tôi cung cấp GND cho lớp dưới và VCC cho cột phía trước bên trái, tôi cũng sáng đèn LED bên phải phía trên ở phía trước (3, 3, 3) và đèn LED bên trái phía dưới ở phía sau (0, 0, 0). Không thể giải quyết được hiệu ứng bóng mờ này nếu không thêm 64 dây riêng lẻ. Cách khắc phục là chỉ thắp sáng từng lớp một, nhưng làm nhanh đến mức mắt thường không nhận ra rằng chỉ có một lớp sáng bất cứ lúc nào. Điều này dựa trên một hiện tượng gọi là Sự bền bỉ của tầm nhìn. Mỗi lớp là một hình ảnh 4x4 (16). Nếu chúng ta nhấp nháy 4 hình ảnh 16 led cùng một lúc, rất nhanh, chúng ta sẽ có được hình ảnh 3d 4x4x4!

Bước 3: Tạo Khối lập phương, Mẫu

Hàn lưới các đèn LED 4x4 tự do sẽ trông rất khủng khiếp! Để có được 4 lưới đèn LED 4x4 hoàn hảo, chúng tôi sử dụng một mẫu để giữ chúng tại chỗ. Tôi muốn tạo khối lập phương dễ dàng nhất có thể, vì vậy tôi đã chọn sử dụng đèn LED sở hữu chân càng nhiều càng tốt. Khoảng cách giữa các đường trong lưới được quyết định bởi độ dài của các chân LED. Tôi thấy rằng 25mm (khoảng một inch) là khoảng cách tối ưu giữa mỗi led (giữa tâm của mỗi led đó là!) Để có thể hàn mà không cần thêm hoặc cắt dây.

• Tìm một miếng gỗ đủ lớn để tạo thành một ô 4x4 có cạnh 2, 5cm.
• Vẽ một lưới 4x4 các đường.
• Tạo vết lõm ở tất cả các giao điểm bằng một cú đấm ở giữa.
• Tìm một mũi khoan tạo các lỗ đủ nhỏ để đèn led bám chắc vào vị trí và đủ lớn để đèn led có thể dễ dàng kéo ra (mà không làm cong dây điện..).
• Khoan 16 lỗ.
• Mẫu ledcube của bạn đã hoàn thành.

Bước 4: Tạo khối lập phương, hàn các lớp

Chúng tôi tạo khối lập phương thành 4 lớp đèn led 4x4, sau đó hàn chúng lại với nhau.

• Đặt các đèn LED dọc theo mặt sau và dọc theo một bên, và hàn chúng lại với nhau
• Chèn một hàng đèn LED khác và hàn chúng lại với nhau. Làm từng hàng một để chừa chỗ cho mỏ hàn!
• Lặp lại bước trên 2 lần nữa.
• thêm thanh giằng chéo ở phía trước nơi các hàng led không được kết nối.
• Lặp lại 4 lần.

Bước 5: Tạo khối lập phương, kết nối các lớp

Bây giờ chúng ta đã có 4 lớp đó, tất cả những gì chúng ta phải làm là hàn chúng lại với nhau.

Đặt lại một lớp trong mẫu. Đây sẽ là lớp trên cùng, vì vậy hãy chọn lớp đẹp nhất:) Đặt một lớp khác lên trên và căn chỉnh một trong các góc chính xác 25mm (hoặc bất kỳ khoảng cách nào bạn đã sử dụng trong lưới của mình) phía trên lớp đầu tiên. Đây là khoảng cách giữa các dây catốt. Giữ góc cố định bằng một tay trợ giúp và hàn cực dương góc của lớp thứ nhất với cực dương góc của lớp thứ hai. Làm điều này cho tất cả các góc. Kiểm tra xem các lớp có được căn chỉnh hoàn hảo theo mọi kích thước hay không. Nếu không uốn cong một chút để điều chỉnh. Hoặc hàn lại khoảng cách chiều cao bị tắt. Khi chúng đã được căn chỉnh hoàn hảo, hãy hàn 12 cực dương còn lại với nhau. Lặp lại 3 lần.

Bước 6: Chọn giá trị điện trở

Có hai điều cần lưu ý khi chọn giá trị điện trở cho đèn led của bạn.

1) Đèn LED 2) AVR AVR có định mức dòng điện kết hợp tối đa là 200 mA. Điều này cung cấp cho chúng tôi 12mA để làm việc với mỗi đèn LED. Bạn cũng không muốn vượt quá dòng điện tối đa mà đèn led của bạn được xếp hạng. Tôi đã sử dụng điện trở 220 ohm trên khối lập phương của mình. Điều này đã mang lại cho tôi khoảng 12mA trên mỗi led.

Bước 7: Bộ điều khiển

Các mạch điều khiển khối led được mô tả trong hình ảnh sơ đồ đính kèm.

Giao diện RS-232 là tùy chọn. và có thể được bỏ qua. Đó là IC2 và tất cả các thành phần kết nối với nó. Các chương trình cơ sở trong tương lai sẽ cho phép giao tiếp với PC.. Bắt đầu bằng cách bố trí tất cả các thành phần trên bảng mạch của bạn theo một bố cục cho phép tất cả các thành phần kết nối với một số lượng dây tối thiểu. Nếu mọi thứ phù hợp, hãy hàn mạch. Tôi sẽ không hướng dẫn thêm về điều này, vì mạch có thể sẽ trông rất khác nhau từ khối lập phương, tùy thuộc vào kích thước của bảng mạch, v.v. Thông tin về cách đấu dây khối lập phương với mạch điều khiển là ở phần tiếp theo bươc chân.

Bước 8: Lên dây cho khối lập phương

Hình ảnh giải thích điều này tốt hơn lời nói. Mời các bạn xem hình ảnh.

Bước 9: Biên dịch và lập trình

Bây giờ bạn có một khối dẫn. Để sử dụng nó, nó cần một số phần mềm. Tôi đã tạo một trình điều khiển để hiển thị không gian dữ liệu 3d trên khối và có chức năng hiển thị một số hiệu ứng hình ảnh thú vị trên khối. Bạn có thể sử dụng mã của tôi, viết của riêng bạn hoặc xây dựng trên mã của tôi và tạo nhiều hiệu ứng hơn. Nếu bạn tạo hiệu ứng của riêng mình, vui lòng gửi mã cho tôi. Tôi háo hức muốn xem các bạn làm gì! Để biên dịch chương trình. Chỉ cần mở một quảng cáo lệnh, nhập thư mục có kiểu mã nguồn "make" trên dòng lệnh. Nếu bạn muốn sử dụng ATMega32 thay vì ATMega16, chỉ cần thay đổi cài đặt mcu trong Makefile và biên dịch lại (kiểu make). Nếu bạn sử dụng m32 và không thực hiện bước này, khối lập phương sẽ không khởi động đúng cách (đèn đỏ và xanh lục sẽ nhấp nháy mãi mãi). Bây giờ bạn sẽ có một tệp có tên main.hex trong thư mục nguồn. sẽ chỉ cho bạn cách lấy mã đó vào khối lập phương của bạn.

Bước 10: Lập trình vi điều khiển

Nếu bạn đang gặp sự cố về tốc độ và / hoặc một số đèn LED không sáng. Vui lòng đọc kỹ bước này. Để lập trình bộ vi điều khiển, tôi sử dụng avrdude và bộ lập trình USBTinyISP.

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

Các ví dụ của tôi sẽ là trên hệ thống Ubuntu Linux. Quy trình này sẽ khá giống trên Windows, nhưng tôi không thể giúp bạn điều đó. Nếu bạn sử dụng một lập trình viên khác, hãy đọc hướng dẫn sử dụng cho lập trình viên đó và avrdude. Đầu tiên, hãy xem liệu chúng ta có thể liên hệ với AVR hay không. m16 ", trong đó -c chỉ định người lập trình và -p mô hình AVR. Bạn có thể thấy kết quả đầu ra trong các hình ảnh bên dưới. Bây giờ, hãy tải lên chương trình cơ sở: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". Bây giờ, khối lập phương sẽ khởi động lại và bắt đầu thực hiện công việc. Nó sẽ chạy ở tốc độ 1mhz (rất chậm) bằng cách sử dụng bộ dao động nội bộ của nó. Và một số đèn led sẽ không hoạt động vì một số cổng GPIO được sử dụng cho JTAG theo mặc định. Để kích hoạt bộ dao động bên ngoài và tắt JTAG, chúng ta cần lập trình các byte cầu chì: run "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "và" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". Hãy cẩn thận khi thực hiện bước này! Nếu bạn làm sai, bạn có thể phá hủy vĩnh viễn bộ vi điều khiển của mình! Nếu bạn đang sử dụng một bộ vi điều khiển khác không phải ATMega16, hãy nhớ đọc kỹ biểu dữ liệu trước khi thay đổi byte cầu chì! Sau khi viết đúng byte cầu chì, khối lập phương sẽ khởi động lại và bắt đầu hoạt động ở tốc độ bình thường với tất cả các đèn led đều hoạt động. NS

Bước 11: Kích thước lớn - 8x8x8

Sau khi tạo hình lập phương 4x4x4 khá lạ mắt này, tôi cũng đã tạo ra một hình lập phương 8x8x8 khổng lồ. Tôi sẽ thực hiện một hướng dẫn cho điều đó khi tôi có thời gian. Trong khi đó, hãy xem hình ảnh:-)

Bạn có thể tìm thấy phiên bản 8x8x8 tại đây: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Vui lòng đánh giá hướng dẫn này nếu bạn thích nó!:)