Cách tạo khối LED 8x8x8 và điều khiển nó bằng Arduino: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tháng 1 năm 2020 chỉnh sửa:

Tôi sẽ bỏ qua điều này trong trường hợp bất kỳ ai muốn sử dụng nó để tạo ra ý tưởng, nhưng không còn ích lợi gì trong việc xây dựng một khối lập phương dựa trên các hướng dẫn này. Các IC trình điều khiển LED không còn được tạo ra nữa và cả hai bản phác thảo đều được viết bằng các phiên bản Arduino và Xử lý cũ và không còn chạy nữa. Tôi không biết cần phải thay đổi những gì để chúng hoạt động hiệu quả. Ngoài ra, phương pháp xây dựng của tôi đã dẫn đến một mớ hỗn độn mất trật tự. Đề xuất của tôi là làm theo hướng dẫn trên một tài liệu hướng dẫn khác hoặc mua một bộ dụng cụ. Khối lập phương này có giá khoảng 50 đô la vào năm 2011, bạn có thể mua một bộ trên ebay với giá khoảng 20 đô la bây giờ.

Giới thiệu ban đầu:

Có rất nhiều khối LED trên Bảng hướng dẫn, vậy tại sao lại làm một khối khác? Hầu hết là dành cho các khối nhỏ bao gồm 27 hoặc 64 đèn LED, hiếm khi lớn hơn vì chúng bị giới hạn ở số lượng đầu ra có sẵn trên vi điều khiển. Khối lập phương này sẽ có 512 đèn LED và sẽ chỉ cần 11 dây đầu ra từ Arduino. Sao có thể như thế được? Bằng cách sử dụng trình điều khiển LED Allegro Microsystems A6276EA.

Tôi sẽ chỉ cho bạn cách tôi tạo ra chính khối lập phương, bảng điều khiển và cuối cùng là mã để làm cho nó tỏa sáng.

Bước 1: Vật liệu

Tất cả các bộ phận bạn sẽ cần để xây dựng khối lập phương: 1 Arduino / Freeduino với chip Atmega168 trở lên, 512 đèn LED, kích thước và màu sắc tùy thuộc vào bạn, tôi đã sử dụng 3mm đỏ 4 chip điều khiển A6276EA LED từ bóng bán dẫn Allegro 8 NPN để điều khiển dòng điện áp, Tôi đã sử dụng bóng bán dẫn BDX53B Darlington 4 điện trở 1000 ohm, 1/4 watt hoặc cao hơn 12 điện trở 560 ohm, 1/4 watt trở lên 1 tụ điện 330uF 4 ổ cắm IC 24 chân 9 ổ cắm IC 16 chân 4 "x4" (hoặc lớn hơn) mảnh bảng đục lỗ để giữ tất cả các bộ phận, Quạt máy tính cũ Cáp điều khiển đĩa mềm cũ Nguồn điện máy tính cũ Rất nhiều dây nối, thuốc hàn, mỏ hàn, chất trợ dung, bất kỳ thứ gì khác để giúp cuộc sống của bạn dễ dàng hơn khi làm việc này. Miếng gỗ 7 "x7" (hoặc lớn hơn) được sử dụng để làm đồ gá hàn LED Một chiếc hộp đẹp mắt để trưng bày khối lập phương đã hoàn thành của bạn Arduino / Freeduino mà tôi lựa chọn là Bare Bones Board (BBB) từ www.moderndevice.com. Các đèn LED đã được mua trên eBay và có giá 23 đô la cho 1000 đèn LED được vận chuyển từ Trung Quốc. Các thiết bị điện tử còn lại được mua từ Newark Electronics (www.newark.com) và chỉ nên có giá khoảng 25 đô la. Nếu bạn phải mua tất cả mọi thứ, dự án này chỉ nên có giá khoảng 100 đô la. Tôi có rất nhiều thiết bị máy tính cũ nên những bộ phận đó đã bị rơi ra khỏi đống phế liệu.

Bước 2: Lắp ráp các lớp

Cách tạo 1 lớp (64 đèn LED) của khối lập phương 512 LED này: Các đèn LED tôi mua có đường kính 3mm. Tôi quyết định sử dụng đèn LED nhỏ để cắt giảm chi phí và tạo ra kích thước cuối cùng của hình khối đủ nhỏ để đặt trên bàn hoặc kệ của tôi mà không chiếm hoàn toàn bàn hoặc kệ. Tôi đã vẽ một lưới 8x8 với khoảng 0,6 inch giữa các dòng. Điều này mang lại cho tôi kích thước hình khối khoảng 4,25 inch mỗi cạnh. Khoan các lỗ 3mm nơi các đường giao nhau để tạo một đồ gá giữ các đèn LED khi bạn hàn từng lớp. A6276EA là một thiết bị chìm hiện nay. Điều này có nghĩa là nó cung cấp một đường dẫn đến đất chứ không phải là một đường dẫn đến điện áp nguồn. Bạn sẽ cần phải xây dựng khối lập phương trong cấu hình cực dương chung. Hầu hết các hình khối được chế tạo như cực âm chung. Mặt dài của đèn LED thường là cực dương, hãy kiểm tra để chắc chắn. Điều đầu tiên tôi làm là kiểm tra mọi đèn LED. Vâng, đó là một quá trình dài và nhàm chán và bạn có thể bỏ qua nếu muốn. Tôi thà dành thời gian để kiểm tra các đèn LED hơn là tìm ra một điểm chết trong khối lập phương của mình sau khi nó được lắp ráp. Tôi tìm thấy 1 đèn LED chết trong số 1000. Không tệ. Cắt 11 đoạn dây nối rắn, không cách điện lên 5 inch. Đặt 1 đèn LED vào mỗi đầu của hàng trong đồ gá của bạn và sau đó hàn dây vào mỗi cực dương. Bây giờ đặt 6 đèn LED còn lại vào hàng và hàn các cực dương đó vào dây. Điều này có thể theo chiều dọc hoặc chiều ngang, không quan trọng miễn là bạn thực hiện tất cả các lớp theo cùng một cách. Khi bạn hoàn thành mỗi hàng, hãy cắt bớt phần chì thừa khỏi các cực dương. Tôi để lại khoảng 1/8 . Lặp lại cho đến khi bạn hoàn thành tất cả 8 hàng. Bây giờ hãy hàn 3 đoạn dây nối qua các hàng bạn vừa thực hiện để kết nối tất cả chúng thành một đoạn duy nhất. Sau đó, tôi đã kiểm tra lớp bằng cách gắn 5 vôn để nối mạng dây thông qua một điện trở và chạm đất vào dây dẫn đến mỗi cực âm. Thay thế bất kỳ đèn LED nào không sáng. Cẩn thận tháo lớp khỏi đồ gá và đặt nó sang một bên. Nếu bạn uốn cong dây, đừng lo lắng, chỉ cần Hãy duỗi thẳng chúng ra hết mức có thể. Rất dễ uốn cong. Như bạn có thể thấy từ hình ảnh của tôi, tôi đã có rất nhiều dây bị uốn cong. Chúc mừng, bạn đã hoàn thành 1/8. Làm thêm 7 lớp nữa. TÙY CHỌN: Để thực hiện hàn các lớp với nhau (Bước 3) dễ dàng hơn, trong khi mỗi lớp tiếp theo vẫn ở trong đồ gá, uốn cong 1/4 inch trên cùng của cực âm về phía trước 45 đến 90 độ. Điều này sẽ cho phép đế tiếp cận xung quanh đèn LED mà nó đang kết nối và sẽ làm cho quá trình hàn dễ dàng hơn. Đừng làm điều này với lớp đầu tiên của bạn, chúng tôi sẽ tuyên bố rằng một là lớp dưới cùng và các khách hàng tiềm năng cần phải là tầm nhìn.

Bước 3: Lắp ráp khối lập phương

Cách hàn tất cả các lớp lại với nhau để tạo thành một khối lập phương: Phần cứng sắp hết. Bây giờ, cẩn thận đặt một lớp trở lại đồ gá, nhưng không sử dụng quá nhiều áp lực, chúng ta muốn có thể tháo nó ra mà không làm cong nó. Lớp đầu tiên này là mặt trên cùng của khối lập phương. Đặt một lớp khác lên trên lớp đầu tiên, xếp các dây dẫn và bắt đầu hàn. Tôi thấy cách dễ nhất là thực hiện các góc đầu tiên, sau đó là cạnh bên ngoài, sau đó là các hàng bên trong. Tiếp tục thêm các lớp cho đến khi bạn hoàn thành. Nếu bạn uốn cong các dây dẫn trước thì hãy đảm bảo giữ lớp với các dây dẫn thẳng cho cuối cùng. Nó là phần dưới cùng. Tôi có một chút không gian giữa mỗi lớp nên tôi không hoàn toàn có được hình khối. Không phải là vấn đề lớn, tôi có thể sống với nó.

Bước 4: Xây dựng Ban kiểm soát

Cách xây dựng bảng điều khiển và gắn nó vào Arduino của bạn: Thực hiện theo sơ đồ và xây dựng bảng theo cách bạn chọn. Tôi đặt các chip điều khiển ở giữa bảng và sử dụng phía bên trái để giữ các bóng bán dẫn điều khiển dòng điện đến từng lớp của khối và sử dụng phía bên phải để giữ các đầu nối đi từ chip điều khiển đến cực âm của Tôi đã tìm thấy một chiếc quạt máy tính 40mm cũ với một đầu nối molex cái để cắm nó vào nguồn điện máy tính. Điều này là hoàn hảo. Một lượng nhỏ luồng không khí chạy qua chip rất hữu ích và giờ đây tôi có một cách dễ dàng để cung cấp 5 volt cho các chip điều khiển và chính Arduino. Trên sơ đồ, RC là điện trở giới hạn dòng điện cho tất cả các đèn LED được kết nối với mỗi A6276EA. Tôi đã sử dụng 1000 ohms vì nó cung cấp 5 miliampe cho đèn LED, đủ để chiếu sáng nó. Tôi đang sử dụng Độ sáng cao, không phải đèn LED siêu Brite, vì vậy mức tiêu thụ hiện tại thấp hơn. Nếu tất cả 8 đèn LED trong một cột sáng cùng một lúc, thì nó chỉ là 40 miliampe. Mỗi đầu ra của A6276EA có thể xử lý 90 miliampe để tôi ở trong phạm vi tốt. RL là điện trở được kết nối với dây dẫn tín hiệu hoặc logic. Giá trị thực tế không quan trọng lắm miễn là nó tồn tại và không quá lớn. Tôi đang sử dụng 560 ohms bởi vì tôi đã có sẵn một số lượng lớn. Điều này là quá mức cần thiết cho dự án này, vì mỗi lớp của khối lập phương sẽ chỉ vẽ 320 miliampe với tất cả các đèn LED đều sáng. Tôi muốn có chỗ để phát triển và có thể sử dụng bảng điều khiển cho một thứ gì đó lớn hơn sau này. Sử dụng bất kỳ kích thước bóng bán dẫn nào phù hợp với nhu cầu của bạn. Tụ điện 330 uF trên nguồn điện áp ở đó để giúp làm dịu mọi biến động điện áp nhỏ. Vì tôi đang sử dụng bộ nguồn máy tính cũ nên điều này là không cần thiết, nhưng tôi đã để nó phòng trường hợp ai đó muốn sử dụng bộ chuyển đổi âm tường 5 volt để cấp nguồn cho khối lập phương của họ. Mỗi chip điều khiển A6276EA có 16 đầu ra. Tôi không có bất kỳ đầu nối phù hợp nào khác nên tôi đã hàn các dây dẫn vào một số ổ cắm IC 16 chân và sẽ sử dụng chúng để kết nối bảng điều khiển với khối lập phương. Tôi cũng cắt một nửa ổ cắm IC và sử dụng nó để kết nối 8 dây dẫn kết nối các bóng bán dẫn với các lớp của khối lập phương. Tôi cắt khoảng 5 inch ở đầu của một cáp mềm cũ để sử dụng làm đầu nối cho Arduino. Cáp mềm là 2 hàng 20 chân, Bảng mạch trần có 18 chân. Đây là một cách rất rẻ (miễn phí) để kết nối Arduino với bo mạch. Tôi kéo cáp ruy-băng thành từng nhóm gồm 2 dây, tước các đầu và hàn chúng lại với nhau. Điều này cho phép bạn cắm Arduino vào một trong hai hàng của đầu nối. Thực hiện theo sơ đồ và hàn đầu nối vào vị trí. Đừng quên hàn 5 volt và dây nối đất cho đầu nối để cung cấp điện cho Arduino. Tôi dự định sử dụng bảng điều khiển này cho các dự án khác nên thiết kế mô-đun phù hợp với tôi. Nếu bạn muốn nối cứng các kết nối, điều đó là tốt.

Bước 5: Xây dựng Trường hợp hiển thị

Làm cho sản phẩm cuối cùng của bạn trông đẹp mắt: Tôi tìm thấy chiếc rương gỗ này ở Hobby Lobby với giá 4 đô la và nghĩ rằng nó sẽ rất hoàn hảo vì nó có không gian bên trong để chứa tất cả dây cộng với nó trông rất đẹp. Tôi đã nhuộm màu đỏ này, cũng là vết tôi đã sử dụng trên bàn máy tính của mình để chúng khớp nhau. Vẽ một lưới lên trên cùng kích thước với lưới được sử dụng cho đồ gá hàn (0,6 inch giữa các đường). Khoan các lỗ để cho phép các dây dẫn xuyên qua phía trên và khoan một lỗ khác phía sau lưới cho các dây lớp / mặt phẳng (từ các bóng bán dẫn ở Bước 4). Tôi đã học được một cách khó khăn rằng cố gắng xếp thành hàng 64 con đường để đi qua các lỗ nhỏ là rất khó. Cuối cùng tôi quyết định khoan lại tất cả các lỗ lớn hơn một chút để làm cho quá trình diễn ra nhanh hơn. Tôi đã kết thúc việc sử dụng xung quanh một mũi khoan.2. Bây giờ khối lập phương đang ở trên cùng của màn hình, hãy uốn cong các góc dẫn để khối lập phương giữ nguyên vị trí khi bạn gắn dây. Đảm bảo rằng bạn gắn tất cả các dây theo đúng thứ tự. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64Và kết nối dây dẫn giữa các lớp (có nhãn 'mặt phẳng' trên giản đồ) và các bóng bán dẫn. Bóng bán dẫn trên chân 6 của Arduino là lớp trên cùng của khối lập phương. mọi thứ đã được xây dựng và sẵn sàng hoạt động, hãy lấy một số mã và dùng thử.

Bước 6: Mã

Mã cho khối lập phương này được thực hiện khác với hầu hết, tôi sẽ giải thích cách thích ứng. Hầu hết mã khối lập phương sử dụng ghi trực tiếp vào các cột. Đoạn mã nói rằng Cột X cần được thắp sáng vì vậy hãy cho nó một ít nước trái cây và chúng ta đã hoàn thành. Điều đó không hoạt động khi sử dụng chip điều khiển. Chip điều khiển sử dụng 4 dây để nói chuyện với Arduino: SPI-in, Clock, Latch và Enable. Tôi nối đất chân Bật (chân 21) thông qua một điện trở (RL) để đầu ra luôn được bật. Tôi chưa bao giờ sử dụng Bật vì vậy tôi đã lấy nó ra khỏi mã. SPI-in là dữ liệu từ Arduino, Clock là tín hiệu thời gian giữa hai thiết bị trong khi chúng nói chuyện và Latch cho bộ điều khiển biết đã đến lúc chấp nhận dữ liệu mới. Mỗi đầu ra cho mỗi chip được điều khiển bởi một số nhị phân 16 bit. Ví dụ; gửi 1010101010101010 đến bộ điều khiển sẽ làm cho mọi đèn LED khác trên bộ điều khiển sáng. Mã của bạn cần chạy qua mọi thứ cần thiết cho màn hình và xây dựng số nhị phân đó, sau đó gửi đến chip. Nó dễ dàng hơn nó âm thanh. Về mặt kỹ thuật, đó là một loạt phép cộng theo bit, nhưng tôi tệ ở phép toán theo bit nên tôi làm mọi thứ ở dạng thập phân. Số thập phân cho 16 bit đầu tiên như sau: 1 << 0 == 1 1 << 1 == 2 1 << 2 == 4 1 << 3 == 8 1 << 4 == 16 1 << 5 == 32 1 << 6 == 64 1 << 7 == 128 1 << 8 == 256 1 << 9 == 512 1 << 10 == 1024 1 << 11 == 2048 1 << 12 == 4096 1 << 13 == 8192 1 << 14 == 16384 1 << 15 == 32768 Điều này có nghĩa là nếu bạn muốn làm sáng đầu ra 2 và 10, bạn cộng các số thập phân (2 và 512) với nhau để được 514. Gửi 514 đến bộ điều khiển và đầu ra 2 và 10 sẽ sáng. Nhưng chúng ta có hơn 16 đèn LED nên hơi khó hơn. Chúng ta cần xây dựng thông tin hiển thị cho 4 chip. Việc nào dễ dàng như xây dựng nó cho 1, chỉ cần thực hiện thêm 3 lần nữa. Tôi sử dụng một mảng biến toàn cục để giữ các mã điều khiển. Theo cách đó, mọi việc sẽ trở nên dễ dàng hơn. Bạn cần gửi cái cuối cùng trước. Gửi mã cho chip 4, rồi 3, rồi 2, rồi 1, sau đó đặt Latch thành HIGH một lần nữa. Vì chân Enable luôn được kết nối với mặt đất nên màn hình sẽ được thay đổi ngay lập tức. Điều đó hoạt động tốt đối với các hình khối nhỏ hơn nhưng cần lưu trữ, đọc và gửi 512 bit nhị phân mỗi khi bạn muốn thay đổi màn hình sẽ chiếm rất nhiều bộ nhớ. Arduino không thể xử lý nhiều hơn một vài khung hình. Vì vậy, tôi đã viết một số hàm đơn giản để hiển thị khối lập phương hoạt động dựa trên tính toán thay vì hoạt ảnh được thiết lập trước. Tôi đã bao gồm một hoạt ảnh nhỏ để cho thấy nó được thực hiện như thế nào, nhưng tôi sẽ để nó cho bạn xây dựng các display.cube8x8x8.pde của riêng bạn là mã Arduino. Tôi dự định tiếp tục thêm các chức năng vào mã và sẽ cập nhật chương trình theo định kỳ. Matrix8x8.pde là một chương trình đang trong Xử lý để xây dựng màn hình của riêng bạn. Con số đầu tiên được đưa vào pattern1 , thứ hai vào pattern2 , v.v. Biểu dữ liệu cho A6276EA có sẵn tại:

Bước 7: Hiển thị công việc thủ công của bạn

Bạn đã hoàn thành, bây giờ là lúc thưởng thức khối lập phương của bạn. Như bạn có thể thấy, khối lập phương của tôi hơi cong. Mặc dù vậy, tôi không quan tâm lắm đến việc xây dựng một cái khác nên tôi sẽ sống chung với việc nó quanh co. Tôi có một vài điểm chết mà tôi cần phải xem xét. Đó có thể là một kết nối kém hoặc tôi có thể cần một chip điều khiển mới. Tôi hy vọng có thể hướng dẫn này truyền cảm hứng cho bạn để xây dựng khối lập phương của riêng bạn hoặc một số dự án LED khác bằng cách sử dụng A6276AE. Đăng một liên kết trong các nhận xét nếu bạn xây dựng một liên kết. Tôi đang cố gắng quyết định xem sẽ đi đâu từ đây. Bảng điều khiển cũng sẽ điều khiển khối lập phương 4x4x4 RGB, vì vậy đó là một khả năng. Tôi nghĩ sẽ rất gọn gàng để làm một khối cầu và theo cách tôi viết mã, nó sẽ không quá khó để thực hiện.