Οθόνη κύβου LED: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Σε αυτό το έργο, θα δημιουργήσετε έναν κύβο LED 8x8x8 ως οθόνη. Αφού φτιάξετε τον κύβο και μάθετε τα βασικά του κώδικα, θα μπορείτε να γράψετε τις δικές σας κινούμενες εικόνες. Είναι ένα εξαιρετικό οπτικό για επιστημονικούς σκοπούς και θα είναι μια ωραία διακοσμητική προσθήκη στο δωμάτιό σας! Κατά τη διαδικασία κατασκευής κύβων, θα αποκτήσετε μια σειρά από βασικές δεξιότητες ηλεκτρονικής, η οποία ανοίγει το δρόμο για πιο σύνθετα έργα στο μέλλον.

Αυτό είναι το ατομικό μου έργο για το μάθημα Ηλεκτρονικής και χρειάστηκε περίπου πέντε εβδομάδες. Περνούσα 12 ώρες σε αυτό το έργο την εβδομάδα και είχα πρόσβαση στα εξαρτήματα και τα εργαλεία που βρίσκονται συνήθως σε ένα εργαστήριο ηλεκτρονικών κολλεγίων. Μπορεί επίσης να είναι καλό να γνωρίζετε ότι, παρόλο που ο φόρτος εργασίας δεν είναι ένα κομμάτι κέικ, δεν απαιτείται πρακτική τεχνογνωσία. Αντ 'αυτού, θα αποκτήσετε μεγάλη εμπειρία και θα μάθετε από τα δικά σας λάθη στην πορεία.

Αποποίηση ευθυνών: Δανείστηκα το σχέδιο και τον κωδικό από τον Kevin Darrah (https://www.kevindarrah.com/?cat=99), ο οποίος κατασκεύασε έναν κύβο RGB 8x8x8 (τριπλασιάζοντας έτσι το έργο!). Η οθόνη κυματομορφής είναι δική μου δουλειά. Συνιστώ ανεπιφύλακτα να παρακολουθήσετε όλα τα βίντεο LED του πριν ξεκινήσετε το έργο! Βοηθούν εξαιρετικά στην κατανόηση του πώς λειτουργούν όλα, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας για αυτό το περίπλοκο έργο! Έδωσα σύντομες εξηγήσεις για το κύκλωμα και τη γενική αρχιτεκτονική όταν συζητώ τις συνδέσεις κυκλώματος και τον κώδικα, οπότε μη διστάσετε να μεταβείτε πρώτα σε αυτό το μέρος για να αποκτήσετε μια θεωρητική κατανόηση:)

Βήμα 1: Λίστα μερών

• μονόχρωμα DIFFUSED LEDs x512 με sp 30 ανταλλακτικά (noticeσως παρατηρήσετε ότι χρησιμοποίησα τρία χρώματα ο ίδιος. Αυτό έχει σχεδιαστεί αρχικά για να αντικατοπτρίζει το πλάτος της κυματομορφής (π.χ. κόκκινο σημαίνει μεγαλύτερο πλάτος), αλλά δεν κόλλησα σωστά τις φέτες, έτσι τελικά τους αντιμετώπισα ως τους ίδιους. Εάν εξακολουθείτε να ενδιαφέρεστε να κάνετε παραλλαγές χρώματος προς την κατακόρυφη κατεύθυνση, διαβάστε τις σημειώσεις στο βήμα κάθετων φέτες:))
• Πίνακες υπολογιστών, μεσαίου x7 και μικρού x2 (Αυτά είναι αυτά που διατίθενται στο εργαστήριό μου, αλλά μη διστάσετε να προσαρμόσετε το μέγεθος ανάλογα με το τι είναι άμεσα διαθέσιμο σε εσάς! Διαβάστε την ενότητα κυκλωμάτων για την αναφορά σας. Διαπίστωσα ότι για αρχάριους, PCB χωρίς καμία συνδεδεμένη λωρίδα είναι πιο άνετη, κυρίως επειδή μπορείτε να προσθέσετε και να κόψετε συνδέσεις κατά βούληση. Η αποκόλληση μπορεί να είναι δύσκολη!)
• NPN 2N3904 τρανζίστορ x72
• 1k αντιστάσεις x 150
• Αντίσταση 100 Ohm x 72
• P-channel MOSFET IRF9Z34 x8 συν 8 κλιπ-on ψύκτρες
• 100 micro πυκνωτές Farads x8
• 74HC595 καταχωρητές αλλαγής x9
• Arduino Uno + βιδωτή ασπίδα (χρησιμοποίησα ένα κιτ πρωτό-βιδωτό R3)
• Σύρμα με μόνωση 8 χρωμάτων (συνιστώ ανεπιφύλακτα τη χρήση διαφορετικών χρωμάτων! Θα έχετε πολλά καλώδια το ένα δίπλα στο άλλο και τα χρώματα βοηθούν πραγματικά όταν ελέγχουμε το κύκλωμα.)
• Τροφοδοτικό 5V 2.8A (εφόσον το όριο ρεύματος τροφοδοσίας είναι υψηλότερο από 64*(ρεύμα μέσω 1 LED), θα πρέπει να λειτουργεί καλά:))
• ακροδέκτες καλωδίων
• Κεφαλίδες Molex με 8 ακίδες και 6 ακίδες.
• Συρμάτινο περίβλημα Molex με 8 ακίδες και 6 ακίδες (η ποσότητα αυτών θα είναι διαφορετική ανάλογα με το μέγεθος του PCB και τον σχεδιασμό του κυκλώματός σας, οπότε διαβάστε ολόκληρο το Instructable (ιδιαίτερα το τμήμα κυκλώματος) πριν αποφασίσετε για τον αριθμό που χρειάζεστε:))
• Κόλλα μετάλλων
• Γυμνό χάλκινο σύρμα (για να είστε στην ασφαλή πλευρά, ετοιμάστε 50 μέτρα από αυτό)
• Μεγάλη ξύλινη σανίδα (περίπου 9 ίντσες σε κάθε πλευρά)
• Ξύλινα σουβλάκια 12 ιντσών (προαιρετικά; αν βρείτε τρόπο να φτιάξετε ίσια σύρματα, δεν το χρειάζεστε)
• σελοτέιπ
• μακριά νύχια x16

Εργαλεία

• Συγκολλητικό σίδερο
• κόφτης καλωδίων
• πένσα
• πιστόλι κόλλας (προαιρετικό, αν βρείτε τρόπο να φτιάξετε ίσια καλώδια, δεν το χρειάζεστε)
• σγουρώνων
• σφιγκτήρες ψύκτρας x2 (τα κλιπ αλιγάτορα λειτουργούν επίσης)
• απογυμνωτής σύρματος

Βήμα 2: Δημιουργία σειρών LED

Πρώτα απ 'όλα, δοκιμάστε όλα τα LED! Διορθώσα ένα κύκλωμα με LED και αντίσταση 100 Ohm. Έπειτα δοκίμασα ένα LED κάθε φορά και το πρόσθεσα παράλληλα με το άλλο LED. Θέλουμε να απορρίψουμε 1) σπασμένα LED, 2) LED με την άνοδο και την κάθοδο προς τα πίσω (δεν θέλετε απλώς να «θυμηθείτε» ποια έχει αναποδογυρίσει!) 3) φωτεινές λυχνίες LED.

Στη συνέχεια, φτιάξαμε το ξύλινο παζλ, το οποίο είναι επίσης το τελευταίο μου στήριγμα για τον κύβο. Τρυπήστε ένα πλέγμα 8x8 με 1 ίντσα ανάμεσα στο κέντρο των οπών. Επιλέξτε τρυπάνια με διάμετρο ακριβώς πάνω από τη διάμετρο των LED σας, έτσι ώστε να μπορούν να χωρέσουν στις οπές και να παραμείνουν ίσια. Καρφώσαμε επιπλέον ξύλινες λωρίδες στην περίμετρο, οι οποίες κράτησαν την επιφάνεια του σκάφους επίπεδη (χρησιμοποιήσαμε κόντρα πλακέ για την σανίδα, οπότε έχει αρκετή κάμψη). Επιπλέον, αυτό ανέβασε τις περιοχές με τις οπές έτσι ώστε τα LED να μπορούν να περάσουν μέσα από τις τρύπες. Επιλέξτε τη μία πλευρά και βάλτε δύο μακριά καρφιά στην ίδια γραμμή με τα κέντρα των οπών. Θα δέσουμε τα καλώδια σε αυτά τα καρφιά.

Μπορούμε τώρα να αρχίσουμε να φτιάχνουμε σειρές LED! Δεν βρήκα έναν αποτελεσματικό τρόπο για να φτιάξω ευθεία σύρματα, οπότε έβγαλα μόνο τα καλώδια χρησιμοποιώντας ένα ξύλινο μπλοκ. Τοποθετήστε το σύρμα στην άκρη του μπλοκ. κρατήστε το σύρμα προς τα κάτω με τον αντίχειρά σας στη μία πλευρά του μπλοκ και τραβήξτε το σύρμα. η άκρη του μπλοκ θα ξετυλίξει το σύρμα. Προτείνω να φορέσετε ένα γάντι για να προστατέψετε τον αντίχειρά σας:(Τοποθετήστε 8 LED σε αυτή τη σειρά με το μακρύ "πόδι", την άνοδο, στραμμένο προς μία κατεύθυνση. Θα τα κολλήσουμε στο σύρμα. Σημειώστε ότι το επίπεδο που σχηματίζεται από το σκέλος της ανόδου και το σκέλος της καθόδου πρέπει να είναι κάθετο στη γραμμή του σύρματος και το σκέλος της καθόδου να είναι μακριά από το σύρμα. Δέστε το σύρμα σε ένα καρφί και τραβήξτε το για να περάσει από τα LED μέχρι να είναι ίσιο και τεντωμένο. Δέστε το στο άλλο καρφί. Ρυθμίστε το ύψος του σύρματος (παρατήρησα μια μικρή επίπεδη περιοχή στο πόδι LED και ρύθμισα το σύρμα έτσι ώστε να αγγίζει αυτήν την περιοχή για όλα τα LED). Αυτό το ύψος είναι αυθαίρετο, αλλά παρακαλώ να είστε συνεπείς. Λάβετε υπόψη: 1) η διαφορά ύψους στο επίπεδο του κύβου σας θα είναι περίπου 1 ίντσα (οπότε τα καλώδια δεν μπορούν να είναι πολύ ψηλά). 2) οι λυχνίες LED ενδέχεται να σπάσουν κάτω από τη θερμότητα του συγκολλητικού σιδήρου (έτσι τα καλώδια δεν μπορούν να είναι πολύ χαμηλά) (αν και προσωπικά δεν έχω αντιμετωπίσει κανένα πρόβλημα από αυτό). Τώρα το καλώδιό σας πρέπει να αγγίζει το μακρύ πόδι όλων των LED, σχηματίζοντας έναν σταυρό. Συγκολλήστε το καλώδιο και τα καλώδια ανόδου και κόψτε τα καλώδια μετά.

Σε αυτό το έργο, πειραματίστηκα με δύο διαφορετικές διαμορφώσεις επαφών συγκόλλησης. Το ένα είναι η εγκάρσια επαφή που περιγράφηκε παραπάνω και το άλλο λυγίζει το πόδι LED έτσι ώστε τα καλώδια επαφής να είναι παράλληλα. Θεωρητικά, οι αρμοί παράλληλης επαφής είναι πιο ανθεκτικοί στο στρες, αλλά λαμβάνοντας υπόψη πόσο ελαφριά είναι τα LED, οι εγκάρσιες αρθρώσεις πιθανότατα δεν είναι τόσο επιζήμιες. Θα κερδίσετε πολλή πρακτική συγκόλληση του σύρματος και των ποδιών LED, οπότε μη διστάσετε να πειραματιστείτε με διαφορετικές τεχνικές! Χρησιμοποίησα ένα συγκολλητικό σίδερο με επίπεδη άκρη και προσωπικά πιστεύω ότι προσφέρει καλύτερο έλεγχο των κηλίδων συγκόλλησης και μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής με θερμότητα.

Αφού κάνετε τη συγκόλληση, χρησιμοποιήστε το breadboard για τον έλεγχο LED για να ελέγξετε τις συνδέσεις (σημαντικές). Σφίξτε το θετικό καλώδιο στο καλώδιο και σκουπίστε το αρνητικό καλώδιο μέσω των κοντών ποδιών LED. Πρέπει να ανάψουν όλα! Αφού ελέγξουμε ότι είναι όλα καλά, σπρώξτε απαλά τα LED από κάτω από τον πίνακα για να τα μετατοπίσετε και σύρετε το σύρμα προς τα πάνω στα καρφιά. Μπορείτε να κόψετε τις αγκύλες, αλλά σίγουρα εξοικονομήστε λίγο μήκος!

Τι γίνεται αν δεν ανάψει το LED μου;

Τα πρώτα πράγματα που μπορείτε να ελέγξετε είναι αν πήρατε την κάθοδο και η άνοδος αναποδογυρίστηκε. Στη συνέχεια, δοκιμάστε να αποκόψετε το θετικό καλώδιο στο πόδι LED αντί για ολόκληρο το σύρμα. Εάν το LED σας ανάψει με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να κολλήσετε ξανά το LED. Εάν η λυχνία LED δεν ανάβει, αντικαταστήστε την με άλλη.

Πρέπει να κάνουμε 64 τέτοιες σειρές LED:)

Βήμα 3: Συγκόλληση κάθετων φέτων

Ως προεπισκόπηση, όλες οι άνοδοι σε κάθε επίπεδο συνδέονται και όλες οι καθόδους σε κάθετη στήλη είναι συνδεδεμένες. Τώρα πρέπει να κάνουμε τις κάθετες φέτες. Θυμάστε τα δύο καρφιά που βάζουμε στον πίνακα για να δέσουμε καλώδια; Βάλτε τώρα άλλα 14 από αυτά με παρόμοιο τρόπο:) (Προσοχή: λιώστε καλά τις άκρες των νυχιών! Θα πιέζετε πολύ τα δάχτυλά σας γύρω από αυτές τις άκρες.)

Τώρα τοποθετήστε 8 σειρές LED στον πίνακα και βεβαιωθείτε ότι τα πόδια τους είναι στραμμένα προς την ίδια κατεύθυνση. Σημειώστε ότι τα σύρματα πρέπει να είναι παράλληλα με τις σειρές των καρφιών! Πιέστε προς τα κάτω τα LED έτσι ώστε να είναι όλα στο ίδιο ύψος. Εάν μερικές από τις λυχνίες LED συνεχίζουν να σβήνουν (ίσως λόγω της καμπυλότητας στο σύρμα σας), βάλτε μια ταινία στο κάτω μέρος των άκρων προς τον πίνακα. Τώρα, περάστε σύρματα στα νύχια όπως πριν. Θα μπορούσα μόνο να κοιτάξω τα καλώδια περίπου στο ίδιο ύψος, αλλά αυτό είναι εντάξει γιατί αυτό που σας ενδιαφέρει πραγματικά είναι ότι τα LED είναι στο ίδιο ύψος.

Συγκολλήστε τα καλώδια της καθόδου στα καλώδια. Θα παρατηρήσετε ότι εδώ χρησιμοποίησα τη διαμόρφωση συγκόλλησης παράλληλης επαφής και διαπίστωσα ότι είναι πιο σταθερή και καλύτερη από τις εγκάρσιες αρθρώσεις, αλλά ήταν πιο χρονοβόρο, γιατί πρέπει να 1) λυγίσετε τα καλώδια με πένσες. 2) βεβαιωθείτε ότι το λυγισμένο τμήμα αγγίζει το κύριο καλώδιο. 3) λυγίστε το τμήμα για να είναι στο σωστό ύψος, επειδή το κολλητήρι σας θα μπει υπό γωνία και χρειάζεστε το σίδερο για να αγγίξει και τα δύο καλώδια ταυτόχρονα.

Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε διαφορετικά χρώματα σε διαφορετικά στρώματα…

Βεβαιωθείτε ότι κάθε μια από τις φέτες σας αντικατοπτρίζει το συνδυασμό χρωμάτων. Για παράδειγμα, εάν ήθελα τα τρία πρώτα στρώματα να είναι κίτρινα LED, τα δύο μεσαία να είναι πορτοκαλί LED και τα κάτω τρία να είναι κόκκινα LED, θα τοποθετήσω τρεις κίτρινες στήλες LED, δύο πορτοκαλί και τρεις κόκκινες με αυτή τη σειρά Το Βεβαιωθείτε ότι η σειρά χρωμάτων και ο προσανατολισμός LED είναι συνεπείς και για τις οκτώ φέτες!

Χρησιμοποιήστε τη ρύθμιση του breadboard για να δοκιμάσετε όλα τα LED σε κάθε φέτα. Είναι σίγουρα πιο εύκολο να ξανακολλήσετε εδώ όταν τα LED σας είναι ασφαλισμένα και όχι στη μέση του αέρα.

Εάν τα καλώδια σας δεν είναι ευθεία μόνα τους, ΜΗΝ τραβάτε τη φέτα από τα νύχια ακόμα! Διαβάστε το επόμενο βήμα

Εάν έχετε ήδη ίσια καλώδια, σπρώξτε απαλά τα LED από κάτω και σύρετε τη φέτα από τα καρφιά. Μην κόβετε τα άκρα ακόμα:)

Βήμα 4: Υποστήριξη των κάθετων φέτων

Εάν τα καλώδια σας έχουν κάποια καμπυλότητα, όπως τα δικά μου, μπορούμε να τα στερεώσουμε ώστε να βρίσκονται σε επίπεδο επίπεδο προσθέτοντας άκαμπτη στήριξη κατά μήκος της περιμέτρου. Επέλεξα ξύλινα σουβλάκια 12 ιντσών επειδή είναι άμεσα διαθέσιμα στο Amazon. Κόλλησα τα σουβλάκια στην περίμετρο και πρόσθεσα μικρά κομμάτια στις γωνίες για να δυναμώσω το πλαίσιο. Δείτε φωτογραφίες για λεπτομέρειες. Σημειώστε ότι μόνο δύο σουβλάκια είναι πλήρως προσαρτημένα στα σύρματα και τα άλλα δύο σουβλάκια βρίσκονται πάνω από ολόκληρο το πλέγμα. Σας συνιστώ να δοκιμάσετε πρώτα το πλαίσιο χωρίς τα γωνιακά κομμάτια. Διαπίστωσα ότι τα επιπλέον κοντά μπαστούνια εμπόδισαν τις λυχνίες LED όταν στοίβαζα τις φέτες και οι αρμοί κόλλας είναι πιθανώς αρκετά ισχυροί για να συγκρατήσουν το πλέγμα LED ούτως ή άλλως. Εάν το πλέγμα εξακολουθεί να διογκώνεται λίγο, πιέστε προς τα κάτω τις δύο μη κολλημένες πλευρές και κολλήστε τα σύρματα στα σουβλάκια σε πολλά σημεία. Μην κόβετε τα χαλαρά άκρα ακόμα! Συγκεκριμένα, κρατήστε ένα αρκετά μικρό μήκος σουβλάκια στο πλάι που θα είναι στο κάτω μέρος του κύβου, έτσι ώστε να μπορούμε να κρατήσουμε τα LED μακριά από το πάτωμα.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση του κύβου

Τώρα που έχουμε τις φέτες, μπορούμε να φτιάξουμε τον κύβο! Μου φάνηκε πιο εύκολο να τα στοιβάζω αντί να κολλάω κάθετες φέτες μεταξύ τους, αλλά αν έχετε συνεργάτη, μη διστάσετε να αυτοσχεδιάσετε! Για να αποφύγετε λάθη, κολλήστε πρώτα τις φέτες σε ένα άλλο σετ σουβλάκια και προσθέστε αργότερα καλώδια σύνδεσης. Όπως βλέπετε στη φωτογραφία, κόλλησα τέσσερα σουβλάκια στις γωνίες για να ευθυγραμμίσω και να στηρίξω τα στρώματα. Λάβετε υπόψη ότι, ιδανικά, τα στρώματα απέχουν 1 ίντσα. Διαπίστωσα ότι τα LED μου στηρίζονταν στο ξύλινο πλαίσιο από το προηγούμενο στρώμα, οπότε δεν χρειάζεται να τα κρατήσω ψηλά ενώ τα κολλάω, αλλά αν οι φέτες σας στηρίζονται σε χαμηλότερο ύψος, ένας συνεργάτης ή μερικές ξύλινες λωρίδες (βλέπε φωτογραφία) βοήθεια. Πριν κολλήσετε τις φέτες, βεβαιωθείτε ότι ο προσανατολισμός τους είναι σωστός! Θέλετε η άνοδος και η άνοδος να δείχνουν προς συνεπή κατεύθυνση. Ελέγξτε επίσης τον προσανατολισμό των LED.

Είναι ΠΟΛΥ σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι τα LED ανάβουν όταν στοιβάζετε κάθε στρώμα! Θα ήταν ουσιαστικά αδύνατο να φτάσετε στο κέντρο του κύβου μόλις τα έχετε συγκεντρώσει όλα.

Youσως παρατηρήσετε ότι τα ξύλινα κουφώματα μου δεν ευθυγραμμίζονται απαραίτητα μεταξύ τους, αλλά αν κοιτάξετε τα LED, ευθυγραμμίζονται καλύτερα! Δεδομένου ότι θα βλέπουμε αυτόν τον κύβο σε σκοτεινό περιβάλλον, η κακή ευθυγράμμιση του πλαισίου είναι αποδεκτή.

Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε επιπλέον καλώδια για να κολλήσετε τους αγωγούς ανόδου στο ίδιο επίπεδο μαζί. Εάν δυσκολεύεστε να διατηρήσετε τα καλώδια εκεί, δοκιμάστε να "πλέξετε" το σύρμα μέσω των αγωγών (εναλλάξτε τον τρόπο που το σύρμα διασχίζει τους αγωγούς, από πάνω προς τα κάτω). Είναι εντάξει εάν αυτά τα καλώδια δεν είναι απόλυτα ίσια, επειδή η κύρια δομή LED έχει ήδη ρυθμιστεί και τα πλευρικά καλώδια δεν είναι πολύ ορατά μόλις ενεργοποιήσουμε τα LED.

Για να είμαστε ασφαλείς (θα προτιμούσαμε να κάνουμε λάθος από την προσεκτική πλευρά, ναι;), δοκιμάστε ξανά όλα τα LED. Σε αυτό το σημείο, εάν ένα από τα φώτα στο κέντρο του κύβου δεν ανάψει, δεν είμαι σίγουρος αν υπάρχει ένας απλός τρόπος για να το αντιμετωπίσετε: (Ωστόσο, εάν ήσασταν σχολαστικός για τον έλεγχο των LED όταν στοιβάζετε τα στρώματα, τα LED πρέπει να είναι ακόμα καλά.

Τώρα μπορούμε να κόψουμε την περίσσεια σύρματος σε όλα εκτός από την κάτω πλευρά. Τώρα μπορούμε προσωρινά να αφήσουμε τον κύβο μακριά! Συγχαρητήρια! Τώρα είμαστε πάνω από τα μισά του δρόμου:)

Βήμα 6: Συνδέσεις κυκλωμάτων

Διαβάστε τα διαγράμματα pdf πριν τακτοποιήσετε στοιχεία κυκλώματος στις πλακέτες του υπολογιστή. Αυτό το σχήμα είναι για τον κύβο RGB του Kevin Darrah, και δεδομένου ότι ο κύβος μας έχει μονόχρωμα LED, ο φόρτος εργασίας μας είναι στην πραγματικότητα μόνο το ένα τρίτο (έχουμε το ένα τρίτο των χειριστηρίων καθόδου, συγκεκριμένα). Συνιστώ ανεπιφύλακτα να τοποθετήσετε όλα τα στοιχεία κυκλώματος στα PCB για να δοκιμάσετε πρώτα την απόσταση. Δώστε στον εαυτό σας περισσότερο χώρο για να εργαστείτε, ειδικά για τους πίνακες βάρδιας και τους πίνακες ελέγχου ανόδου. Στη συνέχεια, απορρίψτε τα εξαρτήματα του κυκλώματος και κολλήστε μόνο μερικά κάθε φορά, αφού είναι λιγότερο δύσκολο να κολλήσετε χωρίς να μπουν εμπόδια τόσα πόδια εξαρτημάτων κυκλώματος.

κυκλώματα ανόδου και καθόδου

Ο σχεδιασμός του κυκλώματός μας είναι τέτοιος ώστε όταν οι είσοδοι στο κύκλωμα ανόδου και το κύκλωμα καθόδου είναι και οι δύο 5V (ή Υ HIGHΗΛΕΣ), το LED ανάβει. Ας περάσουμε πρώτα από το κύκλωμα ανόδου. Όταν η είσοδος είναι Υ HIGHΗΛΗ, το τρανζίστορ γίνεται γρήγορα κορεσμένο και η τάση του συλλέκτη πέφτει κοντά στο 0, πράγμα που σημαίνει ότι η Πύλη του MOSFET τραβιέται στο ΧΑΜΗΛΟ. Δεδομένου ότι η πηγή MOSFET είναι συνδεδεμένη σε 5V, ένα LOW στην Πύλη σημαίνει ότι η τάση αποστράγγισης έχει οριστεί σε Υ HIGHΗΛΗ. Ο πυκνωτής στην πηγή βοηθά στη διατήρηση του συστήματος σταθερό.

Όταν η είσοδος ελέγχου καθόδου είναι Υ HIGHΗΛΗ, το τρανζίστορ είναι και πάλι κορεσμένο και η τάση του συλλέκτη πηγαίνει στα 0V. Ο ακροδέκτης συλλέκτη συνδέεται με το LED μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος. Μπορείτε να επιλέξετε την τρέχουσα αντίσταση περιορισμού με βάση τις ιδιότητές σας LED. Δεδομένου ότι χρησιμοποιώ κόκκινες, πορτοκαλί και κίτρινες λυχνίες LED, χρησιμοποίησα 100 Ohms. Βλέπουμε ότι τώρα η θετική πλευρά του LED είναι ψηλά και η αρνητική πλευρά χαμηλωμένη και το LED ανάβει.

Δεδομένου ότι έχουμε 64 αγωγούς καθόδου (κάθε στήλη) και 8 καλώδια ανόδου (κάθε στρώμα), χρειαζόμαστε 64 σύνολα ελέγχου καθόδου και 8 σύνολα ελέγχου ανόδου. Σας συνιστώ να έχετε πλήρη σύνολα 8 χειριστηρίων στον ίδιο πίνακα, αφού κάθε καταχωρητής βάρδιας συνδέεται με 8 χειριστήρια και φαίνεται πιο οργανωμένο εάν τα 8 καλώδια σύνδεσης πάνε στο ίδιο σημείο. Προσοχή μην γεμίσετε τις σανίδες! Θα τρέξουμε πολλά καλώδια, οπότε φροντίστε να δώσετε στον εαυτό σας αρκετό χώρο! Συγκολλήστε όλα τα εξαρτήματα στον πίνακα. Ένα κόλπο για να αυξήσετε τη σταθερότητα της επιφάνειας εργασίας σας είναι να κολλήσετε σε εξαρτήματα με το ίδιο ύψος (π.χ. συγκολλήστε τα τρανζίστορ μετά τη συγκόλληση όλων των αντιστάσεων για να αποφύγετε την πτώση των αντιστάσεων). Για κάθε σύνολο κυκλώματος ελέγχου 8 καθόδων, βεβαιωθείτε ότι έχετε συγκολλήσει μία κεφαλίδα 8 ακίδων που εξάγει δεδομένα στον κύβο LED.

Δεν φαίνεται από τα σχήματα, αλλά όπου υπάρχει τρανζίστορ, πρέπει να το συνδέσουμε με GND και 5V

κυκλώματα καταχωρητών αλλαγής ταχυτήτων

Οι καταχωρητές αλλαγής ταχυτήτων συνδέονται μεταξύ τους μέσω 6 καλωδίων. Συνδέονται παράλληλα για 5V, GND, CLOCK, LATCH και BLANK και σε σειρά για DATA. Όταν συνδέετε τα καλώδια, βεβαιωθείτε ότι οι καταχωρητές αλλαγής καθόδου βρίσκονται στο τέλος της ακολουθίας, επειδή τα δεδομένα πηγαίνουν πάντα στο τέλος της σειριακής γραμμής. Βασικά, το Arduino στέλνει μια σειρά δυαδικού κώδικα που ρέει κάτω από τη σύνδεση γραμμής DATA. Ο δυαδικός κώδικας στη συνέχεια χωρίζεται σε 8 bit ανά καταχωρητή βάρδιας. Οι ακροδέκτες 8 καταχωρητών βάρδιας συνδέονται στη συνέχεια με ένα σύνολο 8 χειριστηρίων καθόδου/ανόδου. Το 5V τροφοδοτεί ολόκληρο τον κύβο και δεδομένου ότι έχουμε έως και 64 LED ανάβουν ταυτόχρονα, βεβαιωθείτε ότι το συνολικό ρεύμα δεν υπερβαίνει το όριο πηγής ισχύος. Οι άλλοι ακροδέκτες βασικά ελέγχουν πότε τα δεδομένα μπαίνουν στους καταχωρητές βάρδιας και πότε τα δεδομένα απελευθερώνονται στα χειριστήρια κυκλώματος από τους καταχωρητές βάρδιας. Βεβαιωθείτε ότι κάθε καταχωρητής αλλαγής έχει τη δική του κεφαλίδα 8 ακίδων και κάθε πίνακα καταχωρητή αλλαγής ταχυτήτων (εκτός από τον τελευταίο) διαθέτει κεφαλίδα 6 ακίδων μέσω της οποίας το καλώδιο 5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK και DATA μπορεί να μεταβεί στο επόμενος πίνακας μητρώου βάρδιας.

Κύκλωμα Arduino

Το κύκλωμα στο Arduino είναι πολύ απλό. Βασικά, έχουμε 6 καλώδια που βγαίνουν από το Arduino (5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK και DATA). Βεβαιωθείτε ότι το καλώδιο GND είναι συνδεδεμένο με το GND του Arduino (Στην πραγματικότητα, όλο το GND σε αυτό το έργο πρέπει να είναι συνδεδεμένο), αλλά ότι το καλώδιο 5V δεν είναι! Σημειώστε ότι το Arduino στο σχήμα του Darrah δείχνει στην πραγματικότητα τους τερματικούς σταθμούς του τσιπ ATMEGA. Δείτε μία από τις συνημμένες εικόνες για τους αντίστοιχους ακροδέκτες μεταξύ του τσιπ και του Arduino.

Χρησιμοποιήσαμε ένα βιδωτό προστατευτικό για να αποφύγουμε την απευθείας σύνδεση καλωδίων στο Arduino. Τα μέρη που πρέπει να κολλήσετε στο βιδωτό προστατευτικό είναι οι ακίδες κεφαλίδας στοίβαξης για τις ψηφιακές θύρες, 1 κεφαλίδα 6 ακίδων και 1 τερματικό μπλοκ 2 θυρών. Μπορείτε να προσθέσετε μια άλλη σειρά καρφιτσών στοίβαξης στην άλλη πλευρά για ισορροπία. (Σημειώστε ότι τα μπλε μπλοκ τερματικών που εμφανίζονται στις εικόνες δεν κάνουν τίποτα). Συγκόλληση σύμφωνα με τα διαγράμματα. Σημαντική σημείωση: για να είστε ασφαλείς, συνδέστε τον ακροδέκτη 5V στην κεφαλίδα 6 ακίδων με τα 5V της πηγής τροφοδοσίας (που είναι το πράσινο μπλοκ ακροδεκτών), ΟΧΙ τα 5V του Arduino. Με αυτόν τον τρόπο, το Arduino τροφοδοτείται από τον υπολογιστή σας και όλα τα 5V στο κύκλωμά σας παρέχονται από την πηγή ενέργειας. Ωστόσο, συνδέστε όλα τα GND μαζί. Mightσως από την εικόνα να πείτε ότι συγκολλήσα τον πείρο GND της κεφαλίδας 6 ακίδων και τον πείρο GND του μπλοκ ακροδεκτών στη λωρίδα GND στο βιδωτό παρμπρίζ.

Ενώ δεν γνωρίζω τρόπους για να ελέγξουμε τα κυκλώματα των καταχωρητών αλλαγής ταχυτήτων, μπορούμε και πρέπει να ελέγξουμε το κύκλωμα ελέγχου ανόδου και καθόδου χρησιμοποιώντας έναν πίνακα ψωμιού. Δείτε τις φωτογραφίες για λεπτομέρειες. Βασικά, συνδέουμε τις εισόδους της πλακέτας σε όλα 5V. Στη συνέχεια, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα πολύμετρο για να ελέγξουμε τις τάσεις εξόδου. Διαπιστώσαμε ότι η τάση εξόδου από τα χειριστήρια ανόδου είναι μόνο περίπου 4V, αλλά αυτό είναι μια αναμενόμενη συνέπεια από το MOSFET.

Συμβουλές καλωδίωσης:

• Μην τσιγκουνεύεστε το μήκος των καλωδίων σύνδεσης μεταξύ των σανίδων! Θα έχετε πολλούς πίνακες και πολλά καλώδια, και θα ήταν σαφέστερο και ευκολότερο για τη λήψη προβλημάτων εάν οι σανίδες είναι καλά διαχωρισμένες.
• Χρησιμοποιήστε διαφορετικά χρώματα για να διαφοροποιήσετε ποιο σύρμα είναι ποιο. Αυτό είναι πολύ σημαντικό, δεδομένου πόσα καλώδια θα χρειαστείτε. Στη συνέχεια, βάζουμε αυτά τα καλώδια στο περίβλημα του σύρματος σε μια σταθερή ακολουθία. Χρησιμοποιήστε μια καλή πρέσα για να φτιάξετε ασφαλείς ακροδέκτες καλωδίων.
• Να είστε συνεπείς με τη χρήση των κεφαλίδων και του περιβλήματος σύρματος! Στο έργο μου, για έναν συγκεκριμένο πίνακα, όλες οι είσοδοι προέρχονται από περιβλήματα καλωδίων και οι έξοδοι εξέρχονται από τις κεφαλίδες.
• Επειδή οι ακροδέκτες κεφαλίδας είναι αρκετά κοντά μεταξύ τους, να είστε προσεκτικοί ώστε να μην κολλήσετε τα καλώδια μαζί, ειδικά αν είστε σχετικά άπειροι στη συγκόλληση όπως εγώ! Ένα κόλπο που μου φάνηκε χρήσιμο ήταν να σπρώξω το σύρμα με το κολλητήρι για να λιώσει το συγκολλητικό, και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε πένσα για να σφίξουμε τα νήματα στο σύρμα και να σπρώξουμε το σύρμα πιο κοντά στον ακροδέκτη της κεφαλής. Απομακρύνετε το συγκολλητικό σίδερο και ο σύνδεσμος συγκόλλησης πρέπει να κρυώσει και να διατηρήσει το σχήμα του πολύ σύντομα.

Βήμα 7: Τοποθέτηση του κύβου

Αντί να περνάμε τα άκαμπτα καλώδια καθόδου μέσα από τις 64 οπές, κάτι που είναι αρκετά δύσκολο στην πράξη, μπορούμε να κολλήσουμε πρώτα τα καλώδια στα καλώδια και μετά να τραβήξουμε τα καλώδια μέσα από τις οπές. Για να επιτρέψετε στα καλώδια να βγουν από κάτω από την πλατφόρμα τοποθέτησης, ανοίξτε 9 οπές στο πλάι της βάσης (8 για την κάθοδο και 1 για την άνοδο).

Αρχικά, κόψτε τα σουβλάκια για να έχουν περίπου το ίδιο μήκος. Κόψτε τα καλώδια της καθόδου έτσι ώστε να είναι σχεδόν στο ίδιο ύψος με τα σουβλάκια. Τώρα λυγίστε το μόλυβδο για να σχηματίσετε ένα μικρό γάντζο χρησιμοποιώντας πένσα. Απογυμνώστε περίπου μισή ίντσα από το σύρμα σας και λυγίστε το επίσης. Συνδέστε το καλώδιο και το καλώδιο μαζί και κλείστε τα άγκιστρα με πένσα. Αυτό προσφέρει καλή επαφή μεταξύ του σύρματος και του καλωδίου και σας απελευθερώνει τα χέρια για τη συγκόλληση. Βεβαιωθείτε ότι έχετε τοποθετήσει έναν σφιγκτήρα ψύκτρας πριν από τον πλησιέστερο σύνδεσμο συγκόλλησης LED, έτσι ώστε ο σύνδεσμος συγκόλλησης να μην ξεκολλάει από τη νέα θερμότητα. Εάν δεν έχετε σφιγκτήρες ψύκτρας, οι σφιγκτήρες αλιγάτορα λειτουργούν επίσης.

Είναι καλή πρακτική να ελέγχετε τις συνδέσεις (μέτρησα την αντίσταση του συνδέσμου συγκόλλησης) αφού τελειώσετε τη συγκόλληση κάθε στρώματος, αν και έχω διαπιστώσει ότι η μέθοδος "γάντζου" δίνει πραγματικά ισχυρές συνδέσεις συγκόλλησης.

Τώρα περάστε τα καλώδια μέσα από τις οπές. Τραβήξτε απαλά τα καλώδια και σπρώξτε την πλατφόρμα τοποθέτησης για να έρθει σε επαφή με τα σουβλάκια. Περάστε κάθε σετ από 8 σύρματα μέσω μιας οπής στο πλάι της πλατφόρμας στερέωσης και στερεώστε τη δέσμη με ένα κομμάτι ηλεκτρικής ταινίας. Δεδομένου ότι οι τέσσερις πλευρές του κύβου είναι ισοδύναμες, δεν έχει σημασία σε ποια πλευρά ομαδοποιείτε τα καλώδια. Προτείνω να φτιάξετε τους ακροδέκτες καλωδίων σε αυτά, έτσι ώστε να μπορείτε να συναρμολογήσετε γρήγορα το περίβλημα του σύρματος.

Για τις συνδέσεις ανόδου, κολλήστε ένα καλώδιο σε κάθε επίπεδο και περάστε το σύρμα από μία από τις οπές. Θα χρειαστείτε δύο σφιγκτήρες ψύκτρας για να αποτρέψετε την τήξη της γειτονικής συγκόλλησης.

Αφού τοποθετήσετε τον κύβο, δοκιμάστε ξανά κάθε LED για να βεβαιωθείτε ότι είναι εντάξει.

Συμβουλές:

Μην τσιγκουνεύεστε το μήκος του σύρματος! Νομίζω ότι τα καλώδια μου είναι εύκολα 12 ίντσες, αλλά εξακολουθούν να είναι λίγο πιο κοντά.

Τώρα είστε έτοιμοι να συνδέσετε τα πάντα και να τρέξετε τον κύβο!

Βήμα 8: Ο κώδικας και η πολυπλεξία

Λόγω του σύντομου χρόνου έργου, δανείστηκα τον κώδικα του Darrah και έκανα μόνο μικρές αλλαγές σε αυτόν. Επισυνάπτω την έκδοση που χρησιμοποίησα. Έκανε εξαιρετικά σχόλια στον κώδικά του και σας συνιστώ να τα διαβάσετε για να κατανοήσετε καλύτερα πώς λειτουργεί. Εδώ θα περιγράψω δύο βασικά χαρακτηριστικά του κώδικα του, την πολυπλεξία και τη διαμόρφωση της γωνίας bit.

Πολυπλεξία

Όλα τα έργα κύβων LED για τα οποία διάβασα κάνουν χρήση της πολυπλεξίας και αυτή είναι η τεχνική που μας επιτρέπει να ελέγχουμε το μεμονωμένο φως. Με την πολυπλεξία, μόνο ένα στρώμα των LED ανάβει ταυτόχρονα. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα επίπεδα μεταφέρονται με πολύ υψηλή συχνότητα, η εικόνα "μένει" στην όρασή μας για λίγο και νομίζουμε ότι το φως είναι ακόμα εκεί. Στο λογισμικό, τραβάμε ένα επίπεδο στο HIGH ταυτόχρονα και όλα τα άλλα επίπεδα στο LOW, έτσι ώστε να ανάβουν μόνο τα LED σε αυτό το επίπεδο. Για να προσδιορίσουμε ποια από αυτά ανάβουν, χρησιμοποιήσαμε τους καταχωρητές αλλαγής για να ελέγξουμε ποια από τις 64 καθόδους τραβιούνται Υ HIGHΗΛΑ. Πριν φωτίσουμε το επόμενο στρώμα, θέτουμε την άνοδο αυτού του στρώματος σε LOW έτσι ώστε να μην ανάβουν φώτα σε αυτό το στρώμα. Στη συνέχεια τραβάμε την άνοδο στο επόμενο στρώμα στο HIGH.

Διαμόρφωση γωνίας bit

Η τεχνική BAM μας επιτρέπει να ελέγχουμε τη φωτεινότητα κάθε LED σε κλίμακα μεταξύ 0 και 15. Εάν δεν χρειάζεστε την αλλαγή φωτεινότητας, δεν χρειάζεται να την εφαρμόσετε. Βασικά, έχουμε έναν έλεγχο τεσσάρων δυαδικών ψηφίων και αυτός ο έλεγχος αντιστοιχεί σε 15 κύκλους μετάβασης από το κάτω στρώμα στο επάνω στρώμα (θυμηθείτε ότι για πολυπλεξία, φωτίζουμε κάθε στρώμα τη φορά;). Αν γράψουμε 1 στο πρώτο bit, αυτό το LED ανάβει όταν κάνουμε κύκλο στα στρώματα για πρώτη φορά. Αν γράψουμε 1 στο δεύτερο bit, αυτό το LED ανάβει για τους επόμενους δύο κύκλους. Το 3ο bit αντιστοιχεί στους επόμενους 4 κύκλους και το τέταρτο αντιστοιχεί στους επόμενους 8 κύκλους (άρα έχουμε 15 κύκλους σε ένα πλήρες σύνολο). Ας πούμε, θέλουμε να θέσουμε το LED στο 1/3 της πλήρους φωτεινότητάς του, το οποίο είναι 5/15. Για να το πετύχουμε αυτό, γράφουμε 1 στο πρώτο και το τρίτο bit και 0 στα άλλα δύο, έτσι ώστε η λυχνία LED να ανάβει για τον 1ο κύκλο, να απενεργοποιείται για τους επόμενους δύο, να ανάβει για τους επόμενους τέσσερις και να απενεργοποιείται για τους επόμενους 8. Αφού ποδηλατούμε μέσα από αυτό τόσο γρήγορα, η όρασή μας "μέσος όρος" της φωτεινότητας και παίρνουμε το 1/3 της πλήρους φωτεινότητας.

Κύβος LED ως οθόνη για κυματοσυνάρτηση;

Μια πιθανότητα που σκεφτήκαμε στην αρχή αυτού του έργου ήταν να χρησιμοποιήσουμε αυτήν την οθόνη για να δείξουμε κυματοσυνάρτηση σωματιδίων σε τετράγωνο κουτί. Έγραψα μια μέθοδο στον κώδικα Arduino που απεικονίζει τη βασική κατάσταση και την πρώτη διεγερμένη κατάσταση, αλλά αποδεικνύεται ότι η ανάλυση δεν είναι αρκετά επαρκής. Η βασική κατάσταση φαίνεται καλή, αλλά η πρώτη διεγερμένη κατάσταση απαιτεί κάποια ερμηνεία. Ωστόσο, εάν στραβώνετε, μπορείτε να πείτε ότι η συνάρτηση μοιάζει με ένα χτύπημα όταν το κοιτάτε από τη μία κατεύθυνση και μοιάζει με έναν κύκλο ημιτονοειδούς κύματος εάν κοιτάξετε από την άλλη κατεύθυνση. Κάπως έτσι πρέπει να φαίνεται το πλάτος της κυματοσυνάρτησης! Δεδομένου ότι ακόμη και η πρώτη διεγερμένη κατάσταση απαιτεί κάποια εκ των υστέρων ερμηνεία, δεν κωδικοποίησα άλλες πιο περίπλοκες.

Βήμα 9: Δοκιμαστική λειτουργία

Συγχαρητήρια για την ολοκλήρωση του κύβου! Τώρα δοκιμάστε να γράψετε τη δική σας λειτουργία εμφάνισης και μοιραστείτε τη δουλειά σας με οικογένειες και φίλους:)

Αφού λειτουργήσει σωστά ο κύβος σας, κολλήστε το πίσω μέρος των PCB με μη αγώγιμη ταινία, αφού οι συνδέσεις είναι όλες εκτεθειμένες τώρα και ενδέχεται να βραχυκυκλώσουν η μία την άλλη.