LED Cube 4x4x4: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Tampilan LED 3 dimensi yang menakjubkan. 64 LED membuat kubus 4 kali 4 kali 4 ini, dikendalikan oleh mikrokontroler Atmel Atmega16. Setiap LED dapat ditangani secara individual dalam perangkat lunak, memungkinkannya menampilkan animasi 3d yang menakjubkan! Kubus LED 8x8x8 sekarang tersedia, berdasarkan permintaan populer:

Langkah 1: Yang Anda Butuhkan

Pertama-tama, Anda memerlukan sedikit waktu untuk menyolder 64 led;) Daftar pengetahuan:

• Keterampilan dasar elektronik dan menyolder
• Ketahui cara memprogram mikrokontroler AVR - Saya tidak akan membahasnya dalam instruksi ini.

Daftar komponen:

• Protoboard. Jenis dengan lingkaran tembaga.
• Mikrokontroler Atmel AVR Atmega16
• Pemrogram untuk memprogram Atmega16
• 64 LED
• 2 led status. Saya menggunakan warna merah dan hijau. (opsional)
• Max232 rs-232 chip, atau setara.
• 16 resistor untuk led. (100-400ohms) akan kembali ke ini.
• 2x resistor 470 ohm. untuk led status
• 1x resistor 10k
• 4x resistor 2.2k
• 4x transistor NPN BC338 (atau transistor lain yang mampu menswitch 250-ish mA)
• 1x 10uF kapasitor
• 1x 1000uF kapasitor
• 6x 0.1uF kapasitor keramik
• 2x 22pF kapasitor keramik
• 1x kristal 14,7456 MHz
• 2x tombol taktil
• sakelar pwr opsional
• konektor untuk daya 12v
• konektor opsional untuk daya 5v

Langkah 2: Multiplexing

Bagaimana cara mengontrol 64 LED tanpa menggunakan 64 kabel individual? Multipleks!

Menjalankan kabel ke anoda masing-masing led jelas tidak praktis, dan akan terlihat sangat buruk. Salah satu cara untuk menyiasatinya, adalah dengan membagi kubus menjadi 4 lapisan LED 16x16. Semua LED yang disejajarkan dalam kolom vertikal berbagi anoda yang sama (+). Semua LED pada lapisan horizontal berbagi katoda umum (-). Sekarang jika saya ingin menyalakan LED di sudut kiri atas di belakang (0, 0, 3), saya hanya memasok GND (-) ke lapisan atas, dan VCC (+) ke kolom di sudut kiri. Jika saya hanya ingin menyalakan satu led pada satu waktu, atau hanya menyalakan lebih dari satu lapisan pada saat yang sama.. ini berfungsi dengan baik. Namun, jika saya juga ingin menyalakan sudut kanan bawah di depan (3, 3, 0), saya mengalami masalah. Ketika saya mensuplai GND ke lapisan bawah dan VCC ke kolom kiri depan, saya juga menyalakan led kanan atas di depan (3, 3, 3), dan LED kiri bawah di belakang (0, 0, 0). Efek ghosting ini tidak mungkin diselesaikan tanpa menambahkan 64 kabel individual. Cara menyiasatinya adalah dengan hanya menyalakan satu lapisan pada satu waktu, tetapi melakukannya dengan sangat cepat sehingga mata tidak menyadari bahwa hanya satu lapisan yang menyala setiap saat. Ini bergantung pada fenomena yang disebut Persistence of vision. Setiap lapisan adalah gambar 4x4 (16). Jika kita mem-flash 4 16 gambar led satu per satu, sangat cepat, kita mendapatkan gambar 3d 4x4x4!

Langkah 3: Membuat Kubus, Template

Kotak solder LED 4x4 tangan akan terlihat buruk! Untuk mendapatkan 4 kotak LED 4x4 yang sempurna, kami menggunakan template untuk menahannya di tempatnya. Saya ingin membuat kubus semudah mungkin, jadi saya memilih untuk menggunakan LED kaki sendiri sebanyak mungkin. Jarak antara garis di grid ditentukan oleh panjang kaki LED. Saya menemukan bahwa 25mm (sekitar satu inci) adalah jarak optimal antara masing-masing led (antara pusat masing-masing led yaitu!) untuk memungkinkan penyolderan tanpa menambah atau memotong kawat.

• Temukan sepotong kayu yang cukup besar untuk membuat kotak 4x4 berukuran 2,5 cm.
• Buatlah kisi-kisi garis 4x4.
• Buat penyok di semua persimpangan dengan pukulan tengah.
• Cari mata bor yang membuat lubang cukup kecil sehingga led akan tetap kokoh di tempatnya, dan cukup besar sehingga led dapat dengan mudah ditarik keluar (tanpa menekuk kabelnya..).
• Bor 16 lubang.
• Template ledcube Anda selesai.

Langkah 4: Membuat Cube, Solder Layers

Kami membuat kubus dalam 4 lapisan led 4x4, lalu menyoldernya bersama-sama. Buat lapisan:

• Masukkan LED di sepanjang bagian belakang dan di satu sisi, dan solder bersama-sama
• Masukkan baris LED lainnya dan solder bersama-sama. Lakukan satu baris pada satu waktu untuk meninggalkan tempat untuk besi solder!
• Ulangi langkah di atas 2 kali lagi.
• tambahkan cross bracing di bagian depan di mana baris led tidak terhubung.
• Ulangi 4 kali.

Langkah 5: Membuat Kubus, Menghubungkan Lapisan

Sekarang kita memiliki 4 lapisan itu, yang harus kita lakukan adalah menyoldernya bersama-sama.

Masukkan satu lapisan kembali ke dalam template. Ini akan menjadi lapisan atas, jadi pilih yang tercantik:) Letakkan lapisan lain di atas, dan sejajarkan salah satu sudut tepat 25mm (atau berapa pun jarak yang Anda gunakan di kisi Anda) di atas lapisan pertama. Ini adalah jarak antara kabel katoda. Pegang sudut di tempatnya dengan bantuan tangan dan solder anoda sudut dari lapisan pertama ke anoda sudut dari lapisan kedua. Lakukan ini untuk semua sudut. Periksa apakah lapisan sejajar sempurna di semua dimensi. Jika tidak membungkuk sedikit untuk menyesuaikan. Atau solder ulang jarak ketinggiannya. Ketika mereka sejajar dengan sempurna, solder 12 anoda yang tersisa bersama-sama. Ulangi 3 kali.

Langkah 6: Memilih Nilai Resistor

Ada dua hal yang perlu diingat ketika memilih nilai resistor untuk led Anda.

1) LED 2) AVR AVR memiliki nilai arus gabungan maksimum 200 mA. Ini memberi kita 12mA untuk bekerja dengan per LED. Anda juga tidak ingin melebihi arus maksimum led Anda. Saya menggunakan resistor 220 ohm pada kubus saya. Ini memberi saya sekitar 12mA per led.

Langkah 7: Pengontrol

Sirkuit yang mengendalikan kubus yang dipimpin dijelaskan dalam gambar skema terlampir.

Antarmuka RS-232 adalah opsional. dan dapat dihilangkan. Itu adalah IC2 dan semua komponen yang terhubung dengannya. Firmware masa depan akan memungkinkan komunikasi PC. Mulailah dengan meletakkan semua komponen di papan sirkuit Anda dalam tata letak yang memungkinkan semua komponen terhubung dengan jumlah kabel yang minimal. Jika semuanya cocok, solder sirkuit. Saya tidak akan memberikan instruksi lebih lanjut tentang ini, karena rangkaian mungkin akan terlihat sangat berbeda dari kubus ke kubus, tergantung pada ukuran papan sirkuit dll. Informasi tentang cara menyambungkan kubus ke rangkaian pengontrol ada di bagian berikutnya melangkah.

Langkah 8: Pasang Kubus

Gambar menjelaskan ini lebih baik daripada kata-kata. Silakan lihat gambar-gambarnya.

Langkah 9: Kompilasi dan Program

Anda sekarang memiliki kubus yang dipimpin. Untuk menggunakannya, diperlukan beberapa perangkat lunak. Saya telah membuat driver untuk merender ruang data 3d pada kubus, dan berfungsi untuk menampilkan beberapa efek visual keren pada kubus. Anda dapat menggunakan kode saya, menulis sendiri atau membangun kode saya dan buat lebih banyak efek. Jika Anda membuat efek sendiri, kirimkan saya kodenya. Saya ingin melihat apa yang kalian buat! Untuk mengkompilasi program. Cukup buka command promt, masuk ke direktori dengan kode sumber "make" pada baris perintah. Jika Anda ingin menggunakan ATMega32 daripada ATMega16, cukup ubah pengaturan mcu di Makefile dan kompilasi ulang (ketik make). Jika Anda menggunakan m32 dan tidak melakukan langkah ini, kubus tidak akan boot dengan benar (lampu merah dan hijau akan terus berkedip selamanya). Anda sekarang harus memiliki file bernama main.hex di direktori sumber. Langkah selanjutnya akan menunjukkan cara memasukkan kode itu ke dalam kubus Anda.

Langkah 10: Program Mikrokontroler

Jika Anda mengalami masalah dengan kecepatan dan/atau beberapa LED tidak menyala. Harap baca langkah ini dengan seksama. Untuk memprogram mikrokontroler, saya menggunakan avrdude dan programmer USBTinyISP.

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

Contoh saya akan berada di sistem Linux Ubuntu. Prosedurnya seharusnya hampir sama di Windows, tetapi saya tidak dapat membantu Anda dengan itu. Jika Anda menggunakan programmer lain, baca manual untuk programmer itu dan avrdude. Pertama, mari kita lihat apakah kita dapat melakukan kontak dengan AVR. Hubungkan programmer ke kubus dan komputer Anda. Perintahnya adalah "avrdude -c usbtiny -p m16", di mana -c menentukan programmer, dan -p model AVR. Anda dapat melihat output pada gambar di bawah. Sekarang, unggah firmware: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash:w:main.hex". Sekarang, kubus harus reboot dan mulai melakukan hal-hal. Ini akan berjalan pada 1mhz (sangat lambat) menggunakan osilator internalnya. Dan beberapa led tidak akan berfungsi, karena beberapa port GPIO digunakan untuk JTAG secara default. Untuk mengaktifkan osilator eksternal dan menonaktifkan JTAG, kita perlu memprogram byte sekering: jalankan "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse:w:0xef:m" dan "avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse:w:0xc9:m". Hati-hati saat melakukan langkah ini! Jika Anda salah, Anda dapat menghancurkan mikrokontroler Anda secara permanen! Jika Anda menggunakan mikrokontroler lain selain ATMega16, pastikan untuk membaca datasheet dengan cermat sebelum mengubah byte sekering! Setelah menulis byte sekering yang benar, kubus harus reboot dan mulai beroperasi dengan kecepatan biasa dengan semua led beroperasi. Nikmati kubus baru Anda: D

Langkah 11: Menjadi Besar - 8x8x8

Setelah membuat kubus 4x4x4 yang cukup mewah ini, saya juga membuat kubus berukuran 8x8x8 yang sangat besar. Saya akan membuat instruksi untuk yang itu ketika saya punya waktu. Sementara itu, lihat gambar:-)

Anda dapat menemukan versi 8x8x8 di sini: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Silakan nilai instruksi ini jika Anda menyukainya!:)