LED-Würfel-Anzeige - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

In diesem Projekt bauen Sie einen 8x8x8 LED-Würfel als Display. Nachdem Sie den Cube erstellt und die Code-Grundlagen gelernt haben, können Sie Ihre eigenen Anzeigeanimationen schreiben. Es ist ein großartiges Bild für wissenschaftliche Zwecke und eine schöne dekorative Ergänzung für Ihr Zimmer! Während des Würfelbaus erwerben Sie eine ganze Reihe grundlegender Elektronikkenntnisse, die den Weg für komplexere Projekte in der Zukunft ebnen.

Dies ist mein individuelles Projekt für den Elektronikkurs und es hat ungefähr fünf Wochen gedauert. Ich verbrachte 12 Stunden pro Woche mit diesem Projekt und hatte Zugang zu den Teilen und Werkzeugen, die normalerweise in einem Elektroniklabor eines Colleges zu finden sind. Es kann auch gut sein zu wissen, dass, obwohl der Arbeitsaufwand kein Kinderspiel ist, kein praktisches Fachwissen erforderlich ist. Stattdessen sammelst du viel Erfahrung und lernst auf deinem Weg aus deinen eigenen Fehlern.

Haftungsausschluss: Ich habe das Design und den Code von Kevin Darrah (https://www.kevindarrah.com/?cat=99) ausgeliehen, der einen 8x8x8 RGB-Würfel gebaut hat (und damit die Arbeit verdreifacht!). Die Wellenformanzeige ist meine eigene Arbeit. Ich empfehle dringend, sich alle seine LED-Videos anzusehen, bevor Sie mit dem Projekt beginnen! Sie sind äußerst hilfreich, um zu verstehen, wie alles funktioniert, was für dieses komplizierte Projekt entscheidend ist! Ich habe kurze Erklärungen über die Schaltung und die allgemeine Architektur gegeben, als ich die Schaltungsverbindungen und den Code bespreche, also zögern Sie nicht, zuerst zu diesem Teil zu springen, um ein theoretisches Verständnis zu erlangen:)

Schritt 1: Teileliste

• einfarbige DIFFUSED LEDs x512 mit ~30 Ersatz (Sie werden vielleicht feststellen, dass ich selbst drei Farben verwendet habe. Dies wurde ursprünglich entwickelt, um die Wellenformamplitude widerzuspiegeln (zB Rot bedeutet höhere Amplitude), aber ich habe die Scheiben nicht richtig gelötet, also Irgendwann habe ich sie einfach gleich behandelt. Wenn Sie immer noch daran interessiert sind, Farbvariationen in vertikaler Richtung vorzunehmen, lesen Sie bitte die Hinweise zum vertikalen Slices-Schritt:))
• PC-Platinen, mittel x7 und klein x2 (Dies sind die in meinem Labor verfügbaren, aber Sie können die Größe gerne anpassen, je nachdem, was Ihnen zur Verfügung steht! Bitte lesen Sie den Abschnitt zu den Schaltungen als Referenz. Ich habe das für Anfänger gefunden, Leiterplatten ohne verbundene Streifen sind bequemer, vor allem, weil Sie Verbindungen nach Belieben hinzufügen und schneiden können. Das Entlöten kann schwierig sein!)
• NPN 2N3904 Transistoren x72
• 1k Widerstände x 150
• 100 Ohm Widerstände x 72
• P-Kanal-MOSFETs IRF9Z34 x8 plus 8 Clip-On-Kühlkörper
• 100 Mikro-Farad-Kondensatoren x8
• 74HC595 Schieberegister x9
• Arduino Uno + Schraubschild (ich habe ein Proto-Schraubenschild R3-Kit verwendet)
• Draht mit Isolierung in 8 Farben (Ich empfehle dringend, verschiedene Farben zu verwenden! Sie werden viele Drähte direkt nebeneinander haben und die Farben helfen wirklich, wenn wir den Stromkreis überprüfen.)
• 5V 2,8A Netzteil (solange die Strombegrenzung Ihres Netzteils höher als 64* ist (Strom durch 1 LED), sollte es gut funktionieren:))
• Drahtklemmen
• Molex-Stiftleisten mit 8 Pins und 6 Pins.
• Molex-Drahtgehäuse mit 8-Pin und 6-Pin (die Anzahl dieser hängt von Ihrer PCB-Größe und Ihrem Schaltungsdesign ab, also lesen Sie bitte die gesamte Anleitung (insbesondere den Schaltungsteil), bevor Sie sich für die Anzahl entscheiden, die Sie benötigen:))
• Lot
• Blanker Kupferdraht (davon sicherheitshalber 50m vorbereiten)
• Großes Holzbrett (ca. 9 Zoll auf jeder Seite)
• 12-Zoll-Holzspieße (optional; wenn Sie einen Weg finden, gerade Drähte herzustellen, brauchen Sie dies nicht)
• Tesafilm
• lange Nägel x16

Werkzeuge

• Lötkolben
• Kabelschneider
• Zange
• Klebepistole (optional; wenn Sie einen Weg finden, gerade Drähte herzustellen, brauchen Sie dies nicht)
• Crimper
• Kühlkörperklemmen x2 (Krokodilklemmen funktionieren auch)
• Abisolierzange

Schritt 2: LED-Reihen erstellen

Testen Sie zuallererst alle LEDs! Ich habe eine Schaltung mit einer LED und einem 100-Ohm-Widerstand gesteckt. Ich habe dann jeweils eine LED getestet und diese parallel zur anderen LED hinzugefügt. Wir möchten 1) defekte LEDs, 2) LEDs mit der Anode und der Kathode nach hinten verwerfen (Sie möchten sich nicht nur "erinnern", welche LED umgedreht wurde!) 3) Dimmer-LEDs.

Als nächstes machten wir die Holzschablone, die auch meine letzte Halterung für den Würfel ist. Bohren Sie ein 8x8-Gitter mit 1 Zoll zwischen der Mitte der Löcher. Wählen Sie Bohrer mit einem Durchmesser knapp über dem Durchmesser Ihrer LEDs, damit sie in die Löcher passen und trotzdem gerade bleiben. Wir haben zusätzliche Holzleisten an den Umfang genagelt, die die Boardoberfläche flach halten (wir haben Sperrholz für das Board verwendet, also hat es ein bisschen Flex). Außerdem werden dadurch die Bereiche mit den Löchern erhöht, so dass die LEDs durch die Löcher stechen können. Wählen Sie eine Seite aus und legen Sie zwei lange Nägel auf dieselbe Linie wie die Mitten der Löcher. Wir werden die Drähte an diesen Nägeln binden.

Wir können jetzt mit der Herstellung von LED-Reihen beginnen! Ich habe keinen effektiven Weg gefunden, um gerade Drähte herzustellen, also habe ich die Drähte nur mit einem Holzblock abgeknickt. Legen Sie den Draht über die Kante des Blocks; Halten Sie den Draht mit dem Daumen auf einer Seite des Blocks und ziehen Sie den Draht durch; die Kante des Blocks knickt den Draht. Ich empfehle, einen Handschuh anzuziehen, um Ihren Daumen zu schützen:(Platzieren Sie 8 LEDs in dieser Reihe mit dem langen "Bein", der Anode, in eine Richtung. Wir werden sie auf den Draht löten. Beachten Sie, dass die durch den Anodenschenkel und den Kathodenschenkel gebildete Ebene senkrecht zur Linie des Drahtes sein sollte und der Kathodenschenkel vom Draht entfernt sein sollte. Binden Sie den Draht an einen Nagel und ziehen Sie ihn, um über die LEDs zu gehen, bis er gerade und straff ist. Binde es auf den anderen Nagel. Passen Sie die Drahthöhe an (ich habe einen kleinen flachen Bereich am LED-Bein bemerkt und den Draht so eingestellt, dass er diesen Bereich für alle LEDs berührt). Diese Höhe ist willkürlich, aber bitte konsistent sein. Denken Sie daran: 1) Der Höhenunterschied in Ihrem Würfel beträgt ungefähr 1 Zoll (damit die Drähte nicht zu hoch sein können); 2) die LEDs könnten unter der Hitze des Lötkolbens brechen (damit die Drähte nicht zu niedrig sein können) (obwohl ich persönlich keine Probleme damit hatte). Jetzt sollte Ihr Draht das lange Bein aller LEDs berühren und ein Kreuz bilden. Löten Sie den Draht und die Anodenleitungen und trimmen Sie die Leitungen anschließend.

In diesem Projekt habe ich mit zwei verschiedenen Lötstellenkontaktkonfigurationen experimentiert. Einer ist der oben beschriebene Kreuzkontakt, und der andere ist das Biegen des LED-Schenkels, so dass die Kontaktierungsdrähte parallel sind. Theoretisch sind die parallelen Kontaktfugen belastbarer, aber angesichts der Leichtigkeit der LEDs sind die Kreuzfugen wahrscheinlich nicht so nachteilig. Sie werden viel Übung beim Löten des Drahtes und der LED-Beine gewinnen, also experimentieren Sie mit verschiedenen Techniken! Ich habe einen Lötkolben mit flacher Spitze verwendet, und ich persönlich denke, dass er eine bessere Kontrolle über die Lötflecken und eine größere Wärmekontaktoberfläche bietet.

Verwenden Sie nach dem Löten das Steckbrett für die LED-Prüfung, um die Anschlüsse zu überprüfen (wichtig). Klemmen Sie die positive Leitung an den Draht und streichen Sie die negative Leitung durch die kurzen LED-Beine. Sie sollten alle leuchten! Nachdem wir überprüft haben, dass alle in Ordnung sind, drücken Sie die LEDs vorsichtig von unterhalb der Platine, um sie zu verschieben, und schieben Sie den Draht die Nägel hoch. Sie können die geschlungenen Enden abschneiden, aber auf jeden Fall etwas Länge sparen!

Was ist, wenn meine LED nicht aufleuchtet?

Das erste, was Sie überprüfen können, ist, ob Sie die Kathode und die Anode umgedreht haben. Versuchen Sie dann, die positive Leitung anstelle des gesamten Kabels an das LED-Bein zu klemmen. Wenn Ihre LED so aufleuchtet, können Sie die LED nachlöten. Wenn Ihre LED immer noch nicht aufleuchtet, ersetzen Sie sie durch eine andere.

Wir müssen 64 solcher LED-Reihen machen:)

Schritt 3: Vertikale Scheiben löten

Als Vorschau sind alle Anoden in jeder Schicht verbunden und alle Kathoden in jeder vertikalen Spalte sind verbunden. Jetzt müssen wir die vertikalen Schnitte machen. Erinnern Sie sich an die zwei Nägel, die wir in das Brett gesteckt haben, um Drähte zu binden? Fügen Sie nun 14 weitere davon auf ähnliche Weise ein:) (Achtung: Feilen Sie die Nagelspitzen gut ab! Sie werden Ihre Finger viel um diese Spitzen drücken.)

Legen Sie nun 8 LED-Reihen auf die Platine und achten Sie darauf, dass ihre Beine in die gleiche Richtung zeigen. Beachten Sie, dass die Drähte parallel zu den Nagelreihen verlaufen sollten! Drücken Sie die LEDs so nach unten, dass sie alle auf der gleichen Höhe sind. Wenn einige der LEDs immer wieder herausspringen (vielleicht aufgrund der Krümmung in Ihrem Draht), kleben Sie die Enden auf die Platine. Führen Sie nun wie zuvor Drähte über die Nägel. Ich könnte die Drähte nur ungefähr auf der gleichen Höhe sehen, aber das ist in Ordnung, denn was Sie wirklich interessiert, ist, dass die LEDs auf der gleichen Höhe sind.

Löten Sie die Kathodenleitungen auf die Drähte. Sie werden feststellen, dass ich hier die Parallelkontakt-Lötkonfiguration verwendet habe, und ich fand diese solider und besser aussehend als die Kreuzverbindungen, aber es war zeitaufwendiger, weil Sie 1) die Drähte mit einer Zange biegen müssen; 2) Stellen Sie sicher, dass der gebogene Abschnitt das Hauptkabel berührt; 3) Biegen Sie diesen Abschnitt auf die richtige Höhe, da Ihr Lötkolben schräg einläuft und Sie beide Drähte gleichzeitig berühren müssen.

Wenn Sie verschiedene Farben auf verschiedenen Ebenen verwenden möchten…

Stellen Sie sicher, dass jedes Ihrer Slices das Farbschema widerspiegelt. Wenn ich beispielsweise möchte, dass die oberen drei Schichten gelbe LEDs sind, die mittleren zwei orange LEDs und die unteren drei rote LEDs, platziere ich drei gelbe LED-Spalten, zwei orangefarbene und drei rote in dieser Reihenfolge. Stellen Sie sicher, dass Ihre Farbreihenfolge und die LED-Ausrichtung für alle acht Schichten konsistent ist!

Verwenden Sie das Steckbrett-Setup, um alle LEDs in jeder Scheibe zu testen. Es ist definitiv einfacher, hier nachzulöten, wenn Ihre LEDs befestigt sind und nicht in der Luft.

Wenn Ihre Drähte nicht gerade auf sich selbst sind, ziehen Sie die Scheibe noch nicht von den Nägeln! Lesen Sie den nächsten Schritt

Wenn Sie bereits gerade Drähte haben, drücken Sie die LEDs vorsichtig von unten und schieben Sie die Scheibe von den Nägeln. Schneiden Sie die Enden noch nicht ab:)

Schritt 4: Unterstützung der vertikalen Scheiben

Wenn Ihre Drähte eine gewisse Krümmung aufweisen, wie bei mir, können wir sie auf einer flachen Ebene fixieren, indem wir entlang des Umfangs eine starre Unterstützung hinzufügen. Ich habe mich für 12-Zoll-Holzspieße entschieden, weil sie bei Amazon leicht erhältlich sind. Ich klebte die Spieße auf den Umfang und fügte kleine Stücke in den Ecken hinzu, um den Rahmen zu verstärken. Siehe Fotos für Details. Beachten Sie, dass nur zwei Spieße vollständig an den Drähten befestigt sind und die anderen beiden Spieße über dem gesamten Gitter liegen. Ich empfehle, zuerst den Rahmen ohne die Eckstücke zu testen. Ich fand, dass die extra kurzen Stöcke den LEDs im Weg standen, als ich die Scheiben stapelte, und die Klebeverbindungen sind wahrscheinlich sowieso stark genug, um das LED-Gitter zu halten. Sollte sich das Gitter noch etwas wölben, drücken Sie die beiden unverleimten Seiten nach unten und kleben Sie die Drähte an mehreren Stellen auf die Spieße. Schneiden Sie die losen Enden noch nicht ab! Halten Sie insbesondere auf der Seite, die sich am unteren Ende des Würfels befindet, eine gewisse Länge von Spießen auf, damit wir die LEDs vom Boden fernhalten können.

Schritt 5: Zusammenbau des Würfels

Jetzt, da wir die Scheiben haben, können wir den Würfel machen! Ich fand es einfacher, sie zu stapeln, als vertikale Scheiben zusammenzukleben, aber wenn Sie einen Mitarbeiter haben, können Sie gerne improvisieren! Um Fehler zu vermeiden, kleben Sie die Scheiben zuerst auf einen anderen Satz Spieße und fügen Sie später Anschlussdrähte hinzu. Wie Sie auf dem Foto sehen, habe ich vier Spieße an den Ecken geklebt, um die Schichten auszurichten und zu stützen. Denken Sie daran, dass die Schichten idealerweise 1 Zoll voneinander entfernt sind. Ich habe festgestellt, dass meine LEDs auf dem Holzrahmen der vorherigen Schicht ruhen, sodass ich sie beim Kleben nicht hochhalten muss, aber wenn Ihre Scheiben auf einer niedrigeren Höhe ruhen, würde ein Mitarbeiter oder einige Holzleisten (siehe Foto) Hilfe. Achten Sie vor dem Verkleben der Scheiben auf die richtige Ausrichtung! Sie möchten, dass die Kathoden- und Anodenenden in konsistente Richtungen zeigen. Überprüfen Sie auch die Ausrichtung der LEDs.

Es ist SEHR wichtig, dass die LEDs leuchten, wenn Sie jede Schicht stapeln! Es wäre praktisch unmöglich, in die Mitte des Würfels zu gelangen, wenn Sie alles zusammengebaut haben.

Sie werden vielleicht feststellen, dass meine Holzrahmen nicht unbedingt aufeinander ausgerichtet sind, aber wenn Sie sich die LEDs ansehen, richten sie sich besser aus! Da wir diesen Würfel in einer dunklen Umgebung sehen werden, ist eine Fehlausrichtung des Rahmens akzeptabel.

Als nächstes verwenden Sie zusätzliche Drähte, um die Anodenleitungen auf derselben Ebene zusammenzulöten. Wenn Sie Schwierigkeiten haben, die Drähte dort zu halten, versuchen Sie, den Draht durch die Drähte zu "weben" (wechseln Sie die Art und Weise, wie der Draht die Drähte kreuzt, von oben nach unten). Es ist in Ordnung, wenn diese Drähte nicht perfekt gerade sind, da die Haupt-LED-Struktur bereits eingestellt ist und die Seitendrähte nach dem Einschalten der LEDs nicht mehr gut sichtbar sind.

Nur um sicher zu gehen (wir gehen eher vorsichtig vor, ja?), testen Sie alle LEDs noch einmal. Wenn zu diesem Zeitpunkt eines der Lichter in der Mitte des Würfels nicht aufleuchtet, bin ich mir nicht sicher, ob es eine einfache Möglichkeit gibt, dies zu beheben: (Wenn Sie jedoch die LEDs beim Stapeln sorgfältig überprüfen würden die Schichten, die LEDs sollten noch in Ordnung sein.

Jetzt können wir den Drahtüberschuss an allen außer der Unterseite abschneiden. Jetzt können wir den Würfel vorübergehend wegräumen! Herzliche Glückwünsche! Jetzt haben wir mehr als die Hälfte geschafft:)

Schritt 6: Stromkreisverbindungen

Bitte lesen Sie die pdf-Schaltpläne, bevor Sie Schaltungselemente auf den Leiterplatten anordnen. Dieses Schema ist für den RGB-Würfel von Kevin Darrah, und da unser Würfel einfarbige LEDs hat, beträgt unsere Arbeitsbelastung tatsächlich nur ein Drittel davon (wir haben speziell ein Drittel der Kathodensteuerung). Ich empfehle dringend, alle Schaltungselemente auf die Leiterplatten zu legen, um zuerst den Abstand zu testen. Geben Sie sich mehr Platz zum Arbeiten, insbesondere für die Schieberegisterplatinen und die Anodensteuerplatinen. Dann entsorgen Sie die Schaltungskomponenten und löten Sie nur wenige auf einmal, da das Löten weniger schwierig ist, ohne dass so viele Schaltungskomponentenbeine im Weg sind.

Anoden- und Kathodenkreise

Unser Schaltungsdesign ist so, dass die LED eingeschaltet wird, wenn die Eingänge der Anodenschaltung und der Kathodenschaltung beide 5 V (oder HIGH) sind. Lassen Sie uns zuerst die Anodenschaltung durchgehen. Wenn der Eingang HIGH ist, wird der Transistor schnell gesättigt und die Kollektorspannung fällt auf nahe 0, was bedeutet, dass das Gate des MOSFET auf LOW gezogen wird. Da die MOSFET-Source an 5V angeschlossen ist, bedeutet ein LOW im Gate, dass die Drainspannung auf HIGH gesetzt ist. Der Kondensator über der Quelle trägt dazu bei, das System stabil zu halten.

Wenn der Kathodensteuereingang HIGH ist, ist der Transistor wieder gesättigt und die Kollektorspannung geht auf 0 V. Der Kollektoranschluss ist über einen Strombegrenzungswiderstand mit der LED verbunden. Sie können den Strombegrenzungswiderstand basierend auf Ihren LED-Eigenschaften auswählen. Da ich rote, orange und gelbe LEDs verwende, habe ich 100 Ohm verwendet. Wir sehen, dass jetzt die positive Seite der LED hoch angehoben und die negative Seite niedrig gezogen wird und die LED aufleuchtet.

Da wir 64 Kathodenleitungen (jede Spalte) und 8 Anodenleitungen (jede Schicht) haben, benötigen wir 64 Sätze der Kathodensteuerung und 8 Sätze der Anodensteuerung. Ich empfehle, dass sich komplette Sätze von 8 Bedienelementen auf derselben Platine befinden, da jedes Schieberegister mit 8 Bedienelementen verbunden ist und es besser organisiert erscheint, wenn die 8 Verbindungsdrähte an dieselbe Stelle gehen. Pass auf, dass du die Boards nicht überfüllst! Wir werden viele Kabel verlegen, also stellen Sie sicher, dass Sie genügend Platz haben! Löten Sie alle Komponenten auf die Platine. Ein Trick, um die Stabilität der Arbeitsfläche zu erhöhen, besteht darin, Bauteile mit gleicher Höhe anzulöten (z. B. die Transistoren nach dem Löten aller Widerstände anlöten, um ein Herausfallen der Widerstände zu vermeiden). Stellen Sie für jeden Satz von 8 Kathodensteuerkreisen sicher, dass Sie einen 8-Pin-Header verlöten, der Daten an den LED-Würfel ausgibt.

Es ist aus den Schaltplänen nicht ersichtlich, aber wo immer es einen Transistor gibt, müssen wir ihn an GND und 5V anschließen

Schieberegisterschaltungen

Die Schieberegister sind über 6 Drähte miteinander verbunden. Sie sind für 5V, GND, CLOCK, LATCH und BLANK parallel und für DATA in Reihe geschaltet. Achten Sie beim Anschließen der Drähte darauf, dass sich die Kathodenschieberegister am Ende der Sequenz befinden, da die DATA immer bis zum Ende der seriellen Leitung gehen. Grundsätzlich sendet der Arduino eine Binärcode-Zeichenfolge aus, die über die DATA-Leitungsverbindung fließt. Der Binärcode wird dann in 8 Bits pro Schieberegister aufgeteilt. Die 8 Schieberegisteranschlüsse werden dann mit einem Satz von 8 Kathoden-/Anodensteuerungen verbunden. Die 5V versorgen den gesamten Cube mit Strom, und da wir maximal 64 LEDs gleichzeitig leuchten lassen, stellen Sie sicher, dass der Gesamtstrom Ihre Stromquellengrenze nicht überschreitet. Die anderen Pins steuern grundsätzlich, wann die Daten in die Schieberegister gelangen und wann die Daten von den Schieberegistern an die Schaltungssteuerungen abgegeben werden. Stellen Sie sicher, dass jedes Schieberegister einen eigenen 8-Pin-Header hat und jede Schieberegisterplatine (außer der letzten) einen 6-Pin-Header hat, über den die 5V-, GND-, CLOCK-, LATCH-, BLANK- und DATA-Draht an die nächste Schieberegisterkarte.

Arduino-Schaltung

Die Schaltung beim Arduino ist sehr einfach. Grundsätzlich haben wir 6 Drähte aus dem Arduino (5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK und DATA). Stellen Sie sicher, dass Ihr GND-Kabel mit dem GND des Arduino verbunden ist (Tatsächlich sollten alle GND in diesem Projekt verbunden sein), aber Ihr 5V-Kabel nicht! Beachten Sie, dass das Arduino in Darrahs Schaltplan tatsächlich die Anschlüsse des ATMEGA-Chips zeigt. Siehe eines der beigefügten Bilder für die entsprechenden Anschlüsse zwischen dem Chip und dem Arduino.

Wir haben einen Schraubenschutz verwendet, um zu vermeiden, dass Drähte direkt in den Arduino geführt werden. Die Teile, die Sie auf den Schraubschirm löten müssen, sind die Stacking Header-Pins für die digitalen Ports, 1 6-Pin-Header und 1 2-Port-Klemmenblock. Sie können auf der anderen Seite eine weitere Reihe von Stapelstiften hinzufügen, um das Gleichgewicht zu halten. (Beachten Sie, dass die in den Bildern gezeigten blauen Klemmenblöcke eigentlich nichts bewirken). Löten Sie nach Schema. Wichtiger Hinweis: Um sicher zu gehen, verbinden Sie den 5V-Anschluss am 6-Pin-Header mit den 5V der Stromquelle (das ist der grüne Klemmenblock), NICHT mit den 5V des Arduino. Auf diese Weise wird Ihr Arduino von Ihrem Computer mit Strom versorgt und alle 5 V in Ihrem Stromkreis werden von der Stromquelle geliefert. Verbinden Sie jedoch alle GNDs miteinander. Sie können dem Bild entnehmen, dass ich den GND-Pin des 6-Pin-Headers und den GND-Pin des Klemmblocks auf die GND-Leiste des Schraubschildes löte.

Ich kenne zwar keine Möglichkeiten, die Schieberegisterschaltungen zu überprüfen, aber wir können und sollten die Anoden- und Kathodensteuerschaltung mit einem Steckbrett überprüfen. Siehe die Fotos für die Details. Grundsätzlich verbinden wir die Board-Eingänge mit 5V. Dann können wir mit einem Multimeter die Ausgangsspannungen überprüfen. Wir haben festgestellt, dass die Ausgangsspannung der Anodensteuerung nur etwa 4 V beträgt, dies jedoch eine erwartete Folge des MOSFET ist.

Tipps zur Verkabelung:

• Sparen Sie nicht an der Länge Ihrer Anschlussdrähte zwischen den Platinen! Sie werden viele Platinen und viele Drähte haben, und es wäre klarer und einfacher für die Fehlersuche, wenn die Platinen gut getrennt sind.
• Verwenden Sie verschiedene Farben, um zu unterscheiden, welcher Draht welcher ist. Dies ist sehr wichtig, insbesondere wenn man bedenkt, wie viele Drähte Sie benötigen würden. Diese Drähte legen wir dann in einer festen Reihenfolge in das Drahtgehäuse ein. Verwenden Sie eine gute Crimpzange, um sichere Drahtanschlüsse herzustellen.
• Seien Sie konsequent bei der Verwendung von Headern und dem Kabelgehäuse! In meinem Projekt kommen für eine bestimmte Platine alle Eingänge aus Drahtgehäusen und die Ausgänge gehen durch die Header.
• Da die Header-Anschlüsse ziemlich nahe beieinander liegen, seien Sie vorsichtig, dass Sie die Drähte nicht zusammenlöten, besonders wenn Sie wie ich relativ unerfahren im Löten sind! Ein Trick, den ich hilfreich fand, bestand darin, den Draht mit dem Lötkolben nach unten zu drücken, um das Lot zu schmelzen, dann mit einer Zange die Litzen im Draht zusammenzuklemmen und den Draht näher an den Kopfanschluss zu schieben. Entfernen Sie den Lötkolben und die Lötstelle sollte bald abkühlen und ihre Form behalten.

Schritt 7: Montage des Cubes

Anstatt die starren Kathodenleitungen durch die 64 Löcher zu fädeln, was in der Praxis ziemlich schwierig ist, können wir die Drähte zuerst an die Leitungen löten und dann die Drähte durch die Löcher ziehen. Damit die Drähte unter der Montageplattform herauskommen, bohren Sie 9 Löcher an der Seite der Halterung (8 für die Kathode und 1 für die Anode).

Schneiden Sie zuerst die Spieße so zu, dass sie ungefähr gleich lang sind. Schneiden Sie die Kathodenleitungen so ab, dass sie fast auf der gleichen Höhe wie die Spieße sind. Biegen Sie nun die Leine mit einer Zange zu einem kleinen Haken. Streifen Sie etwa einen halben Zoll Ihres Drahtes ab und biegen Sie den Draht auch. Haken Sie die Leitung und den Draht zusammen und schließen Sie die Haken mit einer Zange. Dies bietet einen guten Kontakt zwischen Draht und Leitung und macht Ihre Hände frei für das Löten. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Kühlkörperklemme vor der nächsten LED-Lötstelle platzieren, damit sich diese Lötstelle nicht von der neuen Hitze löst. Wenn Sie keine Kühlkörperklemmen haben, funktionieren auch Krokodilklemmen.

Es ist eine gute Praxis, die Verbindungen zu überprüfen (ich habe den Widerstand der Lötstelle gemessen), nachdem Sie jede Schicht gelötet haben, obwohl ich festgestellt habe, dass die "Haken" -Methode wirklich starke Lötverbindungen ergibt.

Fädeln Sie nun die Drähte durch die Löcher. Ziehen Sie vorsichtig an den Drähten und drücken Sie die Montageplattform so, dass sie die Spieße berührt. Führen Sie jeden Satz von 8 Drähten durch ein Loch an der Seite der Montageplattform und sichern Sie das Bündel mit einem Stück Isolierband. Da die vier Seiten des Würfels gleichwertig sind, spielt es keine Rolle, auf welcher Seite Sie die Drähte gruppieren. Ich schlage vor, die Drahtklemmen an diesen vorzufertigen, damit Sie das Drahtgehäuse schnell zusammenbauen können.

Löten Sie für die Anodenanschlüsse einen Draht auf jede Ebene und führen Sie diesen Draht aus einem der Löcher heraus. Sie benötigen zwei Kühlkörperklemmen, um ein Schmelzen der benachbarten Lötstelle zu verhindern.

Nachdem Sie den Würfel montiert haben, testen Sie jede LED erneut, um sicherzustellen, dass sie in Ordnung sind.

Tipps:

Sparen Sie nicht an der Drahtlänge! Ich denke, meine Drähte sind leicht 12 Zoll lang, aber sie erweisen sich immer noch als etwas kürzer.

Jetzt können Sie alles anschließen und den Cube ausführen!

Schritt 8: Der Code und Multiplexing

Aufgrund der kurzen Projektzeit habe ich mir den Code von Darrah ausgeliehen und nur geringfügige Änderungen daran vorgenommen. Ich hänge die Version an, die ich verwendet habe. Er hat seinen Code hervorragend kommentiert, und ich empfehle, sie durchzulesen, um besser zu verstehen, wie er tatsächlich funktioniert. Hier beschreibe ich zwei Hauptmerkmale seines Codes, das Multiplexen und die Bitwinkelmodulation.

Multiplexen

Alle LED-Cube-Projekte, über die ich gelesen habe, verwenden Multiplexing, und das ist die Technik, die es uns ermöglicht, individuelles Licht zu steuern. Beim Multiplexing leuchtet jeweils nur eine Schicht der LEDs. Da die Schichten jedoch mit einer sehr hohen Frequenz durchlaufen werden, "bleibt" das Bild eine Weile in unserem Blickfeld und wir denken, dass das Licht noch da ist. In der Software ziehen wir jeweils eine Ebene auf HIGH und alle anderen auf LOW, sodass nur die LEDs in dieser Ebene leuchten können. Um festzustellen, welche leuchten, haben wir die Schieberegister verwendet, um zu steuern, welche der 64 Kathoden auf HIGH gezogen werden. Bevor wir die nächste Ebene beleuchten, stellen wir die Anode dieser Ebene auf LOW, so dass keine Lichter in dieser Ebene leuchten können. Dann ziehen wir die Anode der nächsten Schicht auf HIGH.

Bitwinkelmodulation

Die BAM-Technik ermöglicht es uns, die Helligkeit jeder LED auf einer Skala zwischen 0 und 15 zu steuern. Wenn Sie die Helligkeitsänderung nicht benötigen, müssen Sie dies nicht implementieren. Im Grunde haben wir eine 4-Bit-Steuerung, und diese Steuerung entspricht 15 Zyklen von der unteren Schicht zur oberen Schicht (denken Sie daran, dass wir beim Multiplexen jede Schicht gleichzeitig aufleuchten?). Wenn wir 1 in das erste Bit schreiben, schaltet sich diese eine LED ein, wenn wir zum ersten Mal durch die Ebenen blättern. Wenn wir 1 in das zweite Bit schreiben, schaltet sich diese eine LED für die nächsten zwei Zyklen ein. Das dritte Bit entspricht den nächsten 4 Zyklen und das vierte entspricht den nächsten 8 Zyklen (wir haben also 15 Zyklen in einem vollständigen Satz). Sagen wir, wir möchten die LED auf 1/3 ihrer vollen Helligkeit einstellen, also 5/15. Um dies zu erreichen, schreiben wir 1 in das erste und dritte Bit und 0 in die anderen beiden, so dass die LED für den 1. Zyklus aufleuchtet, für die nächsten zwei aus, für die nächsten vier und aus für die nächsten 8. Da Wir durchlaufen dies so schnell, dass unsere Vision die Helligkeit "mittelt" und wir 1/3 der vollen Helligkeit erhalten.

LED-Würfel als Anzeige für Wellenfunktionen?

Eine Möglichkeit, über die wir zu Beginn dieses Projekts nachgedacht haben, war, mit diesem Display Wellenfunktionen von Teilchen in einem quadratischen Kästchen darzustellen. Ich habe im Arduino-Code eine Methode geschrieben, die den Grundzustand und den ersten angeregten Zustand darstellt, aber es stellt sich heraus, dass die Auflösung nicht ganz ausreichend ist. Der Grundzustand scheint in Ordnung zu sein, aber der erste angeregte Zustand erfordert eine gewisse Interpretation. Wenn Sie jedoch die Augen zusammenkneifen, können Sie feststellen, dass die Funktion aus einer Richtung wie eine Beule aussieht und aus der anderen Richtung wie ein voller Sinuswellenzyklus aussieht. So sollte die Amplitude der Wellenfunktion aussehen! Da selbst der erste angeregte Zustand eine nachträgliche Interpretation erfordert, habe ich nicht für andere kompliziertere codiert.

Schritt 9: Testläufe

Herzlichen Glückwunsch zum Abschluss des Würfels! Versuchen Sie jetzt, Ihre eigene Anzeigefunktion zu schreiben und Ihre Arbeit mit Familien und Freunden zu teilen:)

Nachdem Ihr Cube ordnungsgemäß funktioniert, kleben Sie die Rückseite der Platinen mit nichtleitendem Klebeband ab, da die Verbindungen jetzt alle freiliegen und sich gegenseitig kurzschließen können.