Display a cubo LED: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

In questo progetto, costruirai un cubo LED 8x8x8 come display. Dopo aver costruito il cubo e aver appreso le basi del codice, sarai in grado di scrivere le tue animazioni di visualizzazione. È un'ottima visuale per scopi scientifici e sarà una bella aggiunta decorativa alla tua stanza! Durante il processo di costruzione del cubo, acquisirai tutta una serie di abilità elettroniche di base, che apriranno la strada a progetti più complessi in futuro.

Questo è il mio progetto individuale per il corso di Elettronica e ci sono volute circa cinque settimane. Ho dedicato 12 ore a questo progetto a settimana e ho avuto accesso alle parti e agli strumenti che si trovano tipicamente in un laboratorio di elettronica universitario. Potrebbe anche essere utile sapere che, anche se il carico di lavoro non è un gioco da ragazzi, non è richiesta alcuna competenza pratica. Invece, acquisirai molta esperienza e imparerai dai tuoi errori lungo la strada.

Disclaimer: ho preso in prestito il design e il codice da Kevin Darrah (https://www.kevindarrah.com/?cat=99) che ha costruito un cubo RGB 8x8x8 (triplicando così il lavoro!). La visualizzazione della forma d'onda è opera mia. Consiglio vivamente di guardare tutti i suoi video LED prima di iniziare il progetto! Sono estremamente utili per capire come funziona tutto, il che è fondamentale per questo complicato progetto! Ho fornito brevi spiegazioni sui circuiti e sull'architettura generale quando discuto le connessioni del circuito e il codice, quindi sentiti libero di saltare prima a quella parte per ottenere una comprensione teorica:)

Passaggio 1: elenco delle parti

• LED DIFFUSI a un colore x512 con ~30 pezzi di ricambio (Potresti notare che ho usato io stesso tre colori. Questo è originariamente progettato per aiutare a riflettere l'ampiezza della forma d'onda (ad esempio il rosso significa un'ampiezza maggiore), ma non ho saldato le fette correttamente, quindi alla fine li ho trattati allo stesso modo. Se sei ancora interessato a fare variazioni di colore nella direzione verticale, leggi le note sul passaggio delle fette verticali:))
• Schede per PC, medie x7 e piccole x2 (queste sono quelle disponibili nel mio laboratorio, ma non esitate a regolare le dimensioni in base a ciò che è prontamente disponibile per voi! Leggete la sezione dei circuiti come riferimento. Ho scoperto che per i principianti, i PCB senza strisce collegate sono più accomodanti, principalmente perché puoi aggiungere e tagliare le connessioni a piacimento. La dissaldatura può essere complicata!)
• Transistor NPN 2N3904 x72
• Resistori da 1k x 150
• Resistori da 100 Ohm x 72
• MOSFET a canale P IRF9Z34 x8 più 8 dissipatori di calore a clip
• Condensatori da 100 micro Farad x8
• 74HC595 registri a scorrimento x9
• Arduino Uno + shield a vite (ho usato un kit proto-screwshield R3)
• Filo con isolamento di 8 colori (consiglio vivamente di usare colori diversi! Avrai molti fili uno accanto all'altro e i colori aiutano davvero quando controlliamo il circuito.)
• Alimentatore 5V 2.8A (fintanto che il limite di corrente dell'alimentatore è superiore a 64* (corrente attraverso 1 LED), dovrebbe funzionare bene:))
• terminali di filo
• Intestazioni Molex con 8 pin e 6 pin.
• Alloggiamento del filo Molex con 8 pin e 6 pin (la quantità di questi sarà diversa a seconda delle dimensioni del PCB e del design del circuito, quindi leggi l'intero Instructable (in particolare la parte del circuito) prima di decidere il numero che ti serve:))
• Saldare
• Filo di rame nudo (per sicurezza, prepararne 50 m)
• Grande tavola di legno (circa 9 pollici su ciascun lato)
• Spiedini di legno da 12 pollici (opzionali; se trovi un modo per fare fili dritti, non ne hai bisogno)
• scotch
• unghie lunghe x16

Utensili

• Saldatore
• tronchese
• pinze
• pistola per colla (opzionale; se trovi un modo per fare fili dritti, non ti serve)
• piegatore
• morsetti per dissipatore di calore x2 (funzionano anche i coccodrilli)
• spelafili

Passaggio 2: creazione di righe di LED

Prima di tutto, prova tutti i LED! Ho creato un circuito con un LED e un resistore da 100 Ohm. Ho quindi testato un LED alla volta e l'ho aggiunto in parallelo con l'altro LED. Vogliamo scartare 1) LED rotti, 2) LED con l'anodo e il catodo al contrario (non si vuole solo "ricordare" quale l'ha capovolto!) 3) LED dimmer.

Successivamente, abbiamo realizzato la maschera di legno, che è anche la mia montatura finale per il cubo. Praticare una griglia 8x8 con 1 pollice tra il centro dei fori. Scegli punte da trapano con un diametro appena sopra il diametro dei tuoi LED, in modo che possano inserirsi nei fori e rimanere dritte. Abbiamo inchiodato strisce di legno extra al perimetro, che hanno mantenuto la superficie della tavola piatta (abbiamo usato il compensato per la tavola, quindi ha un bel po' di flessibilità). Inoltre, questo ha elevato le aree con i fori in modo tale che i LED possano penetrare attraverso i fori. Seleziona un lato e metti due chiodi lunghi sulla stessa linea dei centri dei fori. Legheremo i fili a questi chiodi.

Ora possiamo iniziare a creare file di LED! Non ho trovato un modo efficace per realizzare fili dritti, quindi ho solo tolto i fili usando un blocco di legno. Posiziona il filo sul bordo del blocco; tieni premuto il filo con il pollice su un lato del blocco e fai passare il filo; il bordo del blocco srotolerà il filo. Consiglio di indossare un guanto per proteggere il pollice:(Posiziona 8 LED in questa fila con la "gamba" lunga, l'anodo, rivolta in una direzione. Li salderemo sul filo. Notare che il piano formato dalla gamba dell'anodo e dalla gamba del catodo dovrebbe essere perpendicolare alla linea del filo e la gamba del catodo dovrebbe essere lontana dal filo. Lega il filo su un chiodo e tiralo per passare attraverso i LED finché non è dritto e teso. Legalo sull'altro chiodo. Regola l'altezza del filo (ho notato una piccola area piatta sulla gamba del LED e ho regolato il filo in modo che tocchi quest'area per tutti i LED). Questa altezza è arbitraria, ma sii coerente. Tieni presente: 1) la differenza di altezza del livello nel tuo cubo sarà di circa 1 pollice (quindi i fili non possono essere troppo alti); 2) i LED potrebbero rompersi sotto il calore del saldatore (quindi i fili non possono essere troppo bassi) (anche se non ho riscontrato personalmente alcun problema da questo). Ora il tuo filo dovrebbe toccare la gamba lunga di tutti i LED, formando una croce. Saldare il filo e i cavi dell'anodo e successivamente tagliare i cavi.

In questo progetto, ho sperimentato due diverse configurazioni di contatti del giunto di saldatura. Uno è il contatto incrociato descritto sopra e l'altro piega la gamba del LED in modo tale che i fili di contatto siano paralleli. In teoria, i giunti di contatto paralleli sono più resistenti alle sollecitazioni, ma considerando la luce dei LED, i giunti trasversali probabilmente non sono così dannosi. Farai molta pratica saldando il filo e le gambe del LED, quindi sentiti libero di sperimentare tecniche diverse! Ho usato un saldatore a punta piatta e personalmente penso che offra un controllo migliore sui blob di saldatura e una superficie di contatto con il calore più ampia.

Dopo aver eseguito la saldatura, utilizzare la breadboard per il controllo dei LED per controllare le connessioni (importante). Fissare il cavo positivo al filo e far passare il cavo negativo attraverso le gambe corte del LED. Dovrebbero accendersi tutti! Dopo aver verificato che siano tutti a posto, spingere delicatamente i LED da sotto la scheda per dislocarli e far scorrere il filo sui chiodi. Puoi tagliare le estremità ad anello, ma sicuramente risparmia un po 'di lunghezza!

E se il mio LED non si accende?

La prima cosa che potresti controllare è se hai capovolto il catodo e l'anodo. Quindi prova a ritagliare il cavo positivo sulla gamba del LED anziché sull'intero filo. Se il tuo LED si accende in questo modo, puoi risaldare il LED. Se il tuo LED continua a non accendersi, sostituiscilo con un altro.

Dobbiamo creare 64 di queste righe di LED:)

Passaggio 3: saldatura delle fette verticali

Come anteprima, tutti gli anodi in ogni strato sono collegati e tutti i catodi in ogni colonna verticale sono collegati. Ora dobbiamo fare le fette verticali. Ricordi i due chiodi che mettiamo nella tavola per legare i fili? Ora inseriscine altre 14 in modo simile:) (Attenzione: limare bene le punte delle unghie! Le dita si premeranno molto intorno a quelle punte.)

Ora posiziona 8 file di LED sul tabellone e assicurati che le loro gambe siano rivolte nella stessa direzione. Nota che i fili dovrebbero essere paralleli alle file di chiodi! Spingere i LED verso il basso in modo che siano tutti alla stessa altezza. Se alcuni dei LED continuano a fuoriuscire (forse a causa della curvatura del filo), fissa le estremità con dello scotch alla scheda. Ora, fai scorrere i fili sui chiodi come prima. Potrei solo guardare i fili per essere approssimativamente alla stessa altezza, ma va bene perché quello che ti interessa davvero è che i LED siano alla stessa altezza.

Saldare i cavi del catodo sui fili. Noterai che qui ho usato la configurazione di saldatura a contatto parallelo, e l'ho trovata più solida e più bella dei giunti incrociati, ma richiedeva più tempo, perché devi 1) piegare i fili con le pinze; 2) assicurarsi che il tratto piegato tocchi il filo principale; 3) piega quella sezione in modo che sia alla giusta altezza, perché il tuo saldatore entrerà in un angolo e avrai bisogno che il ferro tocchi entrambi i fili contemporaneamente.

Se vuoi usare colori diversi su livelli diversi…

Assicurati che ciascuna delle tue fette rifletta la combinazione di colori. Ad esempio, se volessi che i tre strati superiori fossero LED gialli, i due centrali LED arancioni e i tre inferiori LED rossi, posizionerò tre colonne LED gialle, due arancioni e tre rosse in questo ordine. Assicurati che l'ordine dei colori e l'orientamento dei LED siano coerenti per tutte e otto le sezioni!

Usa la configurazione della breadboard per testare tutti i LED in ogni slice. È decisamente più facile risaldare qui quando i tuoi LED sono fissati piuttosto che a mezz'aria.

Se i tuoi fili non sono dritti su se stessi, NON tirare ancora la fetta dalle unghie! Leggi il passaggio successivo

Se hai già dei fili dritti, spingi delicatamente i LED dal basso e fai scorrere la fetta dalle unghie. Non tagliare ancora le estremità:)

Passaggio 4: supporto delle sezioni verticali

Se i tuoi fili hanno una curvatura, come il mio, possiamo fissarli su un piano piatto aggiungendo un supporto rigido lungo il perimetro. Ho scelto gli spiedini di legno da 12 pollici perché sono facilmente disponibili su Amazon. Ho incollato gli spiedini sul perimetro e ho aggiunto dei pezzetti negli angoli per rinforzare il telaio. Vedere le foto per i dettagli. Nota che solo due spiedini sono completamente attaccati ai fili e gli altri due spiedi sono sopra l'intera griglia. Consiglio di testare prima il telaio senza i pezzi d'angolo. Ho scoperto che i bastoncini extra corti hanno intralciato i LED quando stavo impilando le fette, e le giunture della colla sono probabilmente abbastanza forti da contenere comunque la griglia del LED. Se la griglia si gonfia ancora un po', premere sui due lati non incollati e incollare i fili agli spiedini in più punti. Non tagliare ancora le estremità libere! In particolare, tieni degli spiedini abbastanza lunghi sul lato che sarà nella parte inferiore del cubo, in modo che possiamo tenere i LED lontani dal pavimento.

Passaggio 5: assemblaggio del cubo

Ora che abbiamo le fette, possiamo fare il cubo! Ho trovato più facile impilarli piuttosto che attaccare fette verticali insieme, ma se hai un collaboratore, sentiti libero di improvvisare! Per evitare errori, incollare prima le fette su un altro set di spiedini e aggiungere successivamente i fili di connessione. Come vedete nella foto, ho incollato quattro spiedini agli angoli per aiutare ad allineare e sostenere gli strati. Tieni presente che, idealmente, gli strati sono a 1 pollice di distanza. Ho scoperto che i miei led poggiavano sulla cornice di legno dello strato precedente, quindi non devo tenerli in mano mentre li incollavo, ma se le tue fette riposano ad un'altezza inferiore, un collaboratore o dei listelli di legno (vedi foto) farebbero aiuto. Prima di incollare le fette, assicurati che il loro orientamento sia corretto! Vuoi che le estremità del catodo e dell'anodo puntino in direzioni coerenti. Controllare anche l'orientamento dei LED.

È MOLTO importante assicurarsi che i LED si accendano quando si impila ogni strato! Sarebbe praticamente impossibile arrivare al centro del cubo una volta che tutto è assemblato.

Potresti notare che i miei telai in legno non si allineano necessariamente tra loro, ma se guardi i LED, si allineano meglio! Poiché vedremo questo cubo in un ambiente buio, il disallineamento della cornice è accettabile.

Successivamente, utilizzare fili aggiuntivi per saldare insieme i cavi dell'anodo allo stesso livello. Se trovi difficile mantenere i fili lì, prova a "tessere" il filo attraverso i cavi (alternando il modo in cui il filo attraversa i cavi, dall'alto al basso). Va bene se questi fili non sono perfettamente dritti, perché la struttura principale dei LED è già impostata e i fili laterali non sono molto visibili una volta accesi i LED.

Giusto per sicurezza (preferiremmo essere prudenti, vero?), prova di nuovo tutti i LED. A questo punto, se una delle luci al centro del cubo non si accende, non sono sicuro che ci sia un modo semplice per risolverlo: (tuttavia, se fossi stato meticoloso nel controllare i LED quando impilati gli strati, i LED dovrebbero essere ancora a posto.

Ora possiamo tagliare via il filo in eccesso su tutti tranne il lato inferiore. Ora possiamo mettere temporaneamente via il cubo! Congratulazioni! Ora siamo più della metà dell'opera:)

Passaggio 6: collegamenti del circuito

Si prega di leggere gli schemi in pdf prima di disporre gli elementi del circuito sulle schede PC. Questo schema è per il cubo RGB di Kevin Darrah, e poiché il nostro cubo ha LED a colore singolo, il nostro carico di lavoro è in realtà solo un terzo di quello (abbiamo un terzo dei controlli del catodo, in particolare). Consiglio vivamente di mettere tutti gli elementi del circuito sui PCB per testare prima la spaziatura. Concediti più spazio per lavorare, in particolare per le schede del registro di spostamento e le schede di controllo dell'anodo. Quindi scarica i componenti del circuito e salda solo alcuni alla volta, poiché è meno difficile saldare senza così tante gambe dei componenti del circuito che si intromettono.

circuiti anodo e catodo

Il nostro design del circuito è tale che quando gli ingressi al circuito dell'anodo e il circuito del catodo sono entrambi 5V (o ALTO), il LED è acceso. Esaminiamo prima il circuito dell'anodo. Quando l'ingresso è ALTO, il transistor si satura rapidamente e la tensione del collettore scende quasi a 0, il che significa che il gate del MOSFET viene portato su BASSO. Poiché la sorgente MOSFET è collegata a 5 V, un valore LOW nel Gate significa che la tensione di Drain è impostata su HIGH. Il condensatore attraverso la sorgente aiuta a mantenere stabile il sistema.

Quando l'ingresso di controllo del catodo è ALTO, il transistor è nuovamente saturato e la tensione del collettore va a 0V. Il terminale del collettore si collega al LED tramite un resistore di limitazione della corrente. Puoi scegliere il resistore di limitazione della corrente in base alle proprietà del LED. Dato che sto usando LED rossi, arancioni e gialli, ho usato 100 Ohm. Vediamo che ora il lato positivo del LED è alzato in alto e il lato negativo tirato in basso, e il LED si accende.

Poiché abbiamo 64 conduttori catodici (ogni colonna) e 8 conduttori anodici (ogni strato), abbiamo bisogno di 64 set del controllo del catodo e 8 set del controllo dell'anodo. Raccomando che i set completi di 8 controlli siano sulla stessa scheda, poiché ogni registro a scorrimento si collega a 8 controlli e sembra più organizzato se gli 8 fili di connessione vanno nello stesso posto. Attenzione a non sovraffollare le bacheche! Faremo passare molti cavi, quindi assicurati di avere abbastanza spazio! Saldare tutti i componenti alla scheda. Un trucco per aumentare la stabilità della superficie di lavoro è saldare su componenti con la stessa altezza (ad esempio, saldare i transistor dopo aver saldato tutti i resistori per evitare che i resistori cadano). Per ogni set di 8 circuiti di controllo catodici, assicurati di saldare un'intestazione a 8 pin che invia i dati al cubo LED.

Non è evidente dagli schemi, ma ovunque ci sia un transistor, dobbiamo collegarlo a GND e 5V

circuiti di registro a scorrimento

I registri a scorrimento sono collegati tra loro tramite 6 fili. Sono collegati in parallelo per 5V, GND, CLOCK, LATCH e BLANK, e in serie per DATA. Quando si collegano i fili, assicurarsi che i registri a scorrimento del catodo siano alla fine della sequenza, perché i DATI vanno sempre alla fine della linea seriale. Fondamentalmente, Arduino invia una stringa di codice binario che scorre lungo la connessione della linea DATI. Il codice binario viene quindi suddiviso in 8 bit per registro a scorrimento. Gli 8 terminali del registro a scorrimento sono quindi collegati a un insieme di 8 controlli catodo/anodo. Il 5V alimenta l'intero cubo e, poiché abbiamo un massimo di 64 LED accesi contemporaneamente, assicurati che la corrente totale non superi il limite della tua fonte di alimentazione. Gli altri pin controllano fondamentalmente quando i dati entrano nei registri a scorrimento e quando i dati vengono rilasciati ai controlli del circuito dai registri a scorrimento. Assicurati che ogni registro a scorrimento abbia la propria intestazione a 8 pin e che ogni scheda registro a scorrimento (tranne l'ultima) abbia un'intestazione a 6 pin attraverso la quale il filo 5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK e DATA può andare al prossima scheda del registro di turno.

Circuito Arduino

Il circuito dell'Arduino è molto semplice. Fondamentalmente, abbiamo 6 fili che escono da Arduino (5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK e DATA). Assicurati che il tuo cavo GND sia collegato al GND di Arduino (in effetti, tutto il GND in questo progetto dovrebbe essere collegato), ma che il tuo cavo 5V non lo sia! Nota che l'Arduino nello schema di Darrah mostra effettivamente i terminali del chip ATMEGA. Guarda una delle immagini allegate per i terminali corrispondenti tra il chip e l'Arduino.

Abbiamo usato uno scudo a vite per evitare di far passare direttamente i cavi nell'Arduino. Le parti da saldare sulla schermatura a vite sono i pin di intestazione impilati per le porte digitali, 1 intestazione a 6 pin e 1 morsettiera a 2 porte. Puoi aggiungere un'altra fila di perni di intestazione impilati sull'altro lato per bilanciare. (Si noti che le morsettiere blu mostrate nelle immagini in realtà non fanno nulla). Saldare secondo gli schemi. Nota importante: per sicurezza, collegare il terminale 5V sull'intestazione a 6 pin ai 5V della fonte di alimentazione (che è la morsettiera verde), NON i 5V dell'Arduino. In questo modo, il tuo Arduino è alimentato dal tuo computer e tutti i 5V nel tuo circuito sono forniti dalla fonte di alimentazione. Tuttavia, collega tutti i GND insieme. Si potrebbe dire dall'immagine che ho saldato il pin GND dell'intestazione a 6 pin e il pin GND della morsettiera sulla striscia GND sullo schermo a vite.

Sebbene non conosca modi per controllare i circuiti del registro a scorrimento, possiamo e dovremmo controllare il circuito di controllo dell'anodo e del catodo usando una breadboard. Guarda le foto per i dettagli. In sostanza, colleghiamo gli ingressi della scheda a tutti essere 5V. Quindi possiamo usare un multimetro per controllare le tensioni di uscita. Abbiamo scoperto che la tensione di uscita dai controlli dell'anodo è solo di circa 4 V, ma questa è una conseguenza prevista dal MOSFET.

Suggerimenti per il cablaggio:

• Non lesinare sulla lunghezza dei cavi di collegamento tra le schede! Avrai molte schede e molti fili, e sarebbe più chiaro e più facile risolvere i problemi se le schede fossero ben separate.
• Usa colori diversi per differenziare quale filo è quale. Questo è molto importante soprattutto considerando quanti fili avresti bisogno. Quindi mettiamo questi fili nell'alloggiamento del filo in una sequenza fissa. Usa una buona pinza per rendere sicuri i terminali dei cavi.
• Sii coerente con l'uso delle intestazioni e dell'alloggiamento del cavo! Nel mio progetto, per una certa scheda, tutti gli ingressi provengono da alloggiamenti dei cavi e le uscite escono attraverso le intestazioni.
• Poiché i terminali dell'intestazione sono abbastanza vicini tra loro, fai attenzione a non saldare i fili insieme, soprattutto se sei relativamente inesperto nella saldatura come me! Un trucco che ho trovato utile è stato quello di premere il filo con il saldatore per fondere la saldatura, quindi utilizzare le pinze per fissare insieme i trefoli nel filo e spingere il filo più vicino al terminale dell'intestazione. Allontanare il saldatore e il giunto di saldatura dovrebbe raffreddarsi e mantenere la sua forma molto presto.

Passaggio 7: montaggio del cubo

Invece di infilare i cavi del catodo rigido attraverso i 64 fori, cosa abbastanza difficile in pratica, possiamo prima saldare i cavi ai cavi e poi tirare i cavi attraverso i fori. Per consentire ai cavi di fuoriuscire da sotto la piattaforma di montaggio, praticare 9 fori sul lato del supporto (8 per il catodo e 1 per l'anodo).

Per prima cosa, taglia gli spiedini in modo che siano all'incirca della stessa lunghezza. Tagliare i cavi del catodo in modo che siano quasi alla stessa altezza degli spiedini. Ora piega il piombo per formare un piccolo uncino usando una pinza. Spellare circa mezzo pollice del filo e piegare anche il filo. Agganciare il cavo e il filo insieme e chiudere i ganci con le pinze. Ciò offre un buon contatto tra il filo e il cavo e libera le mani per la saldatura. Assicurati di mettere un morsetto del dissipatore di calore prima del giunto di saldatura del LED più vicino in modo che il giunto di saldatura non si stacchi dal nuovo calore. Se non disponi di morsetti per dissipatore di calore, funzionano anche i morsetti a coccodrillo.

È buona norma controllare le connessioni (ho misurato la resistenza del giunto di saldatura) dopo aver finito di saldare ogni strato, anche se ho scoperto che il metodo "gancio" fornisce giunti di saldatura davvero forti.

Ora infilare i fili attraverso i fori. Tira delicatamente i fili e spingi la piattaforma di montaggio in modo che sia a contatto con gli spiedini. Infilare ogni set di 8 fili attraverso un foro sul lato della piattaforma di montaggio e fissare il fascio con un pezzo di nastro isolante. Poiché i quattro lati del cubo sono equivalenti, non importa lungo quale lato raggruppare i fili. Suggerisco di preformare i terminali dei cavi su questi, in modo da poter assemblare rapidamente l'alloggiamento del cavo.

Per i collegamenti dell'anodo, saldare un filo su ogni livello e far passare quel filo fuori da uno dei fori. Avrai bisogno di due morsetti del dissipatore di calore per evitare che il giunto di saldatura vicino si sciolga.

Dopo aver montato il cubo, prova di nuovo ogni LED per assicurarti che siano a posto.

Suggerimenti:

Non lesinare sulla lunghezza del filo! Penso che i miei fili siano facilmente lunghi 12 pollici, ma si dimostrano comunque un po' più corti.

Ora sei pronto per connettere tutto ed eseguire il cubo!

Passaggio 8: il codice e il multiplexing

A causa del breve tempo di progetto, ho preso in prestito il codice di Darrah e ho apportato solo piccole modifiche. Allego la versione che ho usato. Ha fatto commenti eccellenti sul suo codice e consiglio di leggerli per avere una migliore comprensione di come funziona effettivamente. Qui descriverò due caratteristiche chiave del suo codice, il multiplexing e la modulazione dell'angolo di bit.

multiplexing

Tutti i progetti di cubi LED di cui ho letto fanno uso del multiplexing, e questa è la tecnica che ci permette di controllare la luce individuale. Con il multiplexing, viene acceso solo uno strato di LED alla volta. Tuttavia, poiché gli strati vengono ciclati con una frequenza molto alta, l'immagine "rimane" nella nostra visione per un po', e pensiamo che la luce sia ancora lì. Nel software, portiamo un livello su ALTO alla volta e tutti gli altri livelli su BASSO, in modo che solo i LED in questo livello possano accendersi. Per determinare solo quali si accendono, abbiamo usato i registri a scorrimento per controllare quale dei 64 catodi è alzato. Prima di accendere il livello successivo, impostiamo l'anodo di questo livello su BASSO in modo che nessuna luce in questo livello possa accendersi. Quindi tiriamo l'anodo sul livello successivo su HIGH.

Modulazione angolo bit

La tecnica BAM ci permette di controllare la luminosità di ogni LED su una scala compresa tra 0 e 15. Se non hai bisogno del cambio di luminosità, non è necessario implementarlo. Fondamentalmente, abbiamo un controllo a quattro bit e questo controllo corrisponde a 15 cicli di passaggio dal livello inferiore al livello superiore (ricordate che per il multiplexing, accendiamo ogni livello alla volta?). Se scriviamo 1 nel primo bit, questo LED si accende quando si scorre per la prima volta i livelli. Se scriviamo 1 al secondo bit, questo LED si accenderà per i prossimi due cicli. Il 3° bit corrisponde ai successivi 4 cicli e il quarto corrisponde ai successivi 8 cicli (quindi abbiamo 15 cicli in un set completo). Diciamo, vogliamo impostare il LED a 1/3 della sua piena luminosità, che è 5/15. Per fare ciò, scriviamo 1 al primo e al terzo bit e 0 agli altri due in modo che il LED si accenda per il 1° ciclo, si spenga per i successivi due, si accenda per i successivi quattro e si spenga per il successivo 8. Poiché stiamo scorrendo così velocemente che la nostra visione "media" la luminosità e otteniamo 1/3 della luminosità completa.

Cubo LED come display per funzioni d'onda?

Una possibilità a cui abbiamo pensato all'inizio di questo progetto era usare questo display per mostrare le funzioni d'onda delle particelle in una scatola quadrata. Ho scritto un metodo nel codice Arduino che traccia lo stato fondamentale e il primo stato eccitato, ma si scopre che la risoluzione non è del tutto adeguata. Lo stato fondamentale sembra a posto, ma il primo stato eccitato richiede qualche interpretazione. Tuttavia, se strizzi gli occhi, puoi dire che la funzione sembra una protuberanza quando la guardi da una direzione e sembra un ciclo di onda sinusoidale completo se guardi dall'altra direzione. Ecco come dovrebbe essere l'ampiezza della funzione d'onda! Poiché anche il primo stato eccitato richiede un'interpretazione a posteriori, non ho codificato per altri più complicati.

Passaggio 9: test eseguiti

Congratulazioni per aver completato il cubo! Ora prova a scrivere la tua funzione di visualizzazione e condividi il tuo lavoro con famiglie e amici:)

Dopo che il tuo cubo ha funzionato correttamente, fissa il retro dei PCB con del nastro non conduttore, poiché le connessioni sono tutte esposte ora e potrebbero cortocircuitarsi a vicenda.