Cube LED 4x4x4 : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:10

Incroyable écran LED en 3 dimensions. 64 LED composent ce cube 4 par 4 par 4, contrôlé par un microcontrôleur Atmel Atmega16. Chaque LED peut être adressée individuellement dans un logiciel, ce qui lui permet d'afficher des animations 3D étonnantes ! Cube LED 8x8x8 maintenant disponible, à la demande générale:

Étape 1: ce dont vous avez besoin

Tout d'abord, il faut pas mal de temps pour souder ensemble 64 leds;) Liste de connaissances:

• Compétences de base en électronique et en soudure
• Savoir programmer un microcontrôleur AVR - je ne couvrirai pas cela dans cette instructable.

Liste des composants:

• Protoboard. Le type avec des cercles de cuivre.
• Microcontrôleur Atmel AVR Atmega16
• Programmeur pour programmer l'Atmega16
• 64 LED
• 2 leds d'état. J'ai utilisé du rouge et du vert. (optionnel)
• Puce Max232 RS-232, ou équivalent.
• 16 résistances pour leds. (100-400ohms) y reviendra.
• 2x résistance 470 ohms. pour voyants d'état
• 1x résistance 10k
• 4x résistance 2.2k
• 4x transistor NPN BC338 (ou autre transistor capable de commuter 250 mA)
• 1x condensateur 10uF
• 1x condensateur 1000uF
• Condensateur céramique 6x 0.1uF
• 2x condensateur céramique 22pF
• 1x cristal 14,7456 MHz
• 2x bouton tactile
• interrupteur d'alimentation en option
• connecteur pour alimentation 12v
• connecteur optionnel pour alimentation 5v

Étape 2: multiplexage

Comment contrôler 64 LED sans utiliser 64 fils individuels ? Multiplexage !

Faire passer un fil à l'anode de chaque led serait évidemment peu pratique et aurait l'air vraiment mauvais. Une façon de contourner ce problème est de diviser le cube en 4 couches de 16x16 LED. Toutes les LED alignées dans une colonne verticale partagent une anode commune (+). Toutes les LED sur une couche horizontale partagent une cathode commune (-). Maintenant, si je veux allumer la LED dans le coin supérieur gauche à l'arrière (0, 0, 3), je fournis simplement GND (-) à la couche supérieure et VCC (+) à la colonne dans le coin gauche. Si je veux seulement allumer une led à la fois, ou seulement allumer plus d'une couche en même temps, cela fonctionne très bien. Cependant, si je veux aussi éclairer le coin inférieur droit à l'avant (3, 3, 0), je rencontre des problèmes. Lorsque je fournis GND à la couche inférieure et VCC à la colonne avant gauche, j'allume également la LED supérieure droite à l'avant (3, 3, 3) et la LED inférieure gauche à l'arrière (0, 0, 0). Cet effet fantôme est impossible à contourner sans ajouter 64 fils individuels. La façon de contourner ce problème est de n'allumer qu'une couche à la fois, mais de le faire si vite que l'œil ne reconnaît pas qu'une seule couche est allumée à la fois. Cela repose sur un phénomène appelé Persistance de la vision. Chaque couche est une image 4x4 (16). Si nous flashons 4 images à 16 led une par une, très rapidement, nous obtenons une image 3d 4x4x4 !

Étape 3: Création du cube, modèle

Souder des grilles de LED 4x4 à main levée aurait l'air terrible ! Pour obtenir 4 grilles de LED 4x4 parfaites, nous utilisons un gabarit pour les maintenir en place. Je voulais rendre le cube aussi facile que possible à faire, j'ai donc choisi d'utiliser les LED ses propres jambes autant que possible. La distance entre les lignes de la grille a été décidée par la longueur des pieds LED. J'ai trouvé que 25 mm (environ un pouce) était la distance optimale entre chaque led (entre le centre de chaque led c'est-à-dire!) Pour permettre la soudure sans ajouter ni couper de fil.

• Trouvez un morceau de bois assez grand pour faire un quadrillage 4x4 de 2,5cm dessus.
• Tracez une grille de lignes 4x4.
• Faites des bosses dans toutes les intersections avec un poinçon central.
• Trouvez un foret qui fait des trous assez petits pour que la led reste fermement en place, et assez grand pour que la led puisse être facilement retirée (sans plier les fils..).
• Percez les 16 trous.
• Votre modèle ledcube est terminé.

Étape 4: faire le cube, souder les couches

Nous fabriquons le cube en 4 couches de leds 4x4, puis les soudons ensemble. Créez une couche:

• Insérez les LED à l'arrière et sur un côté et soudez-les ensemble
• Insérez une autre rangée de LED et soudez-les ensemble. Faites un rang à la fois pour laisser de la place au fer à souder !
• Répétez l'étape ci-dessus 2 fois de plus.
• ajoutez un contreventement à l'avant là où les rangées de LED ne sont pas connectées.
• Répétez 4 fois.

Étape 5: fabrication du cube, connexion des couches

Maintenant que nous avons ces 4 couches, il ne nous reste plus qu'à les souder ensemble.

Remettez une couche dans le modèle. Ce sera la couche supérieure, alors choisissez la plus jolie:) Mettez une autre couche sur le dessus et alignez l'un des coins exactement à 25 mm (ou quelle que soit la distance que vous avez utilisée dans votre grille) au-dessus de la première couche. C'est la distance entre les fils cathodiques. Maintenez le coin en place avec un coup de main et soudez l'anode de coin de la première couche à l'anode de coin de la deuxième couche. Faites cela pour tous les coins. Vérifiez si les calques sont parfaitement alignés dans toutes les dimensions. Sinon pliez un peu pour ajuster. Ou ressouder c'est la distance de hauteur qui est éteinte. Lorsqu'elles sont parfaitement alignées, soudez ensemble les 12 anodes restantes. Répétez 3 fois.

Étape 6: Choix des valeurs de résistance

Il y a deux choses à garder à l'esprit lors du choix d'une valeur de résistance pour vos leds.

1) Les LED 2) L'AVR L'AVR a un courant nominal combiné maximum de 200 mA. Cela nous donne 12mA pour travailler avec par LED. Vous ne voulez pas non plus dépasser le courant maximum auquel vos LED sont évaluées. J'ai utilisé des résistances de 220 ohms sur mon cube. Cela m'a donné environ 12mA par led.

Étape 7: Le contrôleur

Les circuits contrôlant le cube led sont décrits dans l'image schématique ci-jointe.

L'interface RS-232 est facultative. et peut être omis. C'est IC2 et tous les composants qui y sont connectés. Les futurs firmwares permettront la communication PC. Commencez par disposer tous les composants de votre circuit imprimé dans une disposition permettant à tous les composants de se connecter avec un minimum de fils. Si tout convient, soudez le circuit. Je ne donnerai pas plus d'instructions à ce sujet, car le circuit sera probablement très différent d'un cube à l'autre, en fonction de la taille du circuit imprimé, etc. étape.

Étape 8: câblez le cube

Les images expliquent cela mieux que les mots. S'il vous plaît voir les images.

Étape 9: Compiler et programmer

Vous avez maintenant un cube led. Pour l'utiliser, il a besoin d'un logiciel. J'ai créé un pilote pour le rendu d'un espace de données 3D sur le cube, et des fonctions pour afficher des effets visuels sympas sur le cube. Vous pouvez utiliser mon code, écrire le vôtre ou construire sur mon code et faire plus d'effets. Si vous faites vos propres effets, s'il vous plaît envoyez-moi le code. Je suis impatient de voir ce que vous faites ! Pour compiler le programme. Ouvrez simplement une invite de commande, entrez le répertoire avec le type de code source "make" sur la ligne de commande. Si vous souhaitez utiliser un ATMega32 au lieu de l'ATMega16, modifiez simplement le paramètre mcu dans le Makefile et recompilez (tapez make). Si vous utilisez le m32 et ne faites pas cette étape, le cube ne démarrera pas correctement (les voyants rouge et vert continueront de clignoter indéfiniment). Vous devriez maintenant avoir un fichier nommé main.hex dans le répertoire source. La prochaine étape vous montrera comment obtenir ce code dans votre cube.

Étape 10: programmer le microcontrôleur

Si vous rencontrez des problèmes de vitesse et/ou que certaines LED ne s'allument pas. Veuillez lire attentivement cette étape. Pour programmer le microcontrôleur, j'utilise avrdude et le programmeur USBTinyISP.

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

Mes exemples seront sur un système Linux Ubuntu. La procédure devrait être à peu près identique sur Windows, mais je ne peux pas vous aider avec ça. Si vous utilisez un autre programmeur, lisez le manuel de ce programmeur et avrdude. Tout d'abord, voyons si nous pouvons entrer en contact avec l'AVR. Connectez le programmeur à votre cube et à votre ordinateur. La commande est "avrdude -c usbtiny -p m16", où -c spécifie le programmeur et -p le modèle AVR. Vous pouvez voir le résultat dans les images ci-dessous. Maintenant, téléchargez le firmware: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash:w:main.hex". À présent, le cube devrait redémarrer et commencer à faire des choses. Il fonctionnera à 1 mhz (très lentement) en utilisant son oscillateur interne. Et certaines leds ne fonctionneront pas, car certains ports GPIO sont utilisés par défaut pour JTAG.:w:0xef:m" et "avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse:w:0xc9:m". Soyez prudent lorsque vous effectuez cette étape ! Si vous vous trompez, vous pouvez détruire définitivement votre microcontrôleur ! Si vous utilisez un autre microcontrôleur que l'ATMega16, assurez-vous de lire attentivement la fiche technique avant de changer les octets du fusible ! Après avoir écrit les bons octets du fusible, le cube devrait redémarrer et commencer à fonctionner à vitesse régulière avec toutes les leds opérationnelles. Profitez de votre nouveau cube: ré

Étape 11: Allez grand - 8x8x8

Après avoir fait ce cube 4x4x4 assez sophistiqué, j'ai aussi fait un énorme cube 8x8x8. Je ferai un instructable pour celui-là quand j'aurai le temps. En attendant, voir les photos:-)

Vous pouvez trouver la version 8x8x8 ici: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ Veuillez évaluer cette instructable si vous l'aimez !:)