Светодиодный куб 5х5х5 на pic контроллере. Куб светодиодный

На youtube часто попадаются интересные проекты. Одним из таких, является, светодиодный куб. Прелесть данного устройства в том, что выводится настоящее 3D изображение. Можно рисовать любые объемные анимированные фигуры. Но в пределах выбранного разрешения куба.

За основу была взята статья с радиокота (кто захочет может нагуглить). Размер куба 5х5х5 выбран не случайно. Чтобы собрать данный куб понадобится 5*5*5=125 светодиодов. Если сравнить с еще одним популярным вариантом 8*8*8=512, т.е. количество светодиодов увеличится в 4 раза. Поэтому оптимальным мне кажется 5х5х5.

У меня не было времени заказывать светодиоды, поэтому покупал в розницу. К сожалению, в наличии, были только зеленые прозрачные 5мм, поэтому финальный результат сильно пострадал. Синие матовые смотрятся более эффектно, но увы. Матовые светодиоды, рекомендуется брать потому, что прозрачные засвечивают соседние светодиоды и создается эффект, что не горящий светодиод светится.

Начал непосредственно с самого куба. Нарисовал матрицу размером 100х100. Расстояние между кружками 20мм. Диаметр 5мм. Распечатал на бумаге и приклеил к деревяшке.

Просверлил отверстия. Хитро загибаем катод (-) светодиода. Анод сгибаем под 90 градусов.

Катод оставляем торчать к верху, а анод припаиваем к соседнему светодиоду. Получается «этаж» светодиодов с общим «+».

Для усиления конструкции слева припаял еще проводник. Первый этаж готов. Аналогично делаем еще 4 этажа.

Собираем все этажи вместе. Для этого припаиваем к предыдущие этажи к последующим.

Для основания использовал фольгированный стеклотекстолит размером 100х100. Места для пайки светодиодов вытравил. В результате получилась следующая конструкция:

Не совсем ровно, но все легко подгибается. Теперь непосредственно к схеме. Для сборки необходимо:

25 резисторов 150-220 Ом,
125 светодиодов,
5 конденсаторов 0,1мкФ (ставятся по питанию триггеров),
2 конденсатора 22пФ,
Atmega16,
кварц 12-16МГц,
5 резисторов 2,2коМ,
5 триггеров 74hc574,
5 транзисторов BC558.
1 конденсатор 100мкФ (по питанию обязательно!!!
иначе схема работать не будет)

С одной стороны тут все просто, но нужно не запутаться. В отличие от предыдущих проектов здесь используется Atmega16(Atmega16A-16PU). Я использовал рабочую частоту 12МГц, на 16МГц будут чуть быстрее светодиоды переключаться. Кроме того, здесь используются триггеры. Чтобы понять зачем, нужно проникнуться логикой схемы.

Все входы триггеров подключены параллельно. Допустим нам нужно включить первый светодиод на 2 этаже (D2.1) и при этом не включить светодиоды на 1,3,4,5 этаже (D1.1, D3.1, D4.1, D5.1). Выводим на PORTC.0=0, так как именно 0 в данном случае включает светодиод. На входе триггера появляется 0, однако на выходе его состояние не меняется. Для изменения состояния нужно подать импульс на вход CLK, т.е. вывести поочередно, на ножку PA1 логический ноль и логическую единицу. Теперь все катоды DA1.1-DA5.1 подключены к земле, чтобы зажечь именно D2.1, нужно всего навсего включить 2 этаж, т.е. открыть транзистор Q2, вывести логический ноль в PD6.

Свои эффекты писать пробовал, получилось, но как то в голову не пришло ничего, чего не было в готовых прошивках. Поэтому итоговой взял готовую прошивку, для куба 5х5х5 в интернете нашлось несколько вариантов. Чистого времени на сборку ушло 3 дня. Хороший подарок, собранный своими руками.

На последок, видео получившегося куба, в темноте смотрится особенно эффектно.

Куб описанный на этой странице использует 5 х 5 х 5 матрицу с одним цветом светодиода. Это хороший размер для эксперимента, но количество светодиодов требуется 125, что ведет к увеличению расходов. Мощность – до 1 амп ток и 5В напряжение т.е. 5Вт (арифметика простая).

Весь куб обновляется каждые 10МС (100Гц). Это не приводит к никаким видимым мерцаниям.

Каждый из светодиодных слоев расположены в 5 х 5 матрице и контролируются транзисторами подключенных к светодиодным анодам. При соответствующем контроля слоя из ПОС выходит высокий уровень базы транзистора, +5 V и эмиттер находится около 0,7 вольт. Транзисторы используются BC637 NPN , если альтернативные используется должны быть аналогичной спецификации.

Катоды из светодиодов подключены к IC2 И IC3. Эти STP16CP05 16-бит постоянного тока драйвер для светодиодов. В 680R Резистор дает светодиодный ток ~ 28mA;номинал этого резистора может быть изменен для установки различных светодиодов (у разных светодиодов разные номинальные данные).

Один слой куба:

Одна колонка светодиодов в кубе:

Конденсаторы обеспечивают электропитание… C4 и C5, в частности, являются важными и должны быть танталовые, расположенных рядом с ICs.

Что касается светодиодов можно использовать практически любые 5 мм или 3 мм светодиоды, как Вы хотите.

По моему мнению кубик с 3 мм светодиоды они имеют большее пространство внутри куба, которое делает его визуально более красивее.

Рис. 3

Рис.4

Рис.5

Рис. 6

Рис.7

Рис. 9

Рис.10

Рис. 12

Рис 1.
Анода должен быть согнут под углом 90 °.

Рис 2. Аноды соедините вместе, а катоды должны быть прпендикулярны анодам.

Рис 3. Использование 5 вольт питания и резистор (от 120 до 330 Ом), необходимо проверить и визуально убдится,что все спаяно правильно. Подайте “+” на анод, а “-” на катод и светодиод должен загорется. Сопротивление необходимо для ограничения тока! Не забудьте при проверке!

Внимание.

Если вы пропустите этот тест и получите светодиоды собраны в кубе, найти светодиод не рабочий, будет очень трудно!

Рис 4,5,6. Установка светодиодов в следующей строке и припаять их аноды вместе.

Рис 7. Продолжить установку светодиодов в каждой из строк, пайки и тестирование, как вы идете.

Рис 8. Со всеми пятью рядами завершили, припаять провода во всех строках провести слоем в форму. Этот провод служит также электрические соединения. Обратите внимание, каким проводам идет над и под светодиод анода приводит.

Повторите предыдущие шаги для каждого из пяти слоев.

Рисунок 9-12. Эти фотографии показывают общее расположение светодиодов куб.

Доброго времени суток, друзья и гости сайта “Радиосхемы”! Закончил свой второй светодиодный куб. Схему и печатку нашел в просторах интернета, уже не помню где точно. После , хотелось чего-то побольше, посолиднее что-ли. Как раз и подвернулась эта схемка. На реализацию с закупкой деталей ушло около месяца. Первый запуск производился, как всегда, в навесном виде, собранным кое-как. Часть не работала, о корпусе и речи не было, на один этаж светодиодов вообще не хватило и пока так оставил на тот момент, просто хотелось посмотреть на него перед новым годом, а это было 30 декабря 00:01 на часах. Не горели два ряда по 8 этажей светодиодов и 4 светодиода горели постоянно. Недавно отремонтировал, проблема оказалась в том, что был обрыв дорожек на одной микросхеме (видимо когда травил, там тонер был поцарапан или волосок какой попал под него), а проблема с горящими постоянно светодиодами была исправлена путем проверки ключей управления с их обвязкой (не хотел покупать в DIPe транзисторы, купил в корпусе sot-23, при компактной разводке необходимо было использовать перемычку, smd резистор 0 сопротивления, 0805 типоразмера моего любимного, ну и закоротил этой перемычкой на дорожку между двумя транзисторами). При пайке самого куба был обнаружен недочет – ножки светодиодов коротковаты, а хотелось большой куб, ну и пришлось надставлять каждую ножку наращивать – сколько же терпения потребовалось… Led cube имеет всего 512 светодиодов по 2 ножки = 1024. Был коробок обрезков от резисторов и конденсаторов, его весь израсходовал. Потом проволока луженая пошла, ее несколько метров ушло, теперь ни одной ножки нет отрезанной. Но это были еще мелочи. Потом нужно было соединять этажи между собой, вот тут ушло около 2 дней только на это. При этом выявляются все кривые моменты, которые были незначительны при сборке этажей. Ну ничего, выровняли. Два дня были затрачены на изготовления корпуса из пластика от холодильника, ну там все крепления для платы, крепеж крышки, индикация, панель управления… Проводки на плате были аккуратно примазаны селиконовым герметиком, на случай “а мало ли чё”. Для пайки этажей в ДСП сверлил небольшие отверстия, чтобы ставить светодиоды, а потом паять. Так удобнее, но потом понял, что надо было отдельно линиями паять, а не этажами – так куда проще.

Схема LED CUBE

Общий вид:

Покрасил короб куба в матовый цвет.

Лицевая и тыльная панель:

Внутренности с бородой из 72 проводов:

Провода рядов светодиодов приклеенные силиконовым герметиком:

Площадка-крепление для платы с противоположной стороны относительно входа питания и панели индикации с кнопками:

Панелька с кнопками управления кубом и весь вид в сборке:

Выявил еще один недостаток: светодиоды нужно было покупать матовые, а не сверхъяркие, а то по глазам чуть бьет. Фьюзы для ПониПрога далее, вроде шил Khazama”ой, ориентируюсь на Spienб так что даже не запоминаю от чего выкладываются фьюзы.

Прошивка и файл Eeprom”a, печатная плата и всё остальное для куба в архиве . Шил сначала память, потом прошивку, и про фьюзы не забываем. Видео снимал ночью. На одном виде led cube стоит на коробе, а на втором перевернут вверх-ногами.

Видео LED CUBE

В данном кубе также имеется COM-порт для подключения к компьютеру, чтобы через программу можно было самостоятельно послойно создавать фигуры, а потом проиграть их все вместе. Можно и без куба их создавать, потом подключить и увидеть, а можно в режиме реального времени зажигать определенные светодиоды и видеть их. Правда не пробовал еще так, надо провод поискать и компьютер с разъемом таким, или переходник под USB. Позже смотрел многоцветные светодиоды, думал их заказать, но на куб наверное они не самый лучший вариант, они ведь мигают в определенной последовательности, а там не знаю как получилось бы… В общем заказал RGB 100 штук, побалуюсь потом… Автор проекта DGR
.

Обсудить статью LED CUBE

В этой статье описана сборка светодиодного куба 5 х 5 х 5, который управляется при помощи Arduino и вся конструкция располагается на печатной плате.

Видео работы светодиодного куба:

Разработка куба и материалы

Я видел много проектов светодиодных кубов, и основной их проблемой является управление большим количеством светодиодов при помощи маленького количества контактов. Во многих проектах для этой цели использовались сдвиговые регистры. Основной их проблемой является время, требуемое на сдвиг всех битов и проблемы возникающие из-за него. Мне это не понравилось, и я решил нарисовать свою схему.

Я использую 5 дешифраторов по 3-8 линии на каждый (также они известны как демультиплексоры), чтобы преобразовывать двоичный сигнал с 5-битного параллельного входа в 25-битный параллельный выход, который управляет светодиодами. Особенностью этих дешифраторов является то, что высокий уровень сигнала может быть одновременно только на одной из 25 линий. Если на пяти контактах Arduino 01010 (10 в двоичной системе), дешифраторы принимают этот сигнал и выводят его на свой 10 контакт. Всего их 25 с номерами 0-24.

В схеме также используются NPN транзисторы, на катодах каждой плоскости куба.
Куб собран на специальной печатной плате изготовленной на заводе, что позволило избежать большего количества проводов. Всего проект обошелся в $100.

Предварительно удостоверьтесь, что ваши дешифраторы дают высокий уровень сигнала на один из выводов, а на все остальные низкий, т.к. есть микросхемы, которые дают низкий уровень сигнала на один вывод, а высокий на все остальные.

Предварительные наброски схемы и таблицу

Сборка куба

Первый шаг – это изготовления куба из светодиодов. Я купил дешевые светодиоды с очень короткими выводами, и мне пришлось использовать дополнительный провод.

Я просверлил в доске отверстия 5мм с расстоянием между ним 2.5 см. Светодиоды вставляются в эти отверстия и соединяются вместе. Таким образом делается 5 слоев.

Когда все 5 слоев готовы, их надо соединить. Расстояние между слоями должно быть 2.5 см, чтобы куб не был сплющенным или растянутым. От катода каждого слоя приведите вниз куба по проводу, который затем будет впаян в плату. Всего такой куб насчитывает около 300 точек пайки.

Для подключения куба я использовал кабель CAT5, т.к. он дешев и доступен. Я собрал схему на макетной плате. Выберите угол куба который будет считаться точкой начала отчета и подключите к его аноду вывод 0 дешифратора. Следующим анодом считается ближайший анод по оси X, а когда они закончатся, используйте аноды по оси Y. Я использовал резисторы по 150 Ом между дешифратором и столбцом.

Для подключения катодов используется NPN транзистор. Используйте резистор между базой транзистора и Arduino. Подключаете 1вывод транзистора к GND, 2 к Arduino, 3 к катоду.

Программа для Arduino

После того, как куб подключен к прототипу схемы, необходимо напивать программу.

Код разбит на 4 основных части:

LEDs.h:

Содержит номера всех контактов и массивов.
DisplayBasics.pde:

Содержит несколько основных «формы» в кубе, для использования в модели.
Patterns.pde:

Содержит образцы программ отображения, которые можно увидеть на видео в начале статьи.
LEDCubePCB.pde:

Это окончательный вариант моего кода. Номер исполняемой программы изменяется в зависимости от положения потенциометра.

Расширение функциональности

Для того, чтобы светодиодный куб был ещё лучше, необходимо изменять программу отображения, неперепрошивая микроконтроллер. Для переключения программ я решил использовать перемычки, а для изменения длительности программы потенциометр. Но я забыл, что при использовании перемычек необходимо подтягивающее напряжение. Его можно получить путем использования подтягивающих резисторов.

Печатная плата

Я разработал эту схему и печатную плату в Eagle. К статье прилагаются исходники в формате Eagle, которые можно редактировать. При проектировании печатной платы обратите внимание на размер отверстий, особое внимание уделите проводам.

Плата была изготовлена на заводе на заказ. Если вы не можете изготовить плату на заводе, вы можете сделать её при помощи ЛУТа или фоторезиста.

Производство и сборка печатной платы

Чтобы отправить проект на производство, необходимы файл сверловки и Gerber файлы. Я не умею их делать, но следуя инструкциям в интернете смог сделать и их. Эти файлы прилагаются к статье. Обратите внимание, что перемычки теперь подключены к GND и работают за счёт внутренних подтягивающих резисторов Arduino.

Начните сборку с резисторов и панелек, а сам куб паяйте в последнюю очередь. Все компоненты использованы в обычном выводном корпусе, поэтому монтаж достаточно пост. Паяйте плату чистым жалом, соблюдайте температурный режим и не перегревайте компоненты. Я использовал разъемы для всех микросхем.

Готово!

После сборки платы загрузите программу в Arduino и проверите её. Если схема работает неправильно, перепроверите правильность подключения и сборки куба.

В архиве ниже прилагаются файлы Eagle, Gerber и исходники ПО

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
U$1	Плата Arduino	Arduino Duemilanove	1		В блокнот
V1-V5	Кодер, декодер	CD74HC238	5		В блокнот
T1-T5	Биполярный транзистор	2N4401	5		В блокнот
	Светодиод	Синий	125	5 мм	В блокнот
R1-R25, R27-R31	Резистор	150 Ом	30		В блокнот
R26	Подстроечный резистор	10 кОм	1		В блокнот
SV1, RESET	Джампер		6

Как работает декоративная скульптура из светодиодов? Можно ли её собрать самостоятельно? Сколько нужно светодиодов и что нужно кроме них? На все эти вопросы вы найдете ответ в этой статье.

Led куб – что нужно для самостоятельной сборки

Если вы увлекаетесь самоделками, любите ковыряться в схемах электроники – попробуйте собрать светодиодный куб своими руками. Для начала нужно определиться с размерами. Поняв принцип работы устройства, вы можете модернизировать схему как с целью увеличения светодиодов, так и с меньшим их количеством.

Светодиодный куб с гранями на 8 диодов

Давайте разберем как это работает на примере куба со стороной в 8 светодиодов. Такой куб может испугать начинающих, но если вы будете внимательным при изучении материалов – вы с лёгкостью освоите его.

Чтобы собрать led cube 8x8x8 вам понадобится:

512 светодиодов (например 5мм);
сдвиговые регистры STP16CPS05MTR – 5 шт;
микроконтроллер для управления, см. Arduino Uno или любую другую плату;
компьютер для программирования системы;

Принцип работы схемы

Маленькие светодиоды типа 5 мм потребляют незначительный ток – 20 мА, но вы собираетесь зажигать их довольно много. Источник питания 12В и 2А прекрасно подойдет для этого.

Подключить все 512 светодиодов индивидуально у вас не выйдет потому, что вряд ли вы найдете микроконтроллер (МК) с таким количеством выводов. Чаще всего встречаются модели в корпусах с количеством ног от 8 до 64. Естественно вы можете найти варианты и с большим количеством ножек.

Как же подключить столько светодиодов? Элементарно! Сдвиговый регистр – микросхема которая может преобразовывать информацию из параллельного вида в последовательный и наоборот – из последовательного в параллельный. Преобразовав последовательный в параллельный вид, вы получите из одной сигнальной ножки 8 и более, в зависимости от разрядности регистра.

Ниже приведена диаграмма иллюстрирующая принцип работы сдвигового регистра.

Когда на последовательный вход Data вы подаете значение бита, а именно ноль или единицу, она по фронту тактового сигнала Clock передается на параллельный выход номер 0, не забывайте, что в цифровой электронике нумерация идёт с нуля).

Если в первый момент времени была единица, а затем в течении трёх тактовых импульсов на входе вы задали нулевой потенциал, в результате этого вы получите такое состояние входов «0001». Вы можете это наблюдать на диаграмме на строках Q0-Q3 – это четыре разряда параллельного выхода.

Как применить эти знания в построении LED куба? Дело в том, что можно применить не совсем обычный сдвиговый регистр, а специализированный драйвер для светодиодных экранов — STP16CPS05MTR. Он работает по такому же принципу.

Как соединять светодиоды?

Разумеется, что использование драйвера не полностью решит проблемы связанную с подключением большого количества светодиодов. Для подключения 512 светодиодов понадобится 32 таких драйвера, а от микроконтроллера еще больше управляющих ножек.

Поэтому мы пойдём другим путём и объединим светодиоды в строки и столбцы, таким образом мы получим двухмерную матрицу. Лед куб же занимает все три оси. Доработав идею объединения светодиодного куба 8x8x8 у которого светодиоды объединены в группы, можно прийти к такому выводу:

Объединить слои светодиодов (этажи) в схемы с общим анодом (катодом), а столбцы в схемы с общим катодом (или анодом, если на этажах объединяли катоды).

Чтобы управлять такой конструкцией нужно 8 x 8 = 16 управляющих пинов на колонки, и по одной на каждый этаж, всего этажей тоже 8. Итого вам нужно 24 управляющих канала.

На колодку input подаются сигнал с трех ножек микроконтроллера.

Чтобы зажечь необходимый светодиод, например, расположенный на первом этаже, в первой строке третий по счету, вам нужно подать минус на столбец номер 3, а плюс на этаж номер 1. Это справедливо если вы собрали этажи с общим анодом, а столбцы – катодом. Если наоборот, соответственно и управляющие напряжения должны быть инвертированы.

Для того, чтобы вам было удобно спаивать куб из светодиодов вам нужно:

Для корректной работы куба из светодиодов нужно собрать его по слоям с общим катодом, а столбцы – анодом. Подключить к выводам Arduino то что на схеме обозначено, как input в такой последовательности:

№ вывода Arduino	Название цепи
2	LE
3	SDI
5	CLK

Что делать если у меня нет таких навыков?

Если вы не уверены в своих силах и знаниях электроники, но хотите себе такое украшение для рабочего стола, вы можете купить готовый куб. Для любителей мастерить простенькие электронные поделки, есть отличные варианты проще с гранями 4x4x4.

Куб с размером грани 4 диода

Готовые наборы для сборки можно приобрести в магазинах с радиодеталями, а также их огромный выбор на aliexpress.

Сборка такого куба разовьет у начинающего радиолюбителя навыки пайки, точность, правильность и качество соединений. Навыки работы с микроконтроллерами пригодятся для дальнейших проектов, а с помощью Arduino вы можете научится программировать простые игрушки, а также средства автоматизации для быта и производства.

К сожалению, из-за особенностей языка программирования Arduino – sketch есть некие ограничения в плане быстродействия, но поверьте, что когда вы упретесь в потолок возможностей этой платформы, скорее всего освоение работы с «чистыми» МК у вас не вызовет существенных трудностей.