Arduino -baserad 3x3 LED -kub: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Hej och välkommen till min första Instructable.

Jag presenterar en enkel, snygg design för en nybörjare 3x3x3 LED -kub. För att göra det enklare att bygga tillhandahåller jag detaljer om ett anpassat kretskort, du kan göra själv eller köpa, instruktioner och du kan, precis som jag, återanvända programvaran från detta fantastiska Arduino-bibliotek LED-kub och arduino lib.

Ett av designmålen var att bara använda genomgående håldelar, de är lättare för nybörjaren att löda och allt är lätt tillgängligt via internet på dina favoritauktioner/shoppingplatser.

Designen kan drivas från en USB-kabel eller en 7,5-12V DC-nätadapter.

Kretsen använder en nedbyggd Arduino-kärndesign och du kan programmera den i kretsar antingen med en billig In Circuit System Programmable (ICSP) programmerare eller en lättillgänglig USB till TTL-adapter. Den enda programvaran du behöver är den ärade Arduino IDE.

Denna design är inte revolutionerande, den bygger bara på tidigare arbete och jag förpackade den snyggt. Jag hoppas du tycker om det.

Steg 1: Delar krävs

Denna design använder allmänt tillgängliga genomgående håldelar. Din lokala favoritdistributör bör lagra de delar du behöver.

Du behöver en Atmega 168p eller Atmega 328p med Arduino -startladdaren blinkad i den. Du hittar dessa på Ebay, sök efter "arduino bootloader", se till att du köper Dual In Line (DIL) -varianten. Du behöver också ett USB -typ B -uttag, det vanliga, äldre, feta. Jag valde detta eftersom det är lätt att löda. Transistorerna, T1-T3 är NPN-transistorer för allmänna ändamål, liksom de angivna typerna, du kan använda BC108, 2N2222, 2N3904 etc, kontrollera alltid transistorns pinout mot kretskortet.

För de viktigaste lysdioderna, se till att du köper hög ljusstyrka eller ultraljusa lysdioder. Jag använde 10000-12000mcd lysdioder från en säljare på Ebay för exempelkuben som visas här. Du vill ha ljusa så att du fortfarande kan se kuben i normal rumsbelysning. Om artikelbeskrivningen beskriver betraktningsvinkeln, vanligtvis 20 grader men du kan hitta en med en bredare betraktningsvinkel, överväg det. Dessa ultralätta lysdioder är inte de närmaste när de ses på sidan. Du kanske måste prova några lysdioder från olika leverantörer innan du hittar sådana som passar dina behov.

Komplett reservdelslista:

Delvärde BeskrivningPCB Den fina gröna kretskortet, gör det eller köp det. 27 3 mm lysdioder, valfri färg. C1 100n 100nF, 25V, 7,5 mm pitch keramisk kondensator C2 22p 22pF, 25V, 4,4 mm pitch keramisk kondensator

C3 22p 22pF, 25V, 4,4 mm pitch keramisk kondensator C4 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C5 100n 100nF, 25V, 7.5mm pitch keramisk kondensator C6 10u 10uF 16V, 5.5mm fodral Elektrolytkondensator, 16V C7 22u 10uF 16V, 5,5 mm hölje Elektrolytkondensator, 16V IC1 ATMEGA ATEMEGA168 eller ATMEGA328 med Arduino bootloader IC2 L7805T L7805CV 5V, 100mA linjär regulator, TO92 -paket ICSP ICSP Pin headerlist, 0,1 "pitch, 2x3 sätt. J1 DCJ0202 DC eluttag, 2,1 mm innerdiameter. JP1 Pin header strip, 0.1 "pitch, 1x3 way. Q2 16MHz 16MHz, HC49 -kristall, 50ppm, lågprofil R1 10k 10K 1/4W metallfilmmotstånd 1% R2 1k 1K 1/4W metallfilmmotstånd 1% R3 1k 1K 1/4W metallfilmmotstånd 1% R4 1k 1K 1/ 4W metallfilmsmotstånd 1% R5 470 470 1/4W metallfilmmotstånd 1% R6 1k 1K 1K 1/4W metallfilmmotstånd 1% R8 100 100R 1/4W metallfilmmotstånd 1% R9 100 100R 1/4W metallfilmmotstånd 1% R10 470 470R 1/4W metallfilmmotstånd 1% R11 470 470R 1/4W metallfilmmotstånd 1% R12 470 470R 1/4W metallfilmmotstånd 1% R13 470 470R 1/4W metallfilmresistor 1% R14 470 470R 1/4W metallfilm motstånd 1% R15 470 470R 1/4W metall film motstånd 1% R16 470 470R 1/4W metall film motstånd 1% R17 470 470R 1/4W metall film motstånd 1% R18 1k 1K 1/4W metall film motstånd 1% R19 LDR Valfri LDR S1 S1 4 -stifts, 6x6mm PTH -switch för PCB -fäste. T1 BC547 BC547/BC548 låg effekt NPN transistor, TO92 T2 BC547 BC547/BC548 låg effekt NPN transistor, TO92 T3 BC547 BC547/BC548 låg effekt NPN transistor, TO92 X4 USB typ B-uttag, kretskortmonterat genomgående hål. 4 x 3-5 mm hög stick på gummifötter.

Steg 2: Kretsschema och driftsförklaring

Schemat visas ovan.

Designen är baserad på Arduino Duemilanove -schemat, avskalat till det yttersta. USB till seriell enhet togs bort men det finns en seriehuvud, JP1, som gör att en USB till TTL -adapter kan programmera enheten, mer om programmering senare. Det finns också ICSP -rubriken.

Kortet kan drivas från USB -kontakten, med hjälp av den praktiska 5V -strömförsörjningen i datorn, eller ett billigt paket med mobiltelefonladdare. Det andra alternativet använder DC-ingången, detta accepterar en 7-15V DC-ingång så att du kan använda valfri kontaktadapter du har. Kretsen använder bara 30mA så bortkastad adapter från en död gadget borde fungera, kolla din skräpbox.

Motstånden R12 till R17 ställer in strömmen, vilket ställer in ljusstyrkan på lysdioderna. Med RÖDA lysdioder och de 470R -motstånd som visas är strömmen ~ 5mA per LED. För att beräkna LED -strömmen behöver du Atmega -enhetens utspänning (4,2V) och framspänningsfallet för lysdioden, för en röd LED är den 1,7V. Formeln är:

LED -ström = (Atmega -utspänning - LED -spänning)/I Led

Med de delar jag använde: LED-ström = (4.2-1.7)/470LED-ström = 5.31mA

Begränsa strömmen från Atmega 168/328 till 10mA

Några vanliga LED -spänningsfall:

Röd 1.7VGul 2.1V Orange 2,1V Grön 2.2V Blå 3.2V Superblå 3.6V Vit sval 3.6V

Så du kan använda en blå LED med hög ljusstyrka, motståndet skulle sjunka till 270R. Du kan öka strömmen till 10mA, i mina tester fann jag att 5mA var tillräckligt.

Transistorer T1-T3 är vanliga NPN BJT-transistorer, BC547/BC548/2N2222 etc. De styr omkopplingen av vart och ett av de tre skikten. Motstånd R2-R4 begränsar motståndets basström.

R6 och PWR LED är valfria, kopierade från Arduino, det är lite uppenbart om strömmen är på LED -kuben.

C2, C3 och Q2 bildar klockkretsen för Atmega 168/328p-enheten, förprogrammerad med startladdaren. Se till att du passar 22pF -kondensatorerna här och inte någon annanstans utan att chippet kommer att starta. C1, C4 och C5 är avkoppling från strömförsörjningen. IC2, C6 och C7 bildar en enkel linjär regulatorkrets. Inte mycket att säga om detta men se till att du passar kondensatorerna på rätt sätt. Det finns + symboler på PCB -ritningen och silkscreen.

SK1 och R8 och R9 är det seriella gränssnittet. Med en USB till TTL-adapter kan du programmera enheten med exemplet här

Steg 3: Skaffa designfilerna och göra kretskortet

PCB -designdata kan laddas ner från Github på

Det finns bearbetade Gerber -filer för att skicka till en PCB -tillverkare, schematisk och PCB -överlagring i-p.webp

Kretskortet kunde tillverkas hemma, jag skulle ha gjort det här men jag tog slut på Etchant. Designen kan tillverkas med ett ensidigt kretskort och det översta lagret (RÖDT på bilderna) kan implementeras med förtennade koppartrådslänkar. Jag använde https://pcbshopper.com/ för att hitta en lämplig leverantör, för prototyperna som jag använde Elecrow.

PCB -designen på Github har tre ändringar av prototypdesignen som visas här:

1. 7805CV -regulatorn har ersatts av en mindre 78L05 -regulator.
2. Kretskortet krympt med 5 mm.
3. Jag tog bort polyfuse från USB +5V -matningen.

Steg 4: Montering av kretskortet

Kretskortet är rimligt rakt fram att montera. Jag har lagt till ett foto av det monterade kretskortet och layouten ovan för referens. Jag börjar alltid med att montera de minsta delarna först och arbeta uppåt, särskilt viktigt om du inte har ett PCB -stativ.

1. Börja med att montera motstånden först, löd inte dem ännu. Se till att du sätter in rätt komponent på rätt plats. För enkel kontroll, montera dem med toleransbandet till höger/botten, det gör det lättare att kontrollera efteråt. Titta här om du behöver hjälp med att identifiera motståndsfärgkoder. När du har verifierat att rätt delar är på rätt plats, lödda delarna.
2. Löd kristallen Q2 på plats och kondensatorerna C2 och C3.
3. Löd 28 -stiftsuttaget för Atmega168/328 på plats, se till att du har stift 1 överst, detta hjälper till att förhindra att enheten sätts bakåt.
4. Montera ICSP- och JP1 -kontakterna.
5. Montera kondensatorerna C1, C4 och C5, alla 100nF (delkod 104).
6. Den linjära regulatorn IC2.
7. Montera transistorerna T1, T2 och T3. Se till att du inte har bytt T1/T2/T23 och IC1 eftersom de alla är i samma paket.
8. Passar S1, orienteringen spelar ingen roll.
9. Passa C6 och C7, se till att du får rätt polaritet!
10. Montera USB -kontakten X4.
11. Montera likströmskontakten J1.

Den sista biten att montera är SIL -vändstiftet. Jag använder ett par fina skär för att försiktigt ta bort plasten från varje stift på remsan, jag upprepar detta tills jag har 12 vridna stiftuttag, sedan med en tång och 3 händer, löd var och en i tur och ordning till kretskortet. Eftersom de flesta inte har 3 händer, tennar du varje hål med lite lödning, för att täcka dynan, låt den svalna. Applicera sedan lödkolven för att smälta lödet och sätt in stiftet, ta bort lödkolven för en skarv. Du kan behöva färsk lödning om du har en torr fog.

Innan du kontrollerar din lödning, ta en kort paus, kanske för en drink? Inspektera din lödning, kontrollera USB -kontakten eftersom stiften är nära varandra och stiften på Atmega168/328 -enheten.

När du är nöjd med din lödning, fäst de självhäftande fötterna på undersidan av kretskortet.

Steg 5: Montering av LED -kuben

Detta är den svåraste delen av församlingen. Ta dig tid, var inte rädd.

Jag har lagt till anteckningar till bilderna ovan eftersom en bild säger tusen ord.

Några viktiga punkter.

1. Se till att den positiva ledningen (längre ben) pekar nedåt när designen växlar +V till de 9 lysdioderna på varje lager.
2. Se till att den negativa ledningen är böjd i 90 grader mot lysdioden för att göra de horisontella staplarna.
3. Bygg varje lager individuellt och dubbel-/trippelkontrollera bygget.
4. Se till att den förtennade koppartråden, när den används, ligger halvvägs mellan varje rad med lysdioder, vilket gör det lättare att klibba på lagerkopplingsledningen.

Steg 6: Testning och slutlig kubmontering

Innan du ansluter LED -kubenheten eller Atmega168/328 -enheten kan du göra några enkla kontroller.

Om du har en DMM (du bör ha en om du bygger ett projekt som detta), mäta motståndet över stift 7 (positivt) och 8 (negativt) på 28 -stiftsuttaget, du bör ha> 1K. Om det är lägre än detta, kontrollera din lödning.

Applicera sedan en 7-15V ingång på J1, gå tillbaka till stift 7 och 8 i 28-stiftsuttaget, mät spänningen, du bör se 5V men det kan vara var som helst mellan 4.90V och 5.1V, det här är bra. Om du har monterat R6 och PWR -lysdioden bör den lysa.

Koppla ur J1, anslut en USB -kabel till X4, anslut kabeln till en hubb eller elnätet till 5V USB -adapter, upprepa spänningsavläsningen på stift 7 och 8 i 28 -stiftsuttaget, är avläsningen cirka 5V?

Kontrollerna ovan var för att säkerställa att matningsspänningarna var korrekta och av rätt polaritet.

Sätt sedan försiktigt in Atmega168p/328p -enheten. Böj stiften lite, om det behövs, för att passa uttaget. Använd J1 och din 7-15V-strömförsörjning, slå på strömmen, se om IC2 blir varm strax efter att strömmen slås på. Om det gör det, stäng av strömmen och kontrollera riktningen för IC1.

Sätt sedan försiktigt in den första raden i LED -matrisen. Se till att en av de förtennade koppartrådsstödsstängerna ligger nära PADL1, PADL2 och PADL3, du behöver detta senare när du lödar tråden för varje lager. Det är bäst att börja med en hörnstift och använda en nåltång, böj försiktigt varje stift något, rad för rad, för att passa uttaget på kretskortet. Jag har lagt till ett foto av det första monterade lagret ovan. Skär den med en bit enkelsträngad 1/0,6 tråd till en längd som är lämplig för att gå från PADL1/PADL2 eller PADL3 till varje lager av kuben. Jag tyckte att det var lättare att sätta in den första raden med lysdioder i kretskortet och löda den första lagerkontrolltråden (visas i vitt) och sedan gå tillbaka till föregående steg, göra en annan rad och montera sedan varje lager på kretskortet eftersom detta gav en stabil bas.

Börja med att löda nästa lager genom att lödda en av hörn -lysdioderna, Löd sedan det motsatta hörnet. Kontrollera nu att lagret är i nivå innan du lödar mer. När du har justerat lagret, löd de andra två hörn-lysdioderna, matrisen ska vara jämn men kontrollera det igen. Löd de återstående lysdioderna. Upprepa lagermonteringen för det sista lagret.

Steg 7: Programmering

Beroende på din Atmega -enhet kan du behöva programmera startladdaren eller bara ladda ner koden. Om du har ett chip med startladdaren redan programmerad kan du använda en USB till TTL -adapter. Följ den här guiden:

www.instructables.com/id/Program-Arduino-Mini-05-with-FTDI-Basic/

Du kan också använda 2x3 -stifts In Circuit System Programmable (ICSP) -kontakt, du kan använda en annan Arduino för att göra detta:

www.instructables.com/id/How-to-use-Arduino-Mega-2560-as-Arduino-isp/

Jag använder en Usbasp-programmerare som fungerar med Arduino IDE, konfigurera detta via menyn Verktygs-> Programmerare. Du kan välja Arduino/Atmel AVR -programmerare billigt via Ebay eller andra auktionssajter.

Ladda ner LED-kubbiblioteket från https://github.com/gzip/arduino-ledcube, följ instruktionerna på Github och leta i din katalog med exempel efter 'arduino-led-cube-> ledcube'.

Om du använder ICSP -programmeraren håller du ned shift innan du klickar på uppladdning för att instruera Arduino IDE att använda programmeraren. Om du använder USB-till-TTL-adaptern trycker du på och släpper återställningen när IDE har kompilerat.

När exempelkoden hade programmerats bör du ha en LED -kub med vackra mönster.

Detta är min första instruerbara, kommentarer och feedback är välkomna.