مكعب LED 4x4x4: 11 خطوة (مع صور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:54

شاشة LED ثلاثية الأبعاد مذهلة. 64 LEDs تشكل هذا المكعب 4 × 4 × 4 ، الذي يتم التحكم فيه بواسطة متحكم Atmel Atmega16. يمكن معالجة كل LED بشكل فردي في البرنامج ، مما يتيح له عرض رسوم متحركة مذهلة ثلاثية الأبعاد! مكعب 8x8x8 LED متوفر الآن ، حسب الطلب الشائع:

الخطوة 1: ما تحتاجه

بادئ ذي بدء ، أنت بحاجة إلى القليل من الوقت لتلحيم 64 مصباحًا معًا ؛) قائمة المعرفة:

• الإلكترونيات الأساسية ومهارات اللحام
• تعرف على كيفية برمجة متحكم AVR - لن أغطي ذلك في هذا الدليل.

قائمة المكونات:

• بروتوبورد. النوع بدوائر نحاسية.
• متحكم Atmel AVR Atmega16
• مبرمج لبرمجة Atmega16
• 64 المصابيح
• 2 حالة المصابيح. لقد استخدمت الأحمر والأخضر. (اختياري)
• شريحة Max232 rs-232 ، أو ما يعادلها.
• 16 مقاومات للمصابيح. (100-400 أوم) سيعود إلى هذا.
• 2x المقاوم 470 أوم. لمصابيح الحالة
• 1x المقاوم 10 كيلو
• 4x المقاوم 2.2 كيلو
• 4x NPN الترانزستور BC338 (أو الترانزستور الآخر القادر على تبديل 250-ish مللي أمبير)
• 1x 10 فائق التوهج مكثف
• 1x 1000 فائق التوهج مكثف
• مكثف سيراميك 6x 0.1 فائق التوهج
• مكثف سيراميك 2x 22pF
• 1x كريستال 14.7456 ميجا هرتز
• زر اللمس 2x
• مفتاح pwr اختياري
• موصل للطاقة 12 فولت
• موصل اختياري لطاقة 5 فولت

الخطوة 2: مضاعفة

كيف تتحكم في 64 LED بدون استخدام 64 سلكًا فرديًا؟ مضاعفة!

من الواضح أن تشغيل سلك إلى أنود كل مصباح سيكون غير عملي ، وسيبدو سيئًا حقًا. طريقة واحدة للتغلب على هذا ، هي تقسيم المكعب إلى 4 طبقات من 16x16 LEDs. تشترك جميع مصابيح LED المحاذية في عمود رأسي في أنود مشترك (+). تشترك جميع مصابيح LED الموجودة على طبقة أفقية في كاثود مشترك (-). الآن إذا أردت إضاءة مؤشر LED في الزاوية اليسرى العلوية في الخلف (0 ، 0 ، 3) ، فأنا فقط أزود GND (-) للطبقة العليا ، و VCC (+) إلى العمود الموجود في الزاوية اليسرى. إذا كنت أريد فقط أن أضيء مصباحًا واحدًا في كل مرة ، أو فقط أضيء أكثر من طبقة واحدة في نفس الوقت.. فهذا يعمل بشكل جيد. ومع ذلك ، إذا كنت أرغب أيضًا في إضاءة الزاوية اليمنى السفلية في المقدمة (3 ، 3 ، 0) ، فأنا أواجه مشكلات. عندما أقوم بتزويد GND بالطبقة السفلية و VCC إلى العمود الأيسر الأمامي ، أقوم أيضًا بإضاءة الجزء العلوي الأيمن في المقدمة (3 ، 3 ، 3) ، ومؤشر LED الأيسر السفلي في الخلف (0 ، 0 ، 0). من المستحيل حل هذا التأثير الظلي بدون إضافة 64 سلكًا فرديًا. طريقة حلها هي أن تضيء طبقة واحدة فقط في كل مرة ، ولكن تفعل ذلك بسرعة بحيث لا تدرك العين أن طبقة واحدة فقط مضاءة في أي وقت. هذا يعتمد على ظاهرة تسمى ثبات الرؤية. كل طبقة عبارة عن صورة 4x4 (16). إذا قمنا بوميض 4 16 صورة LED واحدة تلو الأخرى ، بسرعة كبيرة ، نحصل على صورة ثلاثية الأبعاد 4x4x4!

الخطوة 3: عمل المكعب ، القالب

ستبدو شبكات اللحام لمصابيح LED ذات الدفع الرباعي فظيعة! للحصول على 4 شبكات 4 × 4 مثالية من المصابيح ، نستخدم نموذجًا لتثبيتها في مكانها ، أردت أن أجعل المكعب سهلًا قدر الإمكان ، لذلك اخترت استخدام مصابيح LED أرجلهم الخاصة قدر الإمكان. تم تحديد المسافة بين الخطوط في الشبكة بطول أرجل LED. لقد وجدت أن 25 مم (حوالي بوصة واحدة) كانت المسافة المثلى بين كل مصباح (بين مركز كل مصباح!) لتمكين اللحام دون إضافة أو قطع سلك.

• ابحث عن قطعة من الخشب كبيرة بما يكفي لعمل شبكة مقاس 4 × 4 بقطر 5 سم.
• ارسم شبكة خطوط 4 × 4.
• اصنع خدوشًا في جميع التقاطعات باستخدام لكمة مركزية.
• ابحث عن مثقاب يجعل الثقوب صغيرة بما يكفي بحيث يظل المصباح ثابتًا في مكانه ، وكبيرًا بما يكفي بحيث يمكن سحب المصباح بسهولة (بدون ثني الأسلاك..).
• حفر 16 حفرة.
• تم الانتهاء من قالب ledcube الخاص بك.

الخطوة 4: عمل المكعب ، لحام الطبقات

نصنع المكعب في 4 طبقات من المصابيح 4x4 ، ثم نلحمهم معًا.

• ضع مصابيح LED على طول الظهر وعلى طول جانب واحد ، وقم بلحامها معًا
• أدخل صفًا آخر من مصابيح LED ولحامها معًا. قم بعمل صف واحد في كل مرة لتترك مكانًا لمكواة اللحام!
• كرر الخطوة المذكورة أعلاه 2 مرات.
• أضف دعامة متقاطعة في المقدمة حيث لا يتم توصيل صفوف LED.
• كرر 4 مرات.

الخطوة 5: عمل المكعب ، توصيل الطبقات

الآن بعد أن أصبح لدينا هذه الطبقات الأربع ، كل ما علينا فعله هو لحامهم معًا.

ضع طبقة واحدة في القالب مرة أخرى. ستكون هذه هي الطبقة العليا ، لذا اختر أجمل طبقة:) ضع طبقة أخرى في الأعلى ، وقم بمحاذاة إحدى الزوايا 25 مم بالضبط (أو أي مسافة استخدمتها في شبكتك) فوق الطبقة الأولى. هذه هي المسافة بين أسلاك الكاثود. امسك الزاوية في مكانها بيد المساعدة وقم بلحام أنود الزاوية للطبقة الأولى إلى أنود الزاوية للطبقة الثانية. افعل هذا لجميع الزوايا. تحقق مما إذا كانت الطبقات محاذاة تمامًا في جميع الأبعاد. إن لم يكن الانحناء قليلا لضبط. أو أعد اللحام لمسافة الارتفاع التي تم إيقافها. عندما تتم محاذاتهم تمامًا ، قم بتوصيل الأنودات الـ 12 المتبقية معًا. كرر 3 مرات.

الخطوة 6: اختيار قيم المقاوم

هناك شيئان يجب مراعاتهما عند اختيار قيمة المقاوم لمصابيح LED الخاصة بك.

1) المصابيح 2) AVR و AVR لديه الحد الأقصى لتصنيف التيار المشترك 200 مللي أمبير. هذا يعطينا 12 مللي أمبير للعمل مع كل LED. أنت أيضًا لا تريد تجاوز الحد الأقصى الحالي الذي تم تصنيف المصابيح الخاصة بك به. لقد استخدمت مقاومات 220 أوم على المكعب الخاص بي. أعطاني هذا حوالي 12 مللي أمبير لكل مصباح.

الخطوة 7: وحدة التحكم

يتم وصف الدوائر التي تتحكم في مكعب LED في الصورة التخطيطية المرفقة.

واجهة RS-232 اختيارية. ويمكن حذفها. هذا هو IC2 وجميع المكونات المتصلة به. ستعمل البرامج الثابتة المستقبلية على تمكين اتصال الكمبيوتر الشخصي.. ابدأ بوضع جميع المكونات الموجودة على لوحة الدائرة في مخطط يتيح توصيل جميع المكونات بأقل قدر ممكن من الأسلاك. إذا كان كل شيء مناسبًا ، فقم بلحام الدائرة. لن أعطي المزيد من التعليمات حول هذا الأمر ، حيث من المحتمل أن تبدو الدائرة مختلفة جدًا من مكعب إلى آخر ، اعتمادًا على حجم لوحة الدائرة وما إلى ذلك. معلومات حول كيفية توصيل المكعب بدائرة التحكم في التالي خطوة.

الخطوة 8: اربط المكعب

الصور توضح هذا أفضل من الكلمات. يرجى الاطلاع على الصور.

الخطوة 9: الترجمة والبرمجة

لديك الآن مكعب بقيادة. للاستفادة منه ، يحتاج إلى بعض البرامج ، لقد صنعت برنامج تشغيل لتقديم مساحة بيانات ثلاثية الأبعاد على المكعب ، ووظائف لعرض بعض التأثيرات المرئية الرائعة على المكعب. يمكنك استخدام الكود الخاص بي ، أو كتابة الرمز الخاص بك أو البناء عليه الكود الخاص بي وإحداث المزيد من التأثيرات. إذا قمت بعمل تأثيرات خاصة بك ، فيرجى إرسال الرمز إلي. أنا متشوق لرؤية ما تفعلونه يا رفاق! لتجميع البرنامج. فقط افتح أمر برومت ، أدخل الدليل مع نوع الكود المصدر "make" في سطر الأوامر. إذا كنت تريد استخدام ATMega32 بدلاً من ATMega16 ، فقط قم بتغيير إعداد mcu في Makefile وأعد التحويل البرمجي (اكتب make). إذا كنت تستخدم m32 ولم تقم بهذه الخطوة ، فلن يتم تشغيل المكعب بشكل صحيح (ستظل الأضواء الحمراء والخضراء تومض إلى الأبد) ، يجب أن يكون لديك الآن ملف باسم main.hex في الدليل المصدر. الخطوة التالية سيوضح لك كيفية الحصول على هذا الرمز في المكعب الخاص بك.

الخطوة 10: قم ببرمجة وحدة التحكم الدقيقة

إذا كنت تواجه مشاكل في السرعة و / أو بعض مصابيح LED لا تضيء. يرجى قراءة هذه الخطوة بعناية لبرمجة وحدة التحكم الدقيقة ، أستخدم avrdude ومبرمج USBTinyISP.

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

ستكون الأمثلة الخاصة بي على نظام Ubuntu Linux. يجب أن يكون الإجراء متطابقًا إلى حد كبير على Windows ، لكن لا يمكنني مساعدتك في ذلك. إذا كنت تستخدم مبرمجًا آخر ، فاقرأ الدليل الخاص بهذا المبرمج و avrdude. أولاً ، دعنا فقط نرى ما إذا كان بإمكاننا الاتصال بـ AVR. قم بتوصيل المبرمج بمكعبك وجهاز الكمبيوتر الخاص بك. الأمر هو "avrdude -c usbtiny -p m16 "، حيث يحدد -c المبرمج ، و -p نموذج AVR. يمكنك رؤية الإخراج في الصور أدناه. الآن ، قم بتحميل البرنامج الثابت: "avrdude -c usbtiny -p m16 -U flash: w: main.hex". الآن ، يجب إعادة تشغيل المكعب والبدء في القيام بالأشياء. سيتم تشغيله بسرعة 1 ميجا هرتز (ببطء شديد) باستخدام مذبذب داخلي. ولن تعمل بعض المصابيح ، لأن بعض منافذ GPIO تُستخدم لـ JTAG افتراضيًا. لتمكين المذبذب الخارجي وتعطيل JTAG ، نحتاج إلى برمجة بايتات المصهر: قم بتشغيل "avrdude -c usbtiny -p m16 -U lfuse: w: 0xef: m "and" avrdude -c usbtiny -p m16 -U hfuse: w: 0xc9: m ". كن حذرًا عند القيام بهذه الخطوة! إذا أخطأت في الأمر ، يمكنك تدمير متحكمك بشكل دائم! إذا كنت تستخدم متحكمًا دقيقًا آخر غير ATMega16 ، فتأكد من قراءة ورقة البيانات بعناية قبل تغيير بايتات المصهر! بعد كتابة بايت الصمامات الصحيحة ، يجب إعادة تشغيل المكعب وبدء التشغيل بسرعة عادية مع تشغيل جميع المصابيح. استمتع بالمكعب الجديد: د

الخطوة 11: اذهب إلى الحجم الكبير - 8 × 8 × 8

بعد صنع هذا المكعب الرائع 4 × 4 × 4 ، صنعت أيضًا مكعبًا ضخمًا 8 × 8 × 8. سأقدم تعليمات لذلك عندما يكون لدي الوقت. في غضون ذلك ، انظر الصور:-)

يمكنك العثور على الإصدار 8x8x8 هنا: https://www.instructables.com/id/Led-Cube-8x8x8/ يرجى تقييم هذه التعليمات إذا كنت ترغب في ذلك!:)