Светодиодный куб с Arduino: создаем Arduino

Mar 18, 2024

Здесь мы предлагаем проект, который очарует вас своей игрой света, еще более завораживающей в темноте, основанный именно на светодиодах; точнее, матрица монохроматических светодиодов в трех измерениях, расположенных в пространстве в форме куба.

Это что-то поразительное и в то же время простое, доступное даже самым маленьким и тем, кто впервые знакомится с электроникой; добавьте к этому тот факт, что для его реализации не требуется создавать печатную плату, поскольку соединения структуры куба выполняются путем пайки выводов светодиодов между собой, а подключения выводов к блоку контроллера можно настроить через матричная макетная плата.

Структура куба состоит из четырех уровней (слоев) светодиодов, спаянных между собой после соответствующего изгиба их выводов и расположения их с правильной полярностью. Каждый уровень состоит из 4 рядов, которые, в свою очередь, состоят из 4 светодиодов, всего по 16 светодиодов на слой; таким образом, куб состоит всего из 64 светодиодов. Все это управляется платой Arduino Nano через соединения, выполненные с использованием проводов, по которым подается питание, и припаяны к матричной плате с несколькими отверстиями. Прошивка определяет, какие светодиоды в кубе будут светиться, а какие нет, создавая световые эффекты путем их мультиплексного управления. Тогда нашему проекту светодиодного куба потребуются следующие элементы:

Мы загрузим в плату Arduino прошивку, которую мы специально написали и затем предоставили вам внизу этой страницы. Электрически схема подключения показана на рисунке.Рисунок 1 , что указывает на соответствие между линиями Arduino Nano и рядами светодиодов. Точнее, в скобках указывается ряд и количество светодиодов: например, (1, 2) означает, что соответствующий вывод Arduino должен быть подключен ко второму светодиоду ряда 1; именно поэтому на схеме такие пары чисел обозначены как Y, X.

Вместо этого каждый слой из 16 светодиодов соответствует Z и должен быть подключен к контактам A0 (A), A1 (B), A2 (C) и A3 (D). Обозначение Z более чем уместно, поскольку слои расположены вертикально, то есть точно по оси Z, а X и Y — это ширина и глубина куба, определяемая столбцом. Эти связи легче понять, посмотрев на рисунок. 2, где показано пространственное расположение светодиодов и поясняются соединения пар цифр, показанных на рисунке 1.

Каждое соединение с входом/выходом Arduino управляет анодом светодиодов, а катоды соединяются между диодами каждой плоскости и подключаются к линиям A, B, C, D, которые переключаются на низкий логический уровень. Итак, что касается аппаратного обеспечения, каждый столбец нашего куба подключен к площадке ввода-вывода на плате, так что к каждому выводу подключено 4 светодиода; но поскольку наш Arduino Nano имеет только 14 цифровых контактов, нам придется преобразовать 2 аналоговых контакта в цифровые, чтобы мы получили 16 цифровых контактов (13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4). , 3, 2, 1, 0, A5, A4), что позволит нам включить или выключить нужный нам столбец.

Ту же процедуру мы применили к 4 уровням, к которым подключили 4 контакта (А3, А2, А1 и А0): каждый пин управляет одним уровнем, так что путем совмещения выбора (включения) определенного уровня (слоя) ) выбрав конкретный столбец среди вышеупомянутых 16, мы сможем указать Arduino, какой светодиод включить, а какой выключить. Используя этот трюк, мы сможем реализовать этот проект всего с 20 контактами ввода-вывода, что было бы невозможно, если бы мы подключили светодиод к каждому контакту, поскольку в этом случае нам потребовались бы 64 контакта и, очевидно, маленького Arduino Nano было бы недостаточно. Подводя итог, для независимого управления каждым светодиодом разделим куб на уровни (по горизонтали) и столбцы (по вертикали). Каждый светодиод, размещенный на одном уровне (поле), будет иметь общий катод (-) с другими светодиодами на том же уровне, в то время как вместо этого каждый светодиод, помещенный в одну и ту же колонну, будет иметь общий анод (+) с другим светодиодом. Светодиоды в одном столбце. Всего будет 4 контакта для управления, которые будут использоваться для выбора плоскости, на которую будет подано питание, и 16 анодов, которые будут питать отдельные столбцы. Когда нам потребуется включить тот или иной светодиод, нам придется убедиться, что его плоскость приведена в логический ноль, а столбец, которому он принадлежит, активен, то есть приведен в логическую единицу.