Куб из светодиодов – эффектная поделка

Ценители всевозможных девайсов, новинок и гаджетов, радиолюбители и все, кто просто любит собирать что-то своими руками, смогут по достоинству оценить куб из светодиодов.

В идеале устройство позволит выводить любые 3D-изображения, анимированные объемные фигуры и движущиеся объекты. Естественно, все это ограничено размерами самого куба.

При реализации задуманного остановить может лишь один важный фактор – светодиоды будут переключаться в требуемом порядке только при установке соответствующего режима. Запрограммировать поведение устройства можно с помощью микроконтроллера, для тех же, кто не имеет тесного знакомства с Ассемблером, можно подобрать готовую схему.

Элементы для сборки куба

Первым делом следует выбрать размеры куба. Один из наиболее популярных вариантов – 8х8х8 – требует 512 светодиодов. Не менее эффектно смотрятся и самоделки поменьше: 3х3х3 – 27 шт., 4х4х4 – 64 шт. или 5х5х5 – 125 шт. соответственно. Известно, что чем больше элементов в схеме – тем труднее заставить её работать как следует, поэтому начинать рекомендуется со сборки сравнительно небольшого куба из светодиодов.

Можно смело сказать, что конечный результат напрямую зависит от выбора типа и оттенка светодиодов. Матовые не только смотрятся более эффектно, но в отличие от прозрачных не засвечивают своих соседей и не создают ложного эффекта свечения на выключенных диодах.

В данном примере будет рассмотрен куб 5х5х5, состоящий из 125 прозрачных зеленых светодиодов. Для сборки также потребуются:

• 25 резисторов с номиналами 150-220 Ом;
• 5 резисторов с номиналом 2,2 кОм;
• 5 конденсаторов с емкостью 0,1 мкФ (монтируются по питанию триггеров);
• ещё 2 конденсатора на 22 пФ и 1 на 100 мкФ (ставится по питанию, иначе схема не заработает);
• контроллер Atmega16;
• кварц 12-16МГц;
• 5 триггеров (в данном случае — 74hc574);
• 5 транзисторов (в данном случае — BC558).

Перед началом работы нужно также продумать основу для куба, вооружиться всеми необходимыми инструментами.

Этапы сборки куба

Когда все элементы подготовлены, чертеж продуман, все предварительные этапы завершены, можно приступать непосредственно к проектировке куба.

• Разработка чертежа.

  На листе бумаги расчерчивается поле для будущих светодиодов в виде матрицы 100х100. Для удобства расстояние между кружками можно взять в 2 см, а диаметр окружностей – 5мм. Готовый чертеж распечатывается и приклеивается к рабочей поверхности (деревяшке). Под каждый из светодиодов следует проделать соответствующее отверстие.

• Подготовка светодиодов.

  Один из выводов – катод (-) следует изогнуть, а анод расположить под прямым углом.

• Сборка первого этажа.Катод нужно оставить торчащим вверх, а анод припаять к ножке соседнего светодиода. В итоге получается конструкция с общим «+», которая и послужит первым этажом светодиодного куба. Усилить конструкцию можно с помощью дополнительного проводника, прикрепленного с левой стороны.
• Сборка остальных этажей.Собирать остальную конструкцию можно по аналогии с предыдущим этапом.
• Объединение конструкции.Один из наиболее ответственных моментов сборки – объединение конструкции. Каждый этаж соединяется со следующим и припаивается. Основой для макета послужил стеклотекстолит размером 100х100 с фольгированной поверхностью. Места спайки светодиодов вытравливаются.

Схема: особенности и величины

«Сердце» схемы – микроконтроллер Atmega16(Atmega16A-16PU). Выбор рабочей частоты повлияет на то, как будет функционировать весь собранный куб. Если при 12 МГц можно наблюдать отличную работоспособность, то при повышении до 16 МГц светодиоды будут переключаться значительно быстрее.

Понять расстановку элементов и их функции можно лишь после изучения логики схемы. Входы триггеров подключены параллельно.

Работу куба следует рассматривать на примере:

Допустим, что следует включить светодиод с матричными координатами D 2.1 (1 светодиод, 2 этаж). При этом светодиоды D1.1-D5.1 (на 1-5 этажах) должны оставаться выключенными. На порту должно быть выведено значение PORTC.0=0, так как именно оно в этом случае отвечает за включение диода.

На входе триггера значение равняется нулю, а на выходе – не меняется. Для его перемены требуется подача импульса на вход CLK. То есть на ножке PA1 должны быть поочередно выведены логический ноль и логическая единица. Когда все катоды DA1.1-DA5.1 подключаются к земле, чтобы загорелся выбранный ранее светодиод с обозначением D2.1 нужно, чтобы заработал именно 2-й этаж. Для этого открывается транзистор Q2 и на PD6 выводится логический ноль.

Можно использовать готовые варианты прошивки (в интернете их предостаточно) или продумать собственные варианты режимов работы куба, хотя большинство возможных вариаций уже было реализовано. Сборку устройства нельзя назвать легкой или быстрой, но результат с лихвой окупает и потраченное время, и все приложенные усилия.