Светодиодный кубический дисплей: 9 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

В этом проекте вы построите светодиодный куб 8x8x8 в качестве дисплея. После построения куба и изучения основ кода вы сможете писать свои собственные анимации отображения. Это отличный наглядный материал для научных целей и он станет красивым декоративным дополнением вашей комнаты! В процессе создания куба вы приобретете целый ряд базовых навыков в области электроники, что откроет путь для более сложных проектов в будущем.

Это мой индивидуальный проект по курсу электроники, он занял около пяти недель. Я тратил на этот проект 12 часов в неделю, и у меня был доступ к деталям и инструментам, которые обычно можно найти в лаборатории электроники колледжа. Было бы также полезно знать, что, даже если рабочая нагрузка не проста, практических навыков не требуется. Вместо этого вы получите много опыта и будете учиться на собственных ошибках.

Отказ от ответственности: я позаимствовал дизайн и код у Кевина Дарра (https://www.kevindarrah.com/?cat=99), который построил куб 8x8x8 RGB (таким образом, утроив работу!). Отображение формы сигнала - моя собственная работа. Я настоятельно рекомендую посмотреть все его светодиодные видео, прежде чем начинать проект! Они очень помогают понять, как все работает, что крайне важно для этого сложного проекта! Я дал краткие объяснения схемы и общей архитектуры при обсуждении схемных соединений и кода, так что не стесняйтесь сначала переходить к этой части, чтобы получить теоретическое понимание:)

Шаг 1: Список деталей

• одноцветные рассеянные светодиоды x512 с ~ 30 запасными частями (вы могли заметить, что я сам использовал три цвета. Первоначально это было разработано, чтобы помочь отражать амплитуду формы волны (например, красный означает более высокую амплитуду), но я неправильно спаял срезы, поэтому в конце концов я стал рассматривать их как одно и то же. Если вы все еще заинтересованы в создании цветовых вариаций в вертикальном направлении, пожалуйста, прочтите примечания к шагу вертикальных срезов:))
• Платы ПК, средний x7 и маленький x2 (Это те, которые доступны в моей лаборатории, но, пожалуйста, не стесняйтесь регулировать размер в зависимости от того, что вам легко доступно! Прочтите раздел схем для вашей справки. Я обнаружил, что для начинающих печатные платы без каких-либо соединенных полос более удобны, в основном потому, что вы можете добавлять и обрезать соединения по желанию. Отпаять может быть сложно!)
• Транзисторы NPN 2N3904 x72
• Резисторы 1к x 150
• Резисторы 100 Ом x 72
• P-канальные полевые МОП-транзисторы IRF9Z34 x8 плюс 8 прикрепляемых радиаторов
• Конденсаторы 100 мкФ x8
• 74HC595 регистры сдвига x9
• Arduino Uno + экран винта (я использовал комплект протоко-винтового экрана R3)
• Провод с изоляцией 8 цветов (настоятельно рекомендую использовать разные цвета! У вас будет много проводов рядом друг с другом, и цвета действительно помогают, когда мы проверяем схему).
• Источник питания 5 В 2,8 А (если предел тока источника питания выше 64 * (ток через 1 светодиод), он должен работать нормально:))
• клеммы проводов
• Разъемы Molex с 8 контактами и 6 контактами.
• Корпус для проводов Molex с 8-контактными и 6-контактными контактами (их количество будет отличаться в зависимости от размера вашей печатной платы и схемы, поэтому, пожалуйста, прочтите всю инструкцию (особенно часть схемы), прежде чем выбирать нужное количество:))
• Припой
• Голый медный провод (на всякий случай подготовьте 50 м)
• Большая деревянная доска (примерно 9 дюймов с каждой стороны)
• 12-дюймовые деревянные шпажки (необязательно; если вы найдете способ сделать прямые провода, они вам не понадобятся)
• скотч
• длинные ногти x16

Инструменты

• Паяльник
• кусачки
• плоскогубцы
• клеевой пистолет (необязательно; если вы найдете способ делать прямые провода, он вам не понадобится)
• щипцы
• зажимы радиатора x2 (зажимы аллигатора тоже подойдут)
• инструмент для зачистки проводов

Шаг 2: Создание светодиодных рядов

Прежде всего, проверьте все светодиоды! Я сделал макетную схему со светодиодом и резистором на 100 Ом. Затем я тестировал один светодиод за раз и добавлял его параллельно с другим светодиодом. Мы хотим выбросить 1) сломанные светодиоды, 2) светодиоды с анодом и катодом задом наперед (вы же не хотите просто «вспоминать», какой из них перевернут!) 3) светодиоды с диммером.

Затем мы сделали деревянное приспособление, которое также является моим последним креплением для куба. Просверлите сетку 8x8 с шагом 1 дюйм между центрами отверстий. Выбирайте сверла с диаметром чуть выше диаметра светодиодов, чтобы они могли входить в отверстия и оставаться прямыми. Мы прибили дополнительные деревянные планки по периметру, чтобы поверхность доски оставалась ровной (для доски мы использовали фанеру, так что она немного прогибается). Кроме того, это подняло области с отверстиями, так что светодиоды могли просунуть сквозь отверстия. Выберите одну сторону и поставьте два длинных гвоздя на одной линии с центрами отверстий. На эти гвозди привяжем провода.

Теперь мы можем приступить к созданию светодиодных рядов! Я не нашел эффективного способа сделать прямые провода, поэтому я только развязал провода с помощью деревянного бруска. Поместите проволоку поперек края блока; прижмите провод большим пальцем к одной стороне блока и протяните провод; край блока откручивает проволоку. Рекомендую надеть перчатку, чтобы защитить большой палец:(Поместите 8 светодиодов в этот ряд так, чтобы длинная «ножка», анод, была обращена в одном направлении. Мы собираемся припаять их на провод. Обратите внимание, что плоскость, образованная анодной ножкой и катодной ножкой, должна быть перпендикулярна линии провода, а катодная ножка должна быть далеко от провода. Привяжите провод к гвоздю и потяните за светодиоды, пока он не станет прямым и туго натянутым. Привяжите его к другому гвоздю. Отрегулируйте высоту провода (я заметил небольшую плоскую область на ножке светодиода и отрегулировал провод так, чтобы он касался этой области для всех светодиодов). Эта высота произвольна, но, пожалуйста, будьте последовательны. Имейте в виду: 1) разница в высоте вашего куба будет примерно 1 дюйм (так что провода не могут быть слишком высокими); 2) светодиоды могут сломаться под воздействием тепла паяльника (поэтому провода не могут быть слишком низкими) (хотя лично я не испытывал никаких проблем с этим). Теперь ваш провод должен касаться длинной ножки всех светодиодов, образуя крест. Припаяйте провод и анодные выводы, а затем обрежьте выводы.

В этом проекте я экспериментировал с двумя различными конфигурациями контактов пайки. Один из них представляет собой описанный выше перекрестный контакт, а другой - изгиб ножки светодиода таким образом, чтобы контактные провода были параллельны. Теоретически параллельные контактные соединения более устойчивы к нагрузкам, но, учитывая яркость светодиодов, поперечные соединения, вероятно, не так опасны. Вы получите много практики пайки проводов и ножек светодиодов, так что не стесняйтесь экспериментировать с разными техниками! Я использовал паяльник с плоским жалом и лично считаю, что он обеспечивает лучший контроль над припоями и большую площадь поверхности теплового контакта.

После пайки используйте макетную плату для проверки светодиодов, чтобы проверить соединения (важно). Подсоедините положительный провод к проводу, а отрицательный провод пропустите через короткие ножки светодиода. Они все должны загореться! После того, как мы проверим, все ли они в порядке, осторожно нажмите на светодиоды снизу платы, чтобы вывихнуть их, и продвиньте провод вверх по гвоздям. Вы можете обрезать закрученные концы, но определенно сэкономьте немного длины!

Что делать, если мой светодиод не загорается?

Первое, что вы можете проверить, - перевернули ли вы катод и анод. Затем попробуйте подсоединить положительный провод к ножке светодиода вместо всего провода. Если ваш светодиод загорается таким образом, вы можете повторно припаять светодиод. Если ваш светодиод по-прежнему не загорается, замените его другим.

Нам нужно сделать 64 таких светодиодных ряда:)

Шаг 3: припайка вертикальных ломтиков

Предварительный просмотр: все аноды в каждом слое подключены, и все катоды в каждом вертикальном столбце подключены. Теперь нам нужно сделать вертикальные срезы. Помните два гвоздя, которые мы вставляли в плату, чтобы связать провода? Теперь вставьте еще 14 таких же деталей:) (Внимание: хорошо подпилите кончики ногтей! Вы будете часто прижимать пальцы к этим кончикам.)

Теперь поместите на плату 8 рядов светодиодов и убедитесь, что их ножки смотрят в одном направлении. Учтите, что проволока должна быть параллельна рядам гвоздей! Надавите на светодиоды так, чтобы все они находились на одной высоте. Если некоторые из светодиодов продолжают выскакивать (возможно, из-за кривизны вашего провода), приклейте концы скотчем к плате. Теперь проведите проволоку по гвоздям, как раньше. Я мог только смотреть на провода, чтобы они были примерно на одной высоте, но это нормально, потому что вам действительно важно, чтобы светодиоды были на одной высоте.

Припаяйте катодные выводы к проводам. Вы заметите, что здесь я использовал конфигурацию пайки с параллельными контактами, и я обнаружил, что она более прочная и лучше выглядит, чем поперечные соединения, но это отнимает больше времени, потому что вам нужно 1) согнуть провода плоскогубцами; 2) следите за тем, чтобы изогнутый участок касался основного провода; 3) согните эту секцию, чтобы она была на нужной высоте, потому что ваш паяльник будет входить под углом, и вам нужно, чтобы паяльник касался обоих проводов одновременно.

Если вы хотите использовать разные цвета на разных слоях…

Убедитесь, что каждый из ваших кусочков отражает цветовую схему. Например, если я хочу, чтобы три верхних слоя были желтыми светодиодами, два средних слоя - оранжевыми светодиодами, а три нижних - красными светодиодами, я размещу три столбца желтых светодиодов, два оранжевых и три красных в указанном порядке.. Убедитесь, что порядок цветов и ориентация светодиода одинаковы для всех восьми срезов!

Используйте макетную плату, чтобы проверить все светодиоды в каждом срезе. Здесь определенно легче перепаять, когда светодиоды закреплены, а не в воздухе.

Если ваши провода не прямые сами по себе, НЕ ОТРЫВАЙТЕ кусок от гвоздей! Прочтите следующий шаг

Если у вас уже есть прямые провода, аккуратно нажмите на светодиоды снизу и снимите ломтик с гвоздей. Пока не обрезайте концы:)

Шаг 4: поддержка вертикальных срезов

Если ваши провода имеют некоторую кривизну, как у меня, мы можем зафиксировать их на плоской плоскости, добавив жесткую опору по периметру. Я выбрал 12-дюймовые деревянные шпажки, потому что они легко доступны на Amazon. Я приклеила шпажки по периметру и добавила небольшие кусочки по углам, чтобы усилить каркас. Подробности смотрите на фотографиях. Обратите внимание, что только две шпажки полностью прикреплены к проволоке, а две другие шпажки находятся над всей сеткой. Я рекомендую сначала протестировать раму без углов. Я обнаружил, что очень короткие стержни мешали светодиодам, когда я складывал ломтики, и клеевые соединения, вероятно, достаточно прочные, чтобы удерживать светодиодную сетку в любом случае. Если сетка все еще немного вздувается, нажмите на две несклеенные стороны и приклейте проволоку к шпажкам в нескольких точках. Пока не обрезайте свободные концы! В частности, держите шампуры достаточной длины на той стороне, которая будет внизу куба, чтобы светодиоды не попадали в пол.

Шаг 5: Сборка куба

Теперь, когда у нас есть срезы, мы можем сделать куб! Мне было проще сложить их, чем склеивать вертикальные срезы вместе, но если у вас есть соавтор, не стесняйтесь импровизировать! Чтобы избежать ошибок, сначала приклейте ломтики к другому набору шампуров, а потом добавьте соединительные провода. Как вы видите на фотографии, я приклеил четыре шпажки по углам, чтобы помочь выровнять и поддержать слои. Имейте в виду, что в идеале слои должны находиться на расстоянии 1 дюйма друг от друга. Я обнаружил, что мои светодиоды опираются на деревянную раму из предыдущего слоя, поэтому мне не нужно держать их, пока склеивают, но если ваши кусочки лежат на более низкой высоте, сотрудник или несколько деревянных полос (см. Фото) помощь. Перед тем, как склеить дольки, убедитесь, что их ориентация правильная! Вы хотите, чтобы концы катода и анода указывали в одинаковых направлениях. Также проверьте ориентацию светодиодов.

ОЧЕНЬ важно, чтобы светодиоды загорались при укладке каждого слоя! Когда вы все соберете, будет практически невозможно добраться до центра куба.

Вы могли заметить, что мои деревянные рамы не обязательно совпадают друг с другом, но если вы посмотрите на светодиоды, они будут лучше совмещены! Поскольку мы будем видеть этот куб в темноте, смещение рамки допустимо.

Затем используйте дополнительные провода, чтобы припаять анодные выводы на одном уровне вместе. Если вам трудно удерживать провода там, попробуйте «сплести» провод через выводы (чередуйте пути, по которым провод пересекает выводы, сверху и снизу). Ничего страшного, если эти провода не совсем прямые, потому что основная светодиодная структура уже установлена, а боковые провода не очень видны, когда мы включаем светодиоды.

На всякий случай (мы бы предпочли ошибиться в осторожности, да?), Проверьте все светодиоды еще раз. На этом этапе, если один из огней в центре куба не загорается, я не уверен, есть ли простой способ решить эту проблему: (Однако, если вы тщательно проверяли светодиоды, когда вы складываете слои, светодиоды все еще должны быть в порядке.

Теперь мы можем обрезать излишки проволоки со всех сторон, кроме нижней. Теперь мы можем временно убрать куб! Поздравляю! Теперь мы прошли более половины пути:)

Шаг 6: Подключение цепей

Пожалуйста, прочтите схемы в формате pdf, прежде чем размещать элементы схемы на печатных платах. Эта схема предназначена для куба RGB Кевина Дарра, и, поскольку в нашем кубе есть одноцветные светодиоды, наша рабочая нагрузка на самом деле составляет только треть от этого (в частности, у нас есть треть катодных элементов управления). Я настоятельно рекомендую поместить все элементы схемы на печатные платы, чтобы сначала проверить расстояние. Дайте себе больше места для работы, особенно с платами регистра сдвига и платами управления анодом. Затем выгрузите компоненты схемы и припаивайте только несколько компонентов за раз, так как паять легче, если не будет мешать такое количество выводов компонентов схемы.

анодные и катодные цепи

Наша схемотехника такова, что когда на входе схемы анода и схемы катода оба напряжения 5 В (или ВЫСОКОЕ), светодиод включается. Давайте сначала рассмотрим схему анода. Когда входной сигнал ВЫСОКИЙ, транзистор быстро насыщается, и напряжение коллектора падает почти до 0, что означает, что затвор полевого МОП-транзистора переходит в низкий уровень. Поскольку источник полевого МОП-транзистора подключен к напряжению 5 В, НИЗКОЕ значение на затворе означает, что напряжение стока установлено на ВЫСОКОЕ. Конденсатор на источнике помогает поддерживать стабильность системы.

Когда управляющий вход катода находится в состоянии ВЫСОКИЙ, транзистор снова насыщается, и напряжение коллектора падает до 0 В. Вывод коллектора подключается к светодиоду через токоограничивающий резистор. Вы можете выбрать резистор, ограничивающий ток, в зависимости от свойств вашего светодиода. Поскольку я использую красный, оранжевый и желтый светодиоды, я использовал 100 Ом. Мы видим, что теперь положительная сторона светодиода поднята высоко, а отрицательная сторона опущена, и светодиод загорается.

Поскольку у нас есть 64 катодных вывода (каждый столбец) и 8 анодных выводов (каждый слой), нам нужно 64 набора катодного контроля и 8 наборов анодного контроля. Я рекомендую, чтобы полные наборы из 8 элементов управления были на одной плате, поскольку каждый регистр сдвига подключается к 8 элементам управления, и это кажется более организованным, если 8 соединительных проводов идут в одно и то же место. Будьте осторожны, не переполняйте доски! Мы собираемся проложить много проводов, поэтому убедитесь, что у вас достаточно места! Припаиваем все компоненты к плате. Один из способов повысить стабильность вашей рабочей поверхности - это припаять компоненты одинаковой высоты (например, припаять транзисторы после пайки всех резисторов, чтобы они не выпали). Для каждого набора из 8 цепей управления катодами обязательно припаяйте один 8-контактный разъем, который выводит данные на светодиодный куб.

Из схемы это не очевидно, но там, где есть транзистор, нам нужно подключить его к GND и 5V

схемы регистра сдвига

Регистры сдвига соединены между собой 6 проводами. Они подключены параллельно для 5V, GND, CLOCK, LATCH и BLANK, и последовательно для DATA. При подключении проводов убедитесь, что катодные регистры сдвига находятся в конце последовательности, потому что ДАННЫЕ всегда идут в самый конец последовательной линии. По сути, Arduino отправляет строку двоичного кода, которая течет по соединению линии DATA. Затем двоичный код разбивается на 8 бит на регистр сдвига. Затем 8 выводов регистра сдвига подключаются к набору из 8 элементов управления катод / анод. 5 В питает весь куб, и, поскольку у нас одновременно горит максимум 64 светодиода, убедитесь, что общий ток не превышает предел вашего источника питания. Другие контакты в основном контролируют, когда данные попадают в регистры сдвига и когда данные передаются в элементы управления схемой из регистров сдвига. Убедитесь, что каждый регистр сдвига имеет свой собственный 8-контактный заголовок, а каждая плата регистра сдвига (кроме последней) имеет 6-контактный заголовок, через который провода 5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK и DATA могут идти к следующая плата регистра сдвига.

Схема Arduino

Схема у Arduino очень проста. По сути, у нас есть 6 проводов, выходящих из Arduino (5V, GND, CLOCK, LATCH, BLANK и DATA). Убедитесь, что ваш провод GND подключен к GND Arduino (на самом деле, все GND в этом проекте должны быть подключены), а ваш провод 5V - нет! Обратите внимание, что Arduino на схеме Дарры на самом деле показывает клеммы микросхемы ATMEGA. См. Одно из изображений, прикрепленных к соответствующим клеммам между чипом и Arduino.

Мы использовали винтовой экран, чтобы не пропускать провода напрямую в Arduino. Детали, которые вам нужно припаять к экрану винта, - это контакты штабелируемого заголовка для цифровых портов, 1 6-контактный разъем и 1 2-портовая клеммная колодка. Вы можете добавить еще один ряд выводов заголовка на другой стороне для баланса. (Обратите внимание, что синие клеммные колодки, показанные на рисунках, на самом деле ничего не делают). Припаивать по схемам. Важное примечание: на всякий случай подключите клемму 5 В на 6-контактном разъеме к 5 В источника питания (это зеленая клеммная колодка), а НЕ 5 В на Arduino. Таким образом, ваш Arduino питается от вашего компьютера, а все 5 В в вашей цепи питаются от источника питания. Тем не менее, соедините все GND вместе. По картинке вы можете сказать, что я припаял контакт GND 6-контактного разъема и контакт GND клеммной колодки к полосе GND на крышке винта.

Хотя я не знаю способов проверить схемы сдвигового регистра, мы можем и должны проверить схему управления анодом и катодом с помощью макета. Подробности смотрите на фотографиях. В основном, мы подключаем входы платы ко всем 5В. Затем мы можем использовать мультиметр для проверки выходных напряжений. Мы обнаружили, что выходное напряжение анодных элементов управления составляет всего около 4 В, но это ожидаемое последствие от полевого МОП-транзистора.

Советы по подключению:

• Не экономьте на длине соединительных проводов между платами! У вас будет много плат и много проводов, и будет проще устранять неисправности, если платы будут хорошо разделены.
• Используйте разные цвета, чтобы различать, какой провод какой. Это очень важно, особенно с учетом того, сколько проводов вам понадобится. Затем мы вставляем эти провода в корпус для проводов в фиксированной последовательности. Используйте хороший обжимной пресс, чтобы надежно закрепить клеммы проводов.
• Соблюдайте правила использования разъемов и корпуса проводов! В моем проекте для определенной платы все входы поступают из корпусов проводов, а выходы выходят через заголовки.
• Поскольку клеммы заголовка расположены довольно близко друг к другу, будьте осторожны, чтобы не спаять провода вместе, особенно если вы относительно неопытны в пайке, как я! Уловка, которая мне показалась полезной, заключалась в том, чтобы надавить на провод паяльником, чтобы расплавить припой, затем с помощью плоскогубцев зажать жилы в проводе вместе и протолкнуть провод ближе к клемме заголовка. Уберите паяльник, и паяльное соединение очень скоро должно остыть и сохранить форму.

Шаг 7: Установка куба

Вместо того, чтобы продеть жесткие катодные выводы через 64 отверстия, что на практике довольно сложно, мы можем сначала припаять провода к выводам, а затем протянуть провода через отверстия. Чтобы провода выходили из-под монтажной платформы, просверлите 9 отверстий сбоку от крепления (8 для катода и 1 для анода).

Во-первых, обрежьте шампуры примерно одинаковой длины. Обрежьте катодные выводы так, чтобы они были почти на той же высоте, что и шпажки. Теперь согните поводок плоскогубцами, чтобы получился крючок. Зачистите примерно полдюйма проволоки и тоже согните ее. Соедините поводок и провод вместе и закройте крючки плоскогубцами. Это обеспечивает хороший контакт между проводом и выводом и освобождает руки для пайки. Обязательно установите зажим радиатора перед ближайшим паяным соединением светодиода, чтобы это паяное соединение не оторвалось от нового нагрева. Если у вас нет зажимов для радиатора, зажимы из крокодиловой кожи тоже подойдут.

Хорошей практикой является проверка соединений (я измерил сопротивление паяного соединения) после того, как вы закончите пайку каждого слоя, хотя я обнаружил, что метод «крючка» дает действительно прочные паяные соединения.

Теперь проденьте провода в отверстия. Осторожно потяните за провода и нажмите на монтажную платформу, чтобы она коснулась шпажек. Пропустите каждый набор из 8 проводов через одно отверстие на стороне монтажной платформы и закрепите связку с помощью куска изоленты. Поскольку четыре стороны куба эквивалентны, не имеет значения, по какой стороне вы группируете провода. Я предлагаю заранее сделать на них клеммы для проводов, чтобы можно было быстро собрать корпус для проводов.

Для анодных соединений припаяйте по одному проводу на каждый уровень и проденьте его через одно из отверстий. Вам понадобятся два зажима радиатора, чтобы предотвратить плавление соседнего паяного соединения.

После того, как вы установите куб, проверьте каждый светодиод еще раз, чтобы убедиться, что они в порядке.

Подсказки:

Не экономьте на длине провода! Я думаю, что мои провода легко достигают 12 дюймов в длину, но они все же оказываются немного короче.

Теперь вы готовы все подключить и запустить куб!

Шаг 8: Код и мультиплексирование

Из-за короткого времени работы над проектом я позаимствовал код Дарры и внес в него лишь незначительные изменения. Прикрепляю ту версию, которую использовал. Он сделал отличные комментарии к своему коду, и я рекомендую прочитать их, чтобы лучше понять, как он работает. Здесь я опишу две ключевые особенности его кода: мультиплексирование и модуляцию битового угла.

Мультиплексирование

Все проекты светодиодных кубов, о которых я читал, используют мультиплексирование, и это метод, который позволяет нам управлять индивидуальным светом. При мультиплексировании одновременно горит только один слой светодиодов. Однако, поскольку слои циклически меняются с очень высокой частотой, изображение «остается» в нашем поле зрения на некоторое время, и мы думаем, что свет все еще присутствует. В программном обеспечении мы переводим один уровень в ВЫСОКИЙ за один раз, а все другие слои в НИЗКИЙ, поэтому только светодиоды в этом слое могут загореться. Чтобы определить, какие именно из них загораются, мы использовали регистры сдвига, чтобы контролировать, какой из 64 катодов находится в ВЫСОКОМ состоянии. Перед тем, как осветить следующий слой, мы устанавливаем анод этого слоя на LOW, чтобы никакие источники света в этом слое не могли загореться. Затем вытягиваем анод следующего слоя на ВЫСОКИЙ.

Битовая угловая модуляция

Метод BAM позволяет нам управлять яркостью каждого светодиода по шкале от 0 до 15. Если вам не нужно изменение яркости, вам не нужно этого делать. По сути, у нас есть четырехбитный элемент управления, и этот элемент управления соответствует 15 циклам перехода от нижнего уровня к верхнему (помните, что для мультиплексирования мы освещаем каждый слой за раз?). Если мы запишем 1 в первый бит, этот светодиод загорится, когда мы впервые перебираем слои. Если мы запишем 1 во второй бит, этот светодиод загорится на следующие два цикла. Третий бит соответствует следующим 4 циклам, а четвертый соответствует следующим 8 циклам (так что у нас 15 циклов в полном наборе). Скажем, мы хотим установить яркость светодиода на 1/3 от его полной яркости, что составляет 5/15. Для этого мы записываем 1 в первый и третий бит и 0 в два других, так что светодиод загорается для 1-го цикла, гаснет для следующих двух, горит для следующих четырех и гаснет для следующих 8. Поскольку мы проходим через это так быстро, наше зрение «усредняет» яркость, и мы получаем 1/3 полной яркости.

Светодиодный куб как индикатор волновых функций?

Одна из возможностей, о которой мы думали в начале этого проекта, заключалась в том, чтобы использовать этот дисплей для отображения волновых функций частиц в квадратной рамке. Я написал метод в коде Arduino, который отображает основное состояние и первое возбужденное состояние, но оказалось, что разрешение не совсем адекватное. Основное состояние кажется прекрасным, но первое возбужденное состояние требует некоторой интерпретации. Однако, если вы прищурились, вы можете сказать, что функция выглядит как одна выпуклость, когда вы смотрите на нее с одного направления, и она выглядит как полный цикл синусоидальной волны, если вы смотрите с другой стороны. Вот как должна выглядеть амплитуда волновой функции! Поскольку даже первое возбужденное состояние требует некоторой ретроспективной интерпретации, я не кодировал другие, более сложные.

Шаг 9: Тестовые прогоны

Поздравляю с завершением куба! Теперь попробуйте написать свою собственную функцию отображения и поделитесь своей работой с семьями и друзьями:)

После того, как ваш куб заработает правильно, заклейте обратную сторону печатных плат непроводящей лентой, так как теперь все соединения открыты, и они могут закоротить друг друга.