如何制作Arduino LED立方体

如果您已经涉猎了一些Arduino初学者项目，但是正在寻找一些永久性的东西，并且在其他方面都很棒，那么不起眼的4 x 4 x 4 LED立方体是自然的选择。构造比您想像的要容易得多，并且使用多路复用，我们可以仅通过单个Arduino Uno板直接控制所有LED。这是一个很好的焊接方法，组件的总成本不应超过40美元。

今天，我将详细说明事物的构造方面，并提供一些可在其上运行的软件两者看起来都令人印象深刻，并教会了您一些基础知识。

您将需要

一个 Arduino 。提供的代码假定使用Arduino Uno，但也可以调整为更大的型号。

64个LEDs –确切的选择取决于您，但是我使用了这些超亮的3mm蓝色LED（ 3.2v 30ma ）@ 50颗2.64英镑。

16个电阻，适合您的LED。对于上面的LED，99便士购买了其中的100个。使用ledcalc.com –输入5v作为电源电压，LED的电压（在本例中为3.2）和以毫安为单位的电流（3.2）。您所需的电阻器将显示在标有“最近额定值最高的电阻器” 的框中，然后只需在eBay上搜索该值即可。

一些工艺线为了加强基本结构和装饰–我使用了 0.8mm 的厚度。

某种类型的原型板，您可以将所有钻头焊接到该板上。我使用的是没有履带切割机的履带，但没有完整的履带，但要使用适合自己的履带。不过，除非您将LED确实挤在一起，否则Arduino原型屏蔽罩会有点太小。

随机组件线 –某些网络电缆线和套件中的一些原型线会正常工作。

鳄鱼夹或“伸出援助之手”对于将钻头固定在位非常有用。

烙铁和焊料。

一些废木材。

一个钻头，大小与您的LED相同。

注意：本教程中的3D绘图已完成在几分钟内使用TinkerCAD。我遵循了由用户 forte1994 详细描述的Instructables的现有构建，您可能还想在尝试此操作之前通读它。

请务必通读所有这些说明。 首先，然后再自己尝试。

设计原理

在开始构建之前，重要的一点是，全面了解该事物的原理这样可以使您在进行过程中即兴发现错误。有些LED立方体为每个LED使用一个输出引脚-但是在4x4x4立方体中，需要 64引脚-我们在Arduino Uno上当然没有。一种解决方案是使用移位寄存器，但这不必要地复杂。

为了仅用20个引脚控制所有这些LED，我们将使用一种称为多路复用的技术。通过将立方体分成4个单独的层，我们只需要16个LED的控制引脚-因此要点亮特定的LED，我们必须激活该层和控制引脚，总共需要16 + 4个引脚。每层都有一个公共阴极-电路的负极-因此所有的负极都连接在一起，并连接到该层的单个引脚上。

在阳极上（正）侧，每个LED将连接到其上方和下方的层中的相应LED。本质上，我们有16列正极，而4层负极。以下是一些连接的3D视图，可帮助您理解：

构造

由于我们不会使用完整的金属结构进行焊接，因此我们希望LED的所有支脚重叠大约四分之一，并为结构提供刚性。如图所示，将LED的阴极折叠-头部有平坦凹口且腿较短的一侧。 （向左或向右弯曲并不重要，只要您保持一致并且它永远不会碰到阳极即可）

该项目的第一个关键部分是制作木制夹具。在将脚焊接在一起时，这将固定一层LED，因此它需要准确且不要太松。使用与LED相同大小的钻头进行测量，然后钻出一个4×4的等量孔矩阵。请记住，您希望四分之一的腿与其邻域重叠，并使用实际的标尺。检查每个孔，以确保LED可以紧密贴合，但又不能太紧，以致无法再次取出，否则在尝试去除完全焊接的层时会遇到问题。

焊接4行LED的阴极。小心不要烧坏LED –您想要一个好的铁烙铁，并且要进出。这是我完成的前四行。

现在，为了增强层的刚度，将两条直的工艺线切割并焊接到任一端，确保它们与每一行连接。这是您完成的第一层。

现在将是测试的绝佳时机–只需加载默认的Arduino眨眼应用程序，并连接一个电阻器，将地线放在层框架上即可。 ，然后依次将正极导线按到每个LED。

希望它们都将点亮。如果不是，请确保您不只是在某个地方错过了一个焊点，并且如果需要的话，请更换LED。

从夹具中移除该层，并重复该过程 3次以上 》。

请放心，如果您的焊接效果不理想–只要它不会断裂且连接牢固，就不会影响最终产品。我承认，我的焊接非常无望，我的夹具没了，而且都像比萨斜塔。尽管如此，我还是为完成的立方体感到骄傲，并且当LED点亮时，无论如何您都不会去看焊点！

接合层

一旦有了4个完成的图层，您需要将所有垂直分支连接在一起。我发现这是构建过程中最困难的部分，为了帮助我从卡上切下转接卡。

适当的高度，但是很多腿仍然无法完美对齐–为此，我使用了一些鳄鱼夹将它们固定在适当的位置。

要避免的第一个愚蠢错误

只有在完成一个完整的层之后，我才意识到我的卡片提升卡被卡在适当的位置，所以我不得不将其切掉！不要犯与我相同的错误–将转接卡的侧面较长，并在多维数据集的外部连接卡片，因此，当您完成该层时，可以解构转接卡并将其拔出。/p》

要避免的第二个愚蠢错误

显然，请勿将垂直脚焊接到阴极框架上。垂直支脚只能连接到其他垂直支脚，而不能连接其他任何支脚。

同样，在连接好每一层后再进行测试。测试所有的层，实际上，仅使正极引线接触最上层的尖端，从而确保所有层之间都具有良好的接触。

将所有4层焊接在一起时，我开始清理一下–我以一种垫脚石的方式让每一条腿伸出每一层，然后将其放到板上。切掉了金属框架和腿的其他多余部分。显然，不要切掉任何垂直的分支，我们需要将其放入原型开发板中。

固定到板上

还记得当我说将每一层固定到自身是最困难的部分吗？我撒了谎。试图将16个LED支脚安装到原型板上的小孔中实际上比较困难。我发现最简单的方法是一次戳4个，用鳄鱼夹将其固定在下面，然后移至下4个行。如果有帮助，请使用记号笔提前标出间距。

《回想起来，实际上，我会先将电阻器放置在原型板上。照原样，我先将立方体的所有支脚焊接到电路板上，然后尝试将电阻器之间的电阻精细地挤压。从我的错误中吸取教训，然后将电阻放在首位。

我试图以步进方式将它们均匀地隔开，这样我就可以将立方体的整个侧面用于与Arduino的所有最终连接。这是我使用的电路图：

对于四个负极层，我从每一层上放下一根电线，然后将它们拉到最后，像这样：

最后，我添加了一些插头线，然后可以将它们插入相关的Arduino引脚中。使用最长的一种。注意由于规划不佳，我在一些地方弄乱了订单。不过，每排LED都有颜色编码。

就是这样。完成！

对多维数据集进行编程

我知道您迫不及待想把这个东西放起来，所以插入4负层进入模拟I/O 端口 A2（底层）到 A5（顶层） （这些也可以用作数字I/O）。然后插入16个LED控制引脚，从最右边的 +1 到数字I/O 端口0 ，使用 +15 和 +16 进入模拟 A0和A1 。 （不要使用AREF和GND）

从有指导性的用户 forte1994 《下载演示模式和代码。他还提供了一个有用的在线工具，用于设计字节模式以自定义您自己的序列。这是在我的立方体上运行此代码的视频（我将速度调整为5，而不是默认的20）。

这不是编程您的唯一方法当然，我想花点时间教您一些以编程方式制作自己的图案的基本知识，而不是像上面的演示那样回放预设的图案。

尝试对多维数据集进行编程时，您应该了解以下几点：

要寻址单个LED，请使用编号为0-3的 plane （层）， LED引脚号为0-15。将平面转为LOW输出（因为这是负脚），将LED引脚号转为HIGH（正脚），以激活LED。

激活单个LED之前，请确保所有其他平面均处于关闭状态–这意味着将它们设置为HIGH输出。否则，将导致一列LED点亮，而不是单个LED点亮。

鉴于此，我已经编写了两个非常简单的编程序列供您检查–下载这里的代码。第一个简单地依次依次点亮每个LED。为此，我们使用两个for循环，在每个层和每个控制引脚上进行迭代。

第二个是随机循环（您需要注释掉第一个并在主循环中启用它以对其进行测试）。它只是选择一个随机层和一个随机控制引脚，以使它们不断闪烁。

责任编辑：wv