如果您已經(jīng)涉獵了一些Arduino初學(xué)者項(xiàng)目，但是正在尋找一些永久性的東西，并且在其他方面都很棒，那么不起眼的4 x 4 x 4 LED立方體是自然的選擇。構(gòu)造比您想像的要容易得多，并且使用多路復(fù)用，我們可以僅通過(guò)單個(gè)Arduino Uno板直接控制所有LED。這是一個(gè)很好的焊接方法，組件的總成本不應(yīng)超過(guò)40美元。

今天，我將詳細(xì)說(shuō)明事物的構(gòu)造方面，并提供一些可在其上運(yùn)行的軟件兩者看起來(lái)都令人印象深刻，并教會(huì)了您一些基礎(chǔ)知識(shí)。

您將需要

一個(gè) Arduino 。提供的代碼假定使用Arduino Uno，但也可以調(diào)整為更大的型號(hào)。

64個(gè)LEDs –確切的選擇取決于您，但是我使用了這些超亮的3mm藍(lán)色LED（ 3.2v 30ma ）@ 50顆2.64英鎊。

16個(gè)電阻，適合您的LED。對(duì)于上面的LED，99便士購(gòu)買(mǎi)了其中的100個(gè)。使用ledcalc.com –輸入5v作為電源電壓，LED的電壓（在本例中為3.2）和以毫安為單位的電流（3.2）。您所需的電阻器將顯示在標(biāo)有“最近額定值最高的電阻器” 的框中，然后只需在eBay上搜索該值即可。

一些工藝線為了加強(qiáng)基本結(jié)構(gòu)和裝飾–我使用了 0.8mm 的厚度。

某種類(lèi)型的原型板，您可以將所有鉆頭焊接到該板上。我使用的是沒(méi)有履帶切割機(jī)的履帶，但沒(méi)有完整的履帶，但要使用適合自己的履帶。不過(guò)，除非您將LED確實(shí)擠在一起，否則Arduino原型屏蔽罩會(huì)有點(diǎn)太小。

隨機(jī)組件線 –某些網(wǎng)絡(luò)電纜線和套件中的一些原型線會(huì)正常工作。

鱷魚(yú)夾或“伸出援助之手”對(duì)于將鉆頭固定在位非常有用。

烙鐵和焊料。

一些廢木材。

一個(gè)鉆頭，大小與您的LED相同。

注意：本教程中的3D繪圖已完成在幾分鐘內(nèi)使用TinkerCAD。我遵循了由用戶 forte1994 詳細(xì)描述的Instructables的現(xiàn)有構(gòu)建，您可能還想在嘗試此操作之前通讀它。

請(qǐng)務(wù)必通讀所有這些說(shuō)明。 首先，然后再自己嘗試。

設(shè)計(jì)原理

在開(kāi)始構(gòu)建之前，重要的一點(diǎn)是，全面了解該事物的原理這樣可以使您在進(jìn)行過(guò)程中即興發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。有些LED立方體為每個(gè)LED使用一個(gè)輸出引腳-但是在4x4x4立方體中，需要 64引腳-我們?cè)贏rduino Uno上當(dāng)然沒(méi)有。一種解決方案是使用移位寄存器，但這不必要地復(fù)雜。

為了僅用20個(gè)引腳控制所有這些LED，我們將使用一種稱為多路復(fù)用的技術(shù)。通過(guò)將立方體分成4個(gè)單獨(dú)的層，我們只需要16個(gè)LED的控制引腳-因此要點(diǎn)亮特定的LED，我們必須激活該層和控制引腳，總共需要16 + 4個(gè)引腳。每層都有一個(gè)公共陰極-電路的負(fù)極-因此所有的負(fù)極都連接在一起，并連接到該層的單個(gè)引腳上。

在陽(yáng)極上（正）側(cè)，每個(gè)LED將連接到其上方和下方的層中的相應(yīng)LED。本質(zhì)上，我們有16列正極，而4層負(fù)極。以下是一些連接的3D視圖，可幫助您理解：

構(gòu)造

由于我們不會(huì)使用完整的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，因此我們希望LED的所有支腳重疊大約四分之一，并為結(jié)構(gòu)提供剛性。如圖所示，將LED的陰極折疊-頭部有平坦凹口且腿較短的一側(cè)。 （向左或向右彎曲并不重要，只要您保持一致并且它永遠(yuǎn)不會(huì)碰到陽(yáng)極即可）

該項(xiàng)目的第一個(gè)關(guān)鍵部分是制作木制夾具。在將腳焊接在一起時(shí)，這將固定一層LED，因此它需要準(zhǔn)確且不要太松。使用與LED相同大小的鉆頭進(jìn)行測(cè)量，然后鉆出一個(gè)4×4的等量孔矩陣。請(qǐng)記住，您希望四分之一的腿與其鄰域重疊，并使用實(shí)際的標(biāo)尺。檢查每個(gè)孔，以確保LED可以緊密貼合，但又不能太緊，以致無(wú)法再次取出，否則在嘗試去除完全焊接的層時(shí)會(huì)遇到問(wèn)題。

焊接4行LED的陰極。小心不要燒壞LED –您想要一個(gè)好的鐵烙鐵，并且要進(jìn)出。這是我完成的前四行。

現(xiàn)在，為了增強(qiáng)層的剛度，將兩條直的工藝線切割并焊接到任一端，確保它們與每一行連接。這是您完成的第一層。

現(xiàn)在將是測(cè)試的絕佳時(shí)機(jī)–只需加載默認(rèn)的Arduino眨眼應(yīng)用程序，并連接一個(gè)電阻器，將地線放在層框架上即可。 ，然后依次將正極導(dǎo)線按到每個(gè)LED。

希望它們都將點(diǎn)亮。如果不是，請(qǐng)確保您不只是在某個(gè)地方錯(cuò)過(guò)了一個(gè)焊點(diǎn)，并且如果需要的話，請(qǐng)更換LED。

從夾具中移除該層，并重復(fù)該過(guò)程 3次以上 》。

請(qǐng)放心，如果您的焊接效果不理想–只要它不會(huì)斷裂且連接牢固，就不會(huì)影響最終產(chǎn)品。我承認(rèn)，我的焊接非常無(wú)望，我的夾具沒(méi)了，而且都像比薩斜塔。盡管如此，我還是為完成的立方體感到驕傲，并且當(dāng)LED點(diǎn)亮?xí)r，無(wú)論如何您都不會(huì)去看焊點(diǎn)！

接合層

一旦有了4個(gè)完成的圖層，您需要將所有垂直分支連接在一起。我發(fā)現(xiàn)這是構(gòu)建過(guò)程中最困難的部分，為了幫助我從卡上切下轉(zhuǎn)接卡。

適當(dāng)?shù)母叨龋呛芏嗤热匀粺o(wú)法完美對(duì)齊–為此，我使用了一些鱷魚(yú)夾將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

要避免的第一個(gè)愚蠢錯(cuò)誤

只有在完成一個(gè)完整的層之后，我才意識(shí)到我的卡片提升卡被卡在適當(dāng)?shù)奈恢茫晕也坏貌粚⑵淝械簦〔灰概c我相同的錯(cuò)誤–將轉(zhuǎn)接卡的側(cè)面較長(zhǎng)，并在多維數(shù)據(jù)集的外部連接卡片，因此，當(dāng)您完成該層時(shí)，可以解構(gòu)轉(zhuǎn)接卡并將其拔出。/p》

要避免的第二個(gè)愚蠢錯(cuò)誤

顯然，請(qǐng)勿將垂直腳焊接到陰極框架上。垂直支腳只能連接到其他垂直支腳，而不能連接其他任何支腳。

同樣，在連接好每一層后再進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試所有的層，實(shí)際上，僅使正極引線接觸最上層的尖端，從而確保所有層之間都具有良好的接觸。

將所有4層焊接在一起時(shí)，我開(kāi)始清理一下–我以一種墊腳石的方式讓每一條腿伸出每一層，然后將其放到板上。切掉了金屬框架和腿的其他多余部分。顯然，不要切掉任何垂直的分支，我們需要將其放入原型開(kāi)發(fā)板中。

固定到板上

還記得當(dāng)我說(shuō)將每一層固定到自身是最困難的部分嗎？我撒了謊。試圖將16個(gè)LED支腳安裝到原型板上的小孔中實(shí)際上比較困難。我發(fā)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的方法是一次戳4個(gè)，用鱷魚(yú)夾將其固定在下面，然后移至下4個(gè)行。如果有幫助，請(qǐng)使用記號(hào)筆提前標(biāo)出間距。

《回想起來(lái)，實(shí)際上，我會(huì)先將電阻器放置在原型板上。照原樣，我先將立方體的所有支腳焊接到電路板上，然后嘗試將電阻器之間的電阻精細(xì)地?cái)D壓。從我的錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)，然后將電阻放在首位。

我試圖以步進(jìn)方式將它們均勻地隔開(kāi)，這樣我就可以將立方體的整個(gè)側(cè)面用于與Arduino的所有最終連接。這是我使用的電路圖：

對(duì)于四個(gè)負(fù)極層，我從每一層上放下一根電線，然后將它們拉到最后，像這樣：

最后，我添加了一些插頭線，然后可以將它們插入相關(guān)的Arduino引腳中。使用最長(zhǎng)的一種。注意由于規(guī)劃不佳，我在一些地方弄亂了訂單。不過(guò)，每排LED都有顏色編碼。

就是這樣。完成！

對(duì)多維數(shù)據(jù)集進(jìn)行編程

我知道您迫不及待想把這個(gè)東西放起來(lái)，所以插入4負(fù)層進(jìn)入模擬I/O 端口 A2（底層）到 A5（頂層） （這些也可以用作數(shù)字I/O）。然后插入16個(gè)LED控制引腳，從最右邊的 +1 到數(shù)字I/O 端口0 ，使用 +15 和 +16 進(jìn)入模擬 A0和A1 。 （不要使用AREF和GND）

從有指導(dǎo)性的用戶 forte1994 《下載演示模式和代碼。他還提供了一個(gè)有用的在線工具，用于設(shè)計(jì)字節(jié)模式以自定義您自己的序列。這是在我的立方體上運(yùn)行此代碼的視頻（我將速度調(diào)整為5，而不是默認(rèn)的20）。

這不是編程您的唯一方法當(dāng)然，我想花點(diǎn)時(shí)間教您一些以編程方式制作自己的圖案的基本知識(shí)，而不是像上面的演示那樣回放預(yù)設(shè)的圖案。

嘗試對(duì)多維數(shù)據(jù)集進(jìn)行編程時(shí)，您應(yīng)該了解以下幾點(diǎn)：

要尋址單個(gè)LED，請(qǐng)使用編號(hào)為0-3的 plane （層）， LED引腳號(hào)為0-15。將平面轉(zhuǎn)為L(zhǎng)OW輸出（因?yàn)檫@是負(fù)腳），將LED引腳號(hào)轉(zhuǎn)為HIGH（正腳），以激活LED。

激活單個(gè)LED之前，請(qǐng)確保所有其他平面均處于關(guān)閉狀態(tài)–這意味著將它們?cè)O(shè)置為HIGH輸出。否則，將導(dǎo)致一列LED點(diǎn)亮，而不是單個(gè)LED點(diǎn)亮。

鑒于此，我已經(jīng)編寫(xiě)了兩個(gè)非常簡(jiǎn)單的編程序列供您檢查–下載這里的代碼。第一個(gè)簡(jiǎn)單地依次依次點(diǎn)亮每個(gè)LED。為此，我們使用兩個(gè)for循環(huán)，在每個(gè)層和每個(gè)控制引腳上進(jìn)行迭代。

第二個(gè)是隨機(jī)循環(huán)（您需要注釋掉第一個(gè)并在主循環(huán)中啟用它以對(duì)其進(jìn)行測(cè)試）。它只是選擇一個(gè)隨機(jī)層和一個(gè)隨機(jī)控制引腳，以使它們不斷閃爍。

責(zé)任編輯：wv