Vorbereitung
| Als erstes bestellte ich bei Ebay 600 blaue 3mm LED aus China. Wie gewohnt, trafen diese schon 2-3 Wochen später bei mir ein. Da es ein grosses Problem wäre, wenn verbaute LED nicht funktionieren würden, testete ich alle einzeln. Nicht eine einzige zeigte dabei einen Fehler! |
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Danach fertigte ich eine Lehre um die LED möglichst einfach und präzise verlöten zu können. Dabei half mir eine Vorlage mit Quadraten die man auf dieser Seite ganz einfach erstellen und als PDF herunterladen kann. Mit einem Nagel körnte ich die Koordinaten für die Löcher welche ich danach mit der Säulenbohrmaschine und einem 2.9mm-Bohrer bohrte. Mit einer CNC-Fräse ginge das sicher schneller aber die habe ich leider (noch) nicht. |
Biegen, löten, testen, biegen, löten, testen, biegen, löten, testen...
| Nun mussten die Beinchen aller LED's in einer bestimmten Art gebogen und gekürzt werden. Dadurch ist es möglich die LED ohne zusätzlichen Draht im gewünschten Raster aufzubauen und zu verlöten. Dabei ist darauf zu achten Anode und Kathode nicht zu verwechseln, da man das erst beim testen der fertigen Lage merken würde. Wie beim 5x5x5 LED-Würfel verwendete ich zugeschnittene Distanzklötzchen um den Abstand zwischen den Ebenen genau einzuhalten. |  |
PCB-Herstellung
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Verdrahtung
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Auch die Verdrahtung brauchte einiges mehr Stecker, Kabel und Geduld bei 512 LED gegenüber den 125 LED des 5x5x5-Würfels. Als Gehäuse verwendete ich Holzschatullen von Ebay oder Ricardo. Bei dieser Bestellung waren 3 verschiedene Grössen für ein paar Franken dabei. |  |
Technischer Hintergrund
| Um die 512 LED mit möglichst wenig Ausgängen am Atmega ansteuern zu können, habe ich zwei Binär zu Octal Dekoder vom Typ:74ACT238 eingesetzt. Der eine für die Ansteuerung der Latchbausteine der andere für die Ebenen. Das ganze Schema ist als PDF-Datei am Ende des Artikels zu finden. Hier der Ausschnitt für die Ansteuerung der Ebenen. Mit 4 Ausgängen werden die 8 Ebenen nacheinander angesteuert. |  |
| Bei der Ansteuerung der 64 LED pro Ebene kommen 8-Fach FlipFlop MM74HC574 als Latchbausteine zum Einsatz. Die Daten werden als 8Bit Parallel-Signale an die Bausteine gelegt. Diese 8Bit werden ebenfalls mit einem Binär zu Octal Dekoder vom Typ:74ACT238 aus 3 Ausgängen des Atmega erzeugt. Mit einer steigenden Flanke am Clock-Eingang werden die Daten auf die Ausgänge übertragen. An Stelle dieser IC könnten auch serielle Schieberegister mit Latch-Funktion zum Einsatz kommen. (z.B. 74HC595) |  |
Das Programm
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Ich programmiere die Atmega-Microcontroller ausschliesslich mit Bascom. Auch die Arduino-Prints lassen sich damit sehr einfach programmieren da Bascom mit einem Treiber für den Arduino-Bootloader kommt. Bei der Programmierung werden zu erst 8 x 8 Bit Daten für die unterste Ebene der Reihe nach in die Flipflop geladen und an die Anoden der LED ausgegeben. Danach werden die verbundenen Kathoden der Ebene1 mit dem ULN2803 gegen Masse gezogen und die LED leuchten. Nun werden die 64 Bit für die nächste Ebene geschrieben und danach mit dem ULN2803 geschaltet. Dies geschieht bis zur obersten Ebene wo das Spiel von neuem beginnt. Das ganze passiert so schnell dass das menschliche Auge nicht sieht, wie geschaltet wird. Das Problem ist aber, dass jede LED nur im Verhältnis 1:7 mit Strom versorgt wird. Dies führt zu einer deutlichen Helligkeitsabnahme. Leider ist das so gravierend, dass ich die Speisung nicht mehr von meinen auf der Controllerplatine erzeugten 5VDC nehmen konnte, sondern auf 6VDC umstellen musste. Auch die jetzt schon kleinen Vorwiderstände müssten raus. Erfolgt aber nun, aus irgend einem Grund, keine Umschaltung der Ebnen mehr, könnten die LED zerstört werden. |
Dokumente:
Schaltplan: Controllerboard
Schaltplan: Latchboard
Vorlage für Lehre: Hüslipapier20_20
Datasheet: ULN2803.pdf
Datasheet: 74HC-HCT238
Datasheet: MM74HC574
Datasheet: ATMEGA1284P-20PU
