Projekt kompetencyjny

LED CUBE 4x4x4

Skład grupy:

Piecho Przemysław 171395

Leśnik Przemysław 171374

ZASADA DZIAŁANIA:
Projekt składa się z 64 diod LED, połączonych w 4 warstwy po 16 diod, tworząc w ten sposób kostkę w 3 wymiarach. W projekcie użyliśmy zwykłych diod typu clear, lepszym rozwiązaniem byłyby jednak diody dyfuzyjne które lepiej rozpraszają światło.

Sercem układu jest mikroprocesor ATmega16, taktowany z zewnętrznego kwarcu o częstotliwości 14.7456 MHz. Steruje on przyciskami, tranzystorami, złączem programowym oraz diodami.
ATmega 16 może w jednym momencie wypuścić prąd wielkości 200mA (nota katalogowa), z czego wynika wybór rezystorów o wartości 220Ω, co z kolei daje:
200mA/16 diod = 12,5 mA na diodę. Powstał w ten sposób zadowalający efekt, szczególnie w nocy.

Układ posiada 4 przyciski do komunikacji z użytkownikiem:
~ reset (resetowanie układu)
~ stop/start (zatrzymanie/uruchomienie wybranej sekwencji)
~ switch [wybór sekwencji]
~ sprawdzenie poprawnie wgranego kodu

Anody diod doprowadzone są do nóżek mikroprocesora (8 nóżek na port A i 8 nóżek na port C]. W każdym punkcie lutowniczym 4 diody połączone są w pionie anodami. Katody natomiast są doprowadzone do 4 tranzystorów. Tranzystory sterują całymi warstwami (16 nóżek od każdej katody połączonych jest razem na warstwie). Poprzez zastosowanie "multipleksacji", za pomocą jednego przewodu (z tranzystora), mamy możliwość sterowania aż 16 diodami. Pozwala to nam na kontrole nad pojedyncza dioda bez konieczności stosowania aż 64 indywidualnych połączeń. Teraz już tylko za pomocą kodu możemy wymyślać i tworzyć dowolne sekwencje, jakie tylko możemy sobie wyobrazić
Po uruchomieniu układu włącza się sekwencja startowa, ale zanim się aktywuje, 2 diody kontrolne (zielona i czerwona] sprawdzają czy program został poprawnie wgrany do mikroprocesora. Jeśli nie jesteśmy pewni poprawnej pracy procesora mamy mośliwosc jeszcze raz sprawdzić poprawność wgranego kodu przyciskiem „CHECK”. Gdy kostka się już świeci, możemy przejść do trybu wyboru sekwencji, w tym celu wciskami przycisk „STOP/START”. Przez chwile włącza się sekwencja „czyszczenia kostki” i teraz za pomocą przycisków SWITCH wybieramy dowolna sekwencje. W celu ułatwienia wyboru przy każdorazowym wciśnięciu zapala się dioda sygnalizując numer wybranej sekwencji. Spośród dostępnych (napisanych sekwencji) najbardziej funkcjonalna jest imitacja lampki nocnej (zapalone wszystkie diody).

WYKAZ ELEMENTÓW:
~ Atmel AVR Atmega16 + podstawka ~ srebrzanka do połączeń krzyżowych
~ 64 diody LED (dyfuzyjne – niebieskie) 5mm ~ 4 x micro-switch
~ 2 diody LED. 5mm (czerwona, zielona) ~ gniazdo zasilania
~ rezystor (220Ω) x16
~ rezystor (470Ω) x2
~ rezystor (10kΩ) x5
~ tranzystor BC338 NPN x4
~ kondensator 10uF x1
~ kondensator 1000uF x 1
~ ceramiczny kondensator 0.1uF x6
~ ceramiczny kondensator 22pF x2
~ rezonator kwarcowy 14.7456 MHz


Budowa

Przede wszystkim rozważmy kilka podstaw związanych z projektowaniem obwodów elektronicznych na płytce drukowanej. Płytka wykonana jest z cienkiego materiału izolacyjnego pokrytego warstwą przewodząca miedzi, która jest ukształtowana w taki sposób, aby utworzyć poszczególne połączenia pomiędzy różnymi elementami układu. Zastosowanie właściwego materiału i odpowiednie zaprojektowanie układu w znacznym stopniu przyspiesza i ułatwia budowę oraz zmniejsza możliwość popełnienia błędów. Takie przygotowanie ścieżek w znacznym stopniu ułatwia lutowanie elementów. Lutowanie elementów jest jedynym sposobem budowy naszego układu. W zależności od stopnia staranności wykonania tego procesu zależy to czy układ zadziała. Lutownica nie powinna być zbyt dużej moce, aby nie przegrzewać elementów oraz aby nie poodparzać ścieżek. Grot lutownicy powinien być dość cienki oraz należy go utrzymywać w czystości w trakcie lutowania. Do tego celu bardzo przydatne są gąbki, które moczymy i raz na jakiś czas możemy wytrzeć gorący grot, aby usunąć wszelki zabrudzenia, które mają tendencje do gromadzenia się na nim. Do czyszczenia grota nie należy stosować pilników i papieru ściernego, ponieważ zdzierają one warstwę ułatwiającą trzymacie się cyny, którą pokryty jest grot. Do lutowania należy stosować cynę, w której znajduje się rdzeń z topnikiem i najlepiej, jeśli byłaby to cyna z ołowiem, ponieważ z biegiem czasu jest mniejsze prawdopodobieństwo, że taki lut pęknie i zacznie nie przewodzić.

Schemat układu

Mozaika płytki drukowanej