Έχουμε κατασκευάσει προηγουμένως 3x3x3 LED Cube χρησιμοποιώντας Arduino και Raspberry Pi. Το 3x3x3 LED Cube είναι γενικά κατασκευασμένο με χρήση κάποιου μικροελεγκτή, αλλά σε αυτή τη συνεδρία πρόκειται να φτιάξουμε ένα 3 * 3 * 3 LED CUBE χωρίς κανένα μικροελεγκτή. Εδώ θα χρησιμοποιήσουμε δυαδικό μετρητή 555 IC και CD4020 για να ελέγξουμε το LED Cube.
Κανονικά για τον έλεγχο ενός LED CUBE, χρησιμοποιούμε μικροελεγκτή και προγραμματισμό για τη λήψη διαφορετικών μοτίβων. Αλλά για αρχάριους είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, οπότε εδώ χρησιμοποιούμε τον συνδυασμό 555 Timer και CD4020 IC που είναι πιο κατάλληλο για αρχάριους. Αν και με αυτό το κύκλωμα μπορούμε να πάρουμε μόνο ένα μοτίβο, αλλά αυτός είναι ο καλύτερος τρόπος για να εξοικειωθείτε με τους κύβους LED και τη λειτουργία τους. Μάθετε περισσότερα για το 555 Timer IC ελέγχοντας περισσότερα κυκλώματα με βάση 555 εδώ.
Υπάρχουν πολλοί τύποι κύβων που μπορούν να σχεδιαστούν. Το πιο απλό είναι ο κύβος LED 3x3x3. Αυτό το 3 * 3 * 3 LED CUBE αποτελείται από 27 LED (Light Emitting Diodes), αυτά τα LED είναι διατεταγμένα σε σειρές και στήλες σχηματίζοντας έναν κύβο. Παρομοίως μπορούμε να φτιάξουμε κύβο LED 4 * 4 * 4, 5 * 5 * 5 και άνω και όχι. των LED. Για κύβο LED 4 * 4 * 4, η εργασία σχεδόν τριπλασιάζεται επειδή πρέπει να κάνετε εργασία για 64 LED. Με κάθε μεγαλύτερο αριθμό, η εργασία σχεδόν διπλασιάζεται ή τριπλασιάζεται. Αλλά κάθε κύβος λειτουργεί λίγο πολύ με τον ίδιο τρόπο.
Ο χρονοδιακόπτης 3x3x3 LED CUBE by 555 είναι απλούστερος επειδή υπάρχουν μερικά πλεονεκτήματα σε αυτόν τον σχεδιασμό όπως,
- Για αυτόν τον κύβο δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για την κατανάλωση ενέργειας ή την εξάλειψη.
- Χαμηλή ζήτηση τροφοδοσίας.
- Δεν χρειαζόμαστε ηλεκτρονικά εναλλαγής όπως τρανζίστορ για αυτόν τον κύβο.
- Χρειαζόμαστε λιγότερα τερματικά λογικής, οπότε δεν χρειαζόμαστε καταχωρητές βάρδιας ή κάτι τέτοιο.
- Δεν απαιτείται προγραμματισμός.
- Δεν χρειάζεται περίπλοκο κύκλωμα
- Οι βασικές γνώσεις κυκλωμάτων είναι αρκετές για να σχεδιάσουν αυτό το έργο.
Απαιτούμενα στοιχεία:
- Ανοξείδωτα 1KΩ (10 τεμάχια)
- 27 LED
- 555 χρονόμετρο IC
- CD4020 Δυαδικός μετρητής IC
- 10K ποτ
- Πυκνωτής 10uF
- 5v Τροφοδοσία
- Εργαλεία συγκόλλησης για την κατασκευή LED Cube
Κύκλωμα και επεξήγηση εργασίας:
Εδώ χρησιμοποιήσαμε τον ίδιο κύβο LED που χρησιμοποιήσαμε προηγουμένως με το Raspberry Pi και η κατασκευή αυτού του LED Cube εξηγείται νωρίτερα σε αυτό το έργο. Ελέγξτε παρακάτω δύο έργα για τη σωστή κατασκευή του κύβου LED συγκολλώντας τα 27 LED με συγκεκριμένη σειρά:
- DIY 3X3X3 LED Cube με Arduino
- 3X3X3 LED Cube με πρόγραμμα Raspberry Pi και Python
Μόλις γίνουν όλα θα έχετε έναν κύβο σαν αυτόν,
Το διάγραμμα κυκλώματος του κύβου LED 3x3x3 χρησιμοποιώντας χρονοδιακόπτη 555 φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Όπως φαίνεται στην εικόνα, έχουμε συνολικά 12 καρφίτσες από το CUBE. Πάνω από τις οποίες 9 ακίδες είναι κοινές θετικές και 3 ακίδες είναι κοινά αρνητικά τερματικά. Να θυμάστε ότι κάθε στήλη αντιπροσωπεύει ένα θετικό τερματικό και κάθε επίπεδο (σειρά) αντιπροσωπεύει ένα αρνητικό τερματικό.
Δεδομένου ότι ελέγχουμε μόνο τον μετρητή LED CUBE από CD4020, δεν θα χρειαστεί έλεγχος στα αρνητικά τερματικά. Έχουμε στηρίξει και τα τρία κοινά αρνητικά όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος. Με αυτό θα έχουμε 9 θετικούς ακροδέκτες από 9 στήλες LED κύβου.
Τώρα για αυτό το κύκλωμα, πρέπει πρώτα να σχεδιάσουμε μια γεννήτρια τετραγωνικών κυμάτων ή έναν Astable Multivibrator χρησιμοποιώντας το χρονόμετρο NE555 IC όπως φαίνεται στο παρακάτω κύκλωμα:
Εδώ το τσιπ 555 δημιουργεί τετράγωνο κύμα για εναλλαγή μεταξύ LED και ON. Το ποτενσιόμετρο εδώ είναι να ρυθμίσει τη συχνότητα αναβοσβήνει.
Θα τροφοδοτήσουμε αυτήν την έξοδο τετραγωνικού κύματος στο δυαδικό τσιπ μετρητή. Ο δυαδικός μετρητής μετρά τους παλμούς του ρολογιού και ο αριθμός των παλμών που μετράται δίνεται από τον μετρητή μέσω των ακίδων Q0-Q13. Θα συνδέσουμε αυτούς τους ακροδέκτες εξόδου στις στήλες LED CUBE σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος. Έτσι κάθε φορά αυξάνεται η λογική θύρας εξόδου αλλάζει και με αυτό το LED CUBE αλλάζει μοτίβο.
Με λίγα λόγια, ο χρονοδιακόπτης 555 παράγει παλμούς ρολογιού, ο μετρητής μετρά τους παλμούς ρολογιού και κάνει τις ακίδες εξόδου υψηλές ανάλογα και τελικά το μοτίβο LED CUBE αλλάζει ανάλογα με την έξοδο του CD4020. Έτσι λειτουργεί το ζεύγος μετρητή 3 * 3 * 3 LED CUBE by 555 timer-CD4020.
** Βεβαιωθείτε ότι το Master Reset του CD4020 είναι γειωμένο. Αν μείνει μόνος του, ο κύβος μπορεί να μην λειτουργεί.