Arduino を使用した LED キューブ: Arduino を構築する

Mar 18, 2024

ここでは、まさに発光ダイオードに基づいた、光の遊びであなたを魅了し、暗闇ではさらに魅力的なプロジェクトを提案します。 正確には、単色 LED の 3 次元マトリックスが空間内に配置され、立方体を形成します。

これは驚くべきことであり、同時にシンプルであり、最も若い人や初めてエレクトロニクスに触れる人でも手の届くものです。 これに加えて、立方体構造の接続は LED 端子を一緒にはんだ付けすることによって行われ、コントローラー ユニットへの端子接続は、マトリックスプロトタイピングボード。

立方体の構造は、リード線を適切に曲げ、適切な極性で配置した後、半田付けされた 4 つのレベル (層) の発光ダイオードで構成されています。 各レベルは 4 つの列で構成され、各列は 4 つの LED で構成され、各層には合計 16 個の LED があります。 したがって、立方体は合計 64 個の LED で構成されます。 これはすべて、電力を供給し、多穴マトリクスボードにはんだ付けされたワイヤを使用して行われた接続を通じて、Arduino Nano ボードによって管理されます。 ファームウェアは、キューブ内のどの LED が点灯するか、どの LED が点灯しないかを決定し、それらを多重に駆動することで照明効果を作成します。次に、LED キューブ プロジェクトには次の要素が必要です。

私たちが特別に作成し、このページの下部で利用できるようにしたファームウェアを Arduino ボードにロードします。電気的な接続図は次のとおりです。図1 、Arduino NanoのラインとLEDの列の間の対応を示します。 より正確には、LED の行と数が括弧内に示されています。たとえば、(1, 2) は、対応する Arduino ピンが行 1 の 2 番目の LED に接続されることを意味します。 そのため、図ではそのような数値のペアが Y、X として示されています。

代わりに、16 個の LED の層がそれぞれ Z に対応し、ピン A0 (A)、A1 (B)、A2 (C)、および A3 (D) に接続されます。 レイヤーが垂直に、つまり正確に Z 軸上に配置され、X と Y が列によって定義された立方体の幅と奥行きであるため、Z の指定は適切以上です。これらの接続は、図を見ると理解しやすくなります。図 2 は LED の空間的配置を示しており、図 1 に示した数字のペアの接続を明確にしています。

Arduino I/O への各接続は LED のアノードを駆動し、カソードは各プレーンのダイオード間に接続され、ロジック Low にサイクルされるライン A、B、C、D に接続されます。 したがって、ハードウェアに関する限り、キューブの各列はボード上の I/O パッドに接続されているため、各ピンには 4 つの LED が接続されています。 しかし、Arduino Nano にはデジタル ピンが 14 個しかないため、16 個のデジタル ピン (13、12、11、10、9、8、7、6、5、4) を得るには、2 つのアナログ ピンをデジタル ピンに変換する必要があります。 、3、2、1、0、A5、A4）これにより、必要な列をオンまたはオフにすることができます。

同じ手順を 4 つのレベルにも適用し、4 つのピン (A3、A2、A1、および A0) を接続しました。各ピンは 1 つのレベルを制御するため、特定のレベル (レイヤー) の選択 (オン) を組み合わせることで、 ) 上記の 16 個の中から特定の列を選択すると、どの LED をオンにし、どの LED をオフにしておくかを Arduino に伝えることができます。 このギミックを使用すると、わずか 20 個の I/O ピンでこのプロジェクトを実現できます。これは、各ピンに LED を接続した場合には不可能でした。その場合、64 個のピンが必要になり、明らかに小型の Arduino Nano では十分ではなかったでしょう。要約すると、各 LED を独立して制御するには、立方体をレベル (水平) と列 (垂直) に分割します。 同じレベル (床) に配置された各 LED は、同じレベルにある他の LED と共通のカソード (-) を持ちますが、代わりに、同じ列に配置された各 LED は他の LED と共通のアノード (+) を持ちます。同じ列にある LED。全部で 4 つの制御ピンがあり、電力を供給するプレーンと、個々の列に電力を供給する 16 個のアノードを選択するために使用されます。 特定の LED をオンにする必要がある場合は、そのプレーンが論理 0 になっていること、およびその LED が属する列がアクティブであること、つまり論理 1 になっていることを確認する必要があります。