LED Cube

Aus der Szene hiess es: „Wer bis dato noch keinen LED-Cube aufgebaut hat, der ist irgendwie out.“ Aber Spass beiseite, wir haben tatsaechlich nach einer Anzeigemoeglichkeit gesucht, die nicht nur 2D, sondern 3D ist. Da lag es (09/2013) nahe, sich dem Thema zu naehern.

Wenn man neben Mustern auch Buchstaben und Zahlen darstellen moechte, braucht man schon ein paar mehr Pixel/LED pro Zeile. Andererseits sind groessere Cubes auch schwerer anzusteuern. So fiel die Wahl auf das Kantenmass von 5 LEDs, dadurch mussten aber immerhin 125 Stueck (gruen) verdrahtet werden. Auf RGB-Darstellung wurde also verzichtet, das ist dann vielleicht ein zukuenftiges Projekt.

Das Verbinden zu einem gleichmaessigen Wuerfel geht dann auch nur mit Hilfsmitteln, bei uns eine Schablone mit 25 Bohrungen, gedacht, um eine Ebene moeglichst genau zu verdrahten. Dann muessen noch fuenf Ebenen analog aufgebaut und miteinander verloetet werden. Das Ganze geht nach unten in eine im Sockel versteckte Platine. Dort, wo die Anschluesse der LEDs nicht reichen, ist Silberdraht angebracht, alternativ geht aber auch das Verzinnen von normalen Kupferdraehten.

Elektrisch wird eine Saeule, bestehend aus 5 LEDs, dann jeweils nach Ground durchgeschaltet, davon gibt es 25 Stueck bei unserem Wuerfel. Die fuenf Ebenen sind ebenfalls mit jeweils einem Transistor (z.B BC 337 oder 548) an einen Schieberegister-Ausgang gekoppelt. Man braucht also 4 gaengige 8Bit-Register, welche in Serie ein grosses 32 Bit-Register ergeben. Ein gaengiger Baustein ist z.B. ein 74HC595N. 30 Ausgaenge (25+5) sind bei uns genutzt. Die Beschaltung der Saeulen und Ebenen mit Vorwiderstaenden geht dann nach dem Ohmschen Gesetz und dem Strombedarf der Leuchtmittel, man kann aber auch etwas mehr Strom fliessen lassen, da ja multiplexed werden muss, um komplexe Muster ueber Saeulen hinweg darzustellen, mit recht geringen Schaltzeiten eben.

Danach ist aber nur die hauptsaechlichste Logik realisiert, es muss noch intelligent seriell eingeschoben werden, damit das Schieberegister Futter hat. Dazu braucht es den Takt, serielle Daten, Masse und ein Latch (letzten Zustand enabled schalten und anzeigen). Vier Leitungen also, die wir mit unserem Raspberry ueber GPIO verbunden haben.

Unser Konzept war, jeweils eine Saeule und die entsprechende(n) Ebene(n) zu selektieren, dies dann knapp nacheinander fuer alle Saeulen einer senkrechten Ebene zu tun. Damit ist dann eine Flaeche dargestellt. Mehrere Flaechen hintereinander ergeben dann ein dreidimensionales Bild. Dies gelingt dann auch so schnell, dass das Auge recht zufrieden ist und eine fluessige Aufnahme entsteht. Bei Videoaufnahmen (YouTube) flimmert es freilich etwas.

Fuer die Verbindung zum Steuerrechner wurde auf I2C oder andere fertige Busloesungen verzichtet und das Ganze in der Logik „zu Fuss“ nachgebaut. Damit hat man dann auch volle Kontrolle ueber die Vorgaenge. Softwareseitig bewerkstelligt ein Python-Skript dann die Aufgabe der Beschickung und dort sind neben den Schieberegister-Inhalten und dem Timing auch einige nette Muster hinterlegt, die den Cube erst zu einer richtigen Augenweide machen…

Swen Hopfe

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