Der RGB Cube mit 4x4x4 LEDs

RGB Cubes für alle !!!

Da ein 8x8x8 Cube schon allein durch die 512 LEDs recht teuer wird, entstand dieses Projekt.
Beim Layouten wurde neben dem späteren Gesamtpreis auch auf die "Nachbaufreundlichkeit" geachtet.
(nur eine Platine, kein SMD, Standardbauteile)

4x4x4 RGB Cube


Schaltungsentwicklung:

Hier brauchte nicht viel entwickelt werden, da das Grundprinzip schon bei dem 8x8x8 RGB Cube erarbeitet wurde. Bedingt durch die deutlich geringere Anzahl der LEDs wird der Schaltplan erheblich einfacher. Außerdem wird ein 1 aus 8 Multiplexing verwendet, was einen höheren Helligkeitseindruck zur Folge hat. Aus ökonomischen Gründen wurde auf eine USB-Schnittstelle verzichtet, dafür aber eine RS232 Schnittstelle für eine eventuelle PC Anbindung implementiert.


Spannungsteil

Der Spannungsteil besteht lediglich aus einem 5Volt Festspannungsregler, welcher die Betriebsspannung für den Controller, die Speicher-ICs und den RS232 Pegelwandler bereitstellt. Die Treiber ICs (UDN2981) werden direkt mit der Betriebsspannung betrieben. (hier 7,5V) Wenn eine andere Betriebsspannung genutzt werden soll, müssen nur die Vorwiderstände der LEDs angepasst werden. Aber Achtung, gleicher Strom pro Farbe heißt nicht gleiche Helligkeit. (siehe 8x8x8 Cube Projekt)

Teilschaltung
Teilschaltung Spannungsversorgung


Logikteil

Wie auch schon in dem 8x8x8 Cube Projekt werden parallel beschreibbare Speicher ICs genutzt, um die Busbreite des Controllers zu vergrößern.
Ein Programmzyklus für ein Teilbild würde so aussehen:
- alle FETs definiert abschalten (PortB=0)
- rote Farbwerte auf PortC legen
- Enable Pin für Speicher IC rot ein- und wieder abschalten(PA0)
- grüne Farbwerte auf PortC legen
- Enable Pin für Speicher IC grün ein- und wieder abschalten(PA1)
- blaue Farbwerte auf PortC legen
- Enable Pin für Speicher IC blau ein- und wieder abschalten(PA2)
- passenden FET einschalten(z.B. PB0)
- 50μs warten (Anzeigedauer)
- und von vorn für das nächste Teilbild

Da die LEDs mit mehr als 20mA betrieben werden, ist unbedingt darauf zu achten, dass nie ein "stehendes" Teilbild dargestellt wird.
(Ein FET länger als 50μs durchgeschaltet ist.)

Schnittstellen:
- ISP zum Programmieren des Controllers
- SV2 mit einigen Pins des PortA, GND und +5V für evtl. eigene Programmbeeinflussung
- Sub-D für eine eventuelle PC-Anbindung
- zwei Taster an Pins mit möglicher Interruptfunktion

Teilschaltung
Teilschaltung Logik


LED Matrix

Die LEDs sind in Säulen angeordnet. In jeder Säule sind die Anoden gleicher Farbe miteinander verbunden. Die Kathoden einer Zeile sind waagerecht miteinander verbunden. Über die FETs wird ausgewählt, welche Zeile(n) gerade aktiv sein sollen.

Teilschaltung
Teilschaltung RGB-Matrix


Bauteilliste

(Reichelt Preise Stand: 07.09.2009)
BauteilBestellnummerMengeEinzelpreisGesamtpreis
Widerstand 100RMETALL 10080,08 €0,64 €
Widerstand 10kMETALL 10,0K10,08 €0,08 €
Vorwiderstand rot 39RMETALL 39,080,08 €0,64 €
Vorwiderstand grün 150RMETALL 15080,08 €0,64 €
Vorwiderstand blau 18RMETALL 18,080,08 €0,64 €
Elko 100μ RM5RAD 100/6330,11 €0,33 €
Elko 100μ RM2,5RAD 100/2510,07 €0,07 €
Elko 47μ RM2,5RAD 47/3510,04 €0,04 €
Kerko 100n RM5X7R-5 100N110,12 €1,32 €
Kerko 22p RM2,5KERKO 22P20,04 €0,08 €
Quarz 14,7456MHz14,7456-HC49U-S10,20 €0,20 €
Diode 1N40041N 400410,02 €0,02 €
IC MAX202MAX 202 CPE10,99 €0,99 €
Festspannungsregler 5VμA 78S0510,36 €0,36 €
Controller Mega32ATMEGA 32-16 DIP13,15 €3,15 €
High-Side-TreiberUDN 298130,89 €2,67 €
8Bit Latch74HCT 57330,24 €0,72 €
N-Kanal FETIRLZ 34N80,46 €3,68 €
Wannenstecker 6poligWSL 6G10,22 €0,22 €
Anschlussklemme 2poligAKL 094-0210,31 €0,31 €
SUB-D Buchse 9polig RM7,2D-SUB BU 09US10,21 €0,21 €
TasterTaster 330120,12 €0,24 €
Silberdraht 0,8mmSILBER 0,8MM21,65 €3,30 €
IC-Sockel 40poligGS 40P10,48 €0,48 €
IC-Sockel 20poligGS 20P30,22 €0,66 €
IC-Sockel 18poligGS 18P30,23 €0,69 €
Summe:22,38 €

Dazu kommen noch die 64 LEDs und natürlich die Platine.
Auf EBAY sind 100Stück LEDs für ca. 26 €; zu bekommen. (Suchbegriff: "RGB LED 5mm 4Pin diffused common cathode")


Bestückung

Bis auf den Controller und die ISP-Schnittstelle werden alle Bauteile auf der oberen Platinenseite angebracht. Platinenunterseite
reale Platinen

Die ersten Rohlinge Bestückung der Oberseite
Platinenunterseite Platinenunterseite

Bestückung der Unterseite Bestückung der Matrix
Platinenunterseite Platinenunterseite


Video vom ersten Testprogramm:
Testprogramm 2