发光魔法LED立方体开源分享

描述

我完全从零开始设计了这个项目的每一个部分，创造了一个很酷的发光魔法 LED 立方体，主要用于灯光动画，基本上可以用于电子实验室的装饰。

围绕令人敬畏的RP2040微控制器设计，并充满电子热情

所有使用过的项目都通过这篇文章完整记录，并且您拥有重建此项目所需的所有必要文件，因此只需按照步骤操作即可。

如果您不喜欢阅读，那么视频可能是一个不错的选择：）

您将在这里学到什么：

• RP2040 MCU的基本电路设置
• 一些电子组装技巧
• 使用 WS28xx LED 的优势
• 当然，你会从这个项目中获得更多的创意灵感

从所需用品开始

 

 

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所需工具：

• 焊盘（您可以使用 Uyue 948S+ 型号）
• 烙铁
• 低温型材焊膏
• 锡膏沉积刮刀

所需软件：

• Altium 设计师作为 ECAD 用于 PCB 绘图
• Solidworks 作为 CAD 用于房屋设计
• Cura 作为 3D 打印的切片机
• Arduino IDE

注意：您可以从文章链接下载必要的 CAD 文件

电路设计

 

第一步也是最重要的一步是选择合适的组件来建立工作电路设计。因为我正在处理 RaspberryPi 基金会的 RP2040 MCU，所以我转到他们的网站，在那里我找到了一个有趣的链接文档，指向推荐的电路设置，您可以通过单击此链接查看文档链接。

然后我按照推荐的设置在 Altium Designer 上创建了一个电路设计（我附上了原理图的屏幕截图），下面提供了电路原理图的支持 PDF 文件。

我将原理图分为四个主要块：

• RP2040 设置：

在这个模块中，您可以可视化微控制器周围所需的组件，我强烈建议您不要忽略 MCU 电源线的去耦电容，并使其更靠近 PCB 设计中的电源引脚（推荐 100nF每个电源引脚电容） 。

• 内存芯片：

也许这个微控制器看起来与其他微控制器有点不同，因为它需要一个外部存储芯片来加载程序代码，这就是我使用 QSPI 存储芯片（推荐W25Q128JVS设备）的原因。

• 电压调节器：

该 MCU 需要 MCU 自身内部生成的 1、1V 和必须通过稳压器从外部提供的 3、3V，这就是我原理图中使用稳压器的方法。

• USB C：

我收到了几个关于“用于串行编程的 USB C 连接器的最佳设置是什么”的请求，在这里我使用了 Type C 连接器，因此如果您愿意在您的任何设计设计中使用此连接器，那么您可以按照设置我原理图中的 USB C 块。

 

然后我将 25 个WS2812类型的 RGB LED 串联起来，并配有一些 100nF 去耦电容。

 

 

 

 

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关于 PCB 设计，您可以决定您选择的形状，在我的情况下，它是立方体形状，这就是为什么所有 Cube 部件都必须具有矩形形状（40mm x 40mm），您可以选择更大的尺寸，但 40x40mm 是合适的尺寸以均匀分布 RGB LED。

注意：您可以从此链接下载 PCB 设计 GERBER 文件

零件组装

 

 

 

 

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在生产和交付 PCB 设计后，我所需要的就是将电子元件焊接到一个单件的顶部和底部，然后我只在五件的底部焊接 RGB LED，总共有六件创建立方体形状。我使用了与 PCB 一起订购的模板，这将有助于在 PCB 点上均匀分布焊膏。

可能你们中的一些人不熟悉 PCB 组装，这不是问题，因为您可以订购由您选择的任何 PCB 制造商完全组装的设计，只要您有我已经添加到此项目中的 GERBER 文件 BOM 和 P&P 文件. （GERBER 可通过此链接下载）

我使用热板组装立方体部件，由于我的热板温度低，我使用了低温焊膏。

注意：完成组装后不要忘记清洁组装板上的助焊剂

代码准备

使用这款 RP2040 MCU 的最大优势是您可以通过 Arduino IDE 对其进行编程（除了其便宜的价格），所以我搬到了 Arduino IDE 并带来了 Neopixel 库，它允许我探索一些预设的 API 来控制 WS2812 LED 通过一个输出引脚，是的，这是使用这些 RGB LED 类型的积极点，您可以将它们串联在一起并通过单个输出控制它们（意味着仅使用一个引脚控制 150 个 LED）。

我创建了一些轻动画并通过一些功能对其进行排序，然后我通过板管理器将 Raspberry Pi Pico 板添加到我的 IDE，因为该 Raspberry 板具有与我正在使用的相同的 MCU。

您可以通过该项目的文件下载我在 Cube 上运行的代码。

注意：在第一次运行时，当您通过 USB 连接板时，板不会出现在 Arduino 的端口列表中，但只需单击上传，它将接受代码，然后它将出现在端口列表中

CAD设计

 

 

 

 

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组装好立方体后，我们必须将它们连接在一起以完成立方体形状，我设计了一个组装辅助工具并 3D 打印了它以帮助我实现立方体碎片的组装（查看附件图像，粉红色的立方体）

然后，我使用 Solidworks 为 Cube 设计了一个好的支架，我将在组装后设置我的 Cube。

设计零件的所有 STL 文件均可下载。

组装和测试

 

 

 

 

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由于我们制作的 PCB 设计有一个用于 VDD、VSS、Din 和 Dout 的侧引脚，因此我们可以使用这些侧引脚将立方体块连接在一起，如下所示：

第一件| 第二件

VDD ----> VDD

VSS ----> VSS

嘟嘟---->丁

然后通过将一块的 One Dout 侧连接到下一块的 Din 侧来继续其他部分

注意：第一块是有微控制器的。

 

 

 

 

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然后，我在 3D 打印支架上添加了一个电源开关和电源插孔连接器，并将电源线连接到我的 Cube 的 VDD 和 VSS。

确保您使用的电源适配器能够提供 5V 和高达 2A 的电流，因为这些 LED 在全亮度运行时可能会下降至 1.3A。

一旦我打开电源开关，立方体就会发光，我的 RGB LED 会通过一些美妙的彩色动画跳舞。

 

 

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而已！也许我可以改进这个项目，所以我指望你的创造性思维，随时通过评论部分给我写你的建议。

感谢您的阅读！