基于RP2040設(shè)計(jì)的發(fā)光魔法LED立方體

我從零開始設(shè)計(jì)了這個(gè)的發(fā)光魔法LED立方體，可以用于燈光動(dòng)畫，也可以用于電子實(shí)驗(yàn)室的裝飾。

本項(xiàng)目基于RP2040微控制器設(shè)計(jì)，所有使用過的項(xiàng)目都通過這篇文章完整記錄，您擁有重建此項(xiàng)目所需的所有必要文件，因此只需按照步驟操作即可。

主要內(nèi)容包括：

RP2040MCU的基本電路設(shè)置

一些電子組裝技巧

使用WS28xxLED的優(yōu)勢

當(dāng)然，你會從這個(gè)項(xiàng)目中獲得更多的創(chuàng)意靈感

補(bǔ)給品

所需工具：

焊盤（您可以使用Uyue948S+型號）

烙鐵

低溫型材焊膏

錫膏沉積刮刀

所需軟件：

Altium設(shè)計(jì)師作為ECAD用于PCB繪圖

Solidworks作為CAD用于房屋設(shè)計(jì)

Cura作為3D打印的切片機(jī)

ArduinoIDE

第1步：電路設(shè)計(jì)

第一步也是最重要的一步是選擇合適的組件來建立工作電路設(shè)計(jì)。由于我正在處理RaspberryPi的RP2040MCU，因此我轉(zhuǎn)到了他們的網(wǎng)站，在那里我找到了推薦電路設(shè)置的有趣鏈接文檔，您可以通過單擊此鏈接查看文檔鏈接。

然后我按照推薦的設(shè)置在AltiumDesigner上創(chuàng)建了一個(gè)電路設(shè)計(jì)（我附上了原理圖的屏幕截圖），下面提供了電路原理圖的支持PDF文件。

我將原理圖分為四個(gè)主要塊：

RP2040設(shè)置：

在這個(gè)模塊中，您可以可視化微控制器周圍所需的組件，我強(qiáng)烈建議您不要忽略MCU電源線的去耦電容，并使其更靠近PCB設(shè)計(jì)中的電源引腳（推薦100nF每個(gè)電源引腳電容）。

內(nèi)存芯片：

也許這個(gè)微控制器看起來與其他微控制器有點(diǎn)不同，因?yàn)樗枰粋€(gè)外部存儲芯片來加載程序代碼，這就是我使用QSPI存儲芯片的原因（推薦W25Q128JVS設(shè)備）。

電壓調(diào)節(jié)器：

該MCU需要MCU自身內(nèi)部產(chǎn)生的1.1V電壓和必須通過穩(wěn)壓器從外部提供的3.3V電壓，這就是我原理圖中穩(wěn)壓器的使用。

USBC：

我收到了幾個(gè)關(guān)于“用于串行編程的USBC連接器的最佳設(shè)置是什么”的請求，在這里我使用了TypeC連接器，因此如果您愿意在您的任何設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中使用此連接器，那么您可以按照設(shè)置我原理圖中的USBC塊。

然后我將25個(gè)WS2812類型的RGBLED串聯(lián)起來，并配有一些100nF去耦電容。

關(guān)于PCB設(shè)計(jì)，您可以決定您選擇的形狀，在我的情況下，它是一個(gè)立方體形狀，這就是為什么所有Cube部件都必須具有矩形形狀（40毫米x40毫米），您可以選擇更大的尺寸，但40x40毫米是合適的尺寸以均勻分布RGBLED。

第2步：零件組裝

在生產(chǎn)和交付PCB設(shè)計(jì)后，我需要將電子元件焊接到一個(gè)單件的頂部和底部，然后我只在五件的底部焊接RGBLED，總共有六件創(chuàng)建立方體形狀。我使用了與PCB一起訂購的模板，這將有助于在PCB點(diǎn)上均勻分布焊膏。

可能你們中的一些人不熟悉PCB組裝，您可以訂購由您選擇的任何PCB制造商完全組裝的設(shè)計(jì)，此處我已經(jīng)添加了項(xiàng)目中的GERBER文件BOM和P&P文件。（GERBER可以點(diǎn)擊下載）

我使用熱板組裝立方體部件，由于我的熱板溫度低，我使用了低溫焊膏。

注意：完成組裝后不要忘記清潔組裝板上的助焊劑

拾取和放置文件.csv

BOM文件.csv

第3步：代碼準(zhǔn)備

使用這款RP2040MCU的最大優(yōu)勢是您可以通過ArduinoIDE對其進(jìn)行編程（除了其便宜的價(jià)格），所以我搬到了ArduinoIDE并帶來了Neopixel庫，它允許我探索一些預(yù)設(shè)的API來控制WS2812LED通過一個(gè)輸出引腳，是的，這是使用這些RGBLED類型的積極點(diǎn)，您可以將它們串聯(lián)在一起并通過單個(gè)輸出控制它們（意味著僅使用一個(gè)引腳控制150個(gè)LED）。

我創(chuàng)建了一些輕動(dòng)畫并通過一些功能對它們進(jìn)行排序，然后我通過板管理器將RaspberryPiPico板添加到我的IDE，因?yàn)檫@個(gè)Raspberry板具有與我正在使用的相同的MCU。

您可以通過下面的文件下載我在Cube上運(yùn)行的代碼。

注意：第一次運(yùn)行時(shí)，當(dāng)您通過USB連接板時(shí)，板不會出現(xiàn)在Arduino的端口列表中，但只需單擊上傳，它將接受代碼，然后它將出現(xiàn)在端口列表中

LED_Cube_RP2040.ino

第4步：CAD設(shè)計(jì)

組裝好立方體后，我們必須將它們連接在一起以完成立方體形狀，我設(shè)計(jì)了一個(gè)組裝輔助工具并3D打印了它來幫助我實(shí)現(xiàn)立方體碎片的組裝（查看隨附的圖像，粉紅色的立方體）

然后，我使用Solidworks為Cube設(shè)計(jì)了一個(gè)很好的支架，我將在組裝后放置我的Cube。

設(shè)計(jì)零件的所有STL文件都可供下載。

RP2040立方體組裝輔助工具.STL

支架Part1.STL

展臺Part2.STL

展臺Part3.STL

第5步：組裝和測試

由于我們制作的PCB設(shè)計(jì)有一個(gè)用于VDD、VSS、Din和Dout的側(cè)引腳，因此我們可以使用這些側(cè)引腳將立方體塊連接在一起，如下所示：

VDD----》VDD

VSS----》VSS

Dout----》Din

然后通過將一塊的一個(gè)串行側(cè)連接到下一塊的Din側(cè)來繼續(xù)其他部分

注意：

第一塊是有微控制器的。然后，我在3D打印支架上添加了一個(gè)電源開關(guān)和電源插孔連接器，并將電源線連接到我的Cube的VDD和VSS。

確保您使用的電源適配器能夠提供5V和高達(dá)2A的電流，因?yàn)檫@些LED在全亮度運(yùn)行時(shí)可能會下降高達(dá)1.3A。

一旦我打開電源開關(guān)，立方體就會發(fā)光，我的RGBLED就會顯示些美妙的彩色動(dòng)畫。