發(fā)光魔法LED立方體開源分享

描述

我完全從零開始設(shè)計了這個項目的每一個部分，創(chuàng)造了一個很酷的發(fā)光魔法 LED 立方體，主要用于燈光動畫，基本上可以用于電子實驗室的裝飾。

圍繞令人敬畏的RP2040微控制器設(shè)計，并充滿電子熱情

所有使用過的項目都通過這篇文章完整記錄，并且您擁有重建此項目所需的所有必要文件，因此只需按照步驟操作即可。

如果您不喜歡閱讀，那么視頻可能是一個不錯的選擇：）

您將在這里學(xué)到什么：

• RP2040 MCU的基本電路設(shè)置
• 一些電子組裝技巧
• 使用 WS28xx LED 的優(yōu)勢
• 當(dāng)然，你會從這個項目中獲得更多的創(chuàng)意靈感

從所需用品開始

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所需工具：

• 焊盤（您可以使用 Uyue 948S+ 型號）
• 烙鐵
• 低溫型材焊膏
• 錫膏沉積刮刀

所需軟件：

• Altium 設(shè)計師作為 ECAD 用于 PCB 繪圖
• Solidworks 作為 CAD 用于房屋設(shè)計
• Cura 作為 3D 打印的切片機
• Arduino IDE

注意：您可以從文章鏈接下載必要的 CAD 文件

電路設(shè)計

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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。因為我正在處理 RaspberryPi 基金會的 RP2040 MCU，所以我轉(zhuǎn)到他們的網(wǎng)站，在那里我找到了一個有趣的鏈接文檔，指向推薦的電路設(shè)置，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 Altium Designer 上創(chuàng)建了一個電路設(shè)計（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主要塊：

• RP2040 設(shè)置：

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

• 內(nèi)存芯片：

也許這個微控制器看起來與其他微控制器有點不同，因為它需要一個外部存儲芯片來加載程序代碼，這就是我使用 QSPI 存儲芯片（推薦W25Q128JVS設(shè)備）的原因。

• 電壓調(diào)節(jié)器：

該 MCU 需要 MCU 自身內(nèi)部生成的 1、1V 和必須通過穩(wěn)壓器從外部提供的 3、3V，這就是我原理圖中使用穩(wěn)壓器的方法。

• USB C：

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

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

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關(guān)于 PCB 設(shè)計，您可以決定您選擇的形狀，在我的情況下，它是立方體形狀，這就是為什么所有 Cube 部件都必須具有矩形形狀（40mm x 40mm），您可以選擇更大的尺寸，但 40x40mm 是合適的尺寸以均勻分布 RGB LED。

注意：您可以從此鏈接下載 PCB 設(shè)計 GERBER 文件

零件組裝

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在生產(chǎn)和交付 PCB 設(shè)計后，我所需要的就是將電子元件焊接到一個單件的頂部和底部，然后我只在五件的底部焊接 RGB LED，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 點上均勻分布焊膏。

可能你們中的一些人不熟悉 PCB 組裝，這不是問題，因為您可以訂購由您選擇的任何 PCB 制造商完全組裝的設(shè)計，只要您有我已經(jīng)添加到此項目中的 GERBER 文件 BOM 和 P&P 文件. （GERBER 可通過此鏈接下載）

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

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代碼準備

使用這款 RP2040 MCU 的最大優(yōu)勢是您可以通過 Arduino IDE 對其進行編程（除了其便宜的價格），所以我搬到了 Arduino IDE 并帶來了 Neopixel 庫，它允許我探索一些預(yù)設(shè)的 API 來控制 WS2812 LED 通過一個輸出引腳，是的，這是使用這些 RGB LED 類型的積極點，您可以將它們串聯(lián)在一起并通過單個輸出控制它們（意味著僅使用一個引腳控制 150 個 LED）。

我創(chuàng)建了一些輕動畫并通過一些功能對其進行排序，然后我通過板管理器將 Raspberry Pi Pico 板添加到我的 IDE，因為該 Raspberry 板具有與我正在使用的相同的 MCU。

您可以通過該項目的文件下載我在 Cube 上運行的代碼。

注意：在第一次運行時，當(dāng)您通過 USB 連接板時，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

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CAD設(shè)計

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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)計了一個組裝輔助工具并 3D 打印了它以幫助我實現(xiàn)立方體碎片的組裝（查看附件圖像，粉紅色的立方體）

然后，我使用 Solidworks 為 Cube 設(shè)計了一個好的支架，我將在組裝后設(shè)置我的 Cube。

設(shè)計零件的所有 STL 文件均可下載。

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組裝和測試

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由于我們制作的 PCB 設(shè)計有一個用于 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：

第一件| 第二件

VDD ----> VDD

VSS ----> VSS

嘟嘟---->丁

然后通過將一塊的 One Dout 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。

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然后，我在 3D 打印支架上添加了一個電源開關(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 2A 的電流，因為這些 LED 在全亮度運行時可能會下降至 1.3A。

一旦我打開電源開關(guān)，立方體就會發(fā)光，我的 RGB LED 會通過一些美妙的彩色動畫跳舞。

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而已！也許我可以改進這個項目，所以我指望你的創(chuàng)造性思維，隨時通過評論部分給我寫你的建議。

感謝您的閱讀！