LED-Cube

LED-Cubes sind tolle Geräte, denn sie können leuchten und blinken. Die LEDs können einzeln angesteuert werden. Vor allem aber sind sie verhältnismäßig einfach zu bauen. Damit sind sie ein ideales Projekt für Lötanfänger, um aus möglichst wenig Arbeit möglichst viel Leucht herauszuholen.

Theorie


Warum leuchtet so ein Ding überhaupt? Eine Kurzbeschreibung am Beispiel eines 3x3x3-Würfels.

LED-Würfel bestehen aus Ebenen (hier 3) und Spalten (hier 3 mal 3, also 9). LEDs sind Dioden und leuchten demnach nur dann, wenn die Spannung richtigrum anliegt, deshalb haben sie einen Plus- und einen Minuspol. Beim LED-Cube werden nun jeweils alle Pluspole einer Spalte verbunden, sowie alle Minuspole einer Ebene. Legt man nun den Pluspol an eine Spalte und den Minuspol einer Ebene, kann zwischen diesen Strom fließen, und damit fangen die dazwischen liegenden LEDs an zu leuchten. Bei den anderen LEDs sind aber entweder Plus oder Minus nicht verbunden und damit leuchten sie nicht.

Ziemlich schnell fällt auf, dass man etwas eingeschränkt ist: so leuchten auf allen (aktiven) Ebenen die gleichen LEDs. Daher nutzt man die Trägheit des Auges aus: man schaltet die Ebenen so schnell durch (100 Mal pro Sekunde, oder öfter), dass es so aussieht, als ob alle LEDs gleichzeitig aktiv sind. In Wirklichkeit ist aber immer nur eine Ebene (und die gewünschten Spalten) aktiv.

Schieberegister
Da die Zahl der benötigten Ausgänge schnell ansteigt, werden die Würfel nicht direkt an den uC angeschlossen, sondern an Schieberegister. Am uC werden dann für beliebig große Würfel nur noch drei Pins für die Ansteuerung der Schieberegister benötigt.

Bei Schieberegistern kann man selten einzelne Outputs auf floating (d.h.: nicht verbunden) schalten. Also sind stets alle Ebenen aktiv?! Wir erinnern uns, dass ein LED-Cube aus LEDs besteht, und dass LEDs nur leuchten, wenn die Spannung richtig herum anliegt. Wir können LEDs also abschalten, indem wir sie verpolen, d.h. den Pluspol mit allen inaktiven Ebenen verbinden. Damit liegt an den LEDs entweder beidseitig Plus an (→ Spannungsunterschied 0 → kein Strom), oder Plus und Minus sind vertauscht und die LED damit verpolt.

Bauen
(vorläufig Instructables)

Anschließen


Besonders kleinere Würfel sind schnell gebaut und vermehren sich in Hackerspaces massenhaft. Irgendwann liegen in allen Ecken 23 Würfel herum. Schnell stellt man fest, dass das Anschließen auf Breadboards eine halbe Ewigkeit dauert, oder wegen verbogenen/zu kurzen Beinchen unmöglich ist. Anschluss von der Gerät ist absolut gar nicht schweißfrei.

Daher ist es sehr zu empfehlen, den Würfel auf ein kleines Stück Lochrasterplatine zu löten und diese mit einem Stecker zu versehen, mit dem das Würfelboard mit dem Controllerboard verbunden werden kann.

Die bisher im Chaosdorf gebauten 3x3x3-Würfel haben auf der Unterseite eine 6x2-Stiftleiste, deren Belegung aus nebenstehender Abbildung entnommen werden kann. Auf dem Kabelbaum befinden sich kompatible Würfel in allen Farben, ein AVR-basiertes Blinkgerät sowie ein Controllerboard für die r0ket mit l0dable (blink/cubeset.c0d).

To Do

 * 16x16x16 Würfel bauen
 * mit RGB-LEDs