Cubo LED com Arduino: Construa um Arduino

Mar 18, 2024

Propomos aqui um projeto que irá encantá-lo pelo seu jogo de luz, ainda mais fascinante no escuro, baseado justamente em diodos emissores de luz; para ser exato, uma matriz de LEDs monocromáticos em três dimensões, dispostos no espaço para formar um cubo.

É algo marcante e ao mesmo tempo simples, ao alcance até dos mais novos e de quem se inicia na electrónica; acrescente a isso o fato de que nenhuma placa de circuito impresso precisa ser construída para sua realização, uma vez que as conexões da estrutura cúbica são feitas soldando os terminais do LED entre si, e as conexões dos terminais, à unidade controladora, podem ser configuradas através de um placa de prototipagem matricial.

A estrutura do cubo consiste em quatro níveis (camadas) de diodos emissores de luz soldados entre si após dobrar adequadamente seus terminais e organizá-los com a polaridade adequada. Cada nível é composto por 4 filas, que por sua vez são compostas por 4 LEDs, num total de 16 LEDs por camada; portanto, o cubo consiste em 64 LEDs no total. Tudo isso é gerenciado por uma placa Arduino Nano por meio de conexões feitas com fios que transportam a energia e são soldados a uma placa matriz multifurada. O firmware determina quais LEDs no cubo acenderão e quais não acenderão, criando efeitos de iluminação ao acioná-los em multiplex. Nosso projeto de cubo de LED precisa então dos seguintes elementos:

Carregaremos na placa Arduino um firmware que escrevemos especialmente e disponibilizamos para você no final desta página.Eletricamente, o diagrama de conexão é mostrado emfigura 1 , que indica a correspondência entre as linhas do Arduino Nano e as linhas de LEDs. Mais precisamente, a linha e o número de LEDs são indicados entre parênteses: por exemplo, (1, 2) significa que o pino correspondente do Arduino deve ser conectado ao segundo LED da linha 1; é por isso que no diagrama esses pares de números são indicados como Y, X.

Em vez disso, as camadas de 16 LEDs correspondem cada uma a Z e devem ser conectadas aos pinos A0 (A), A1 (B), A2 (C) e A3 (D). A designação Z é mais que apropriada porque as camadas estão dispostas verticalmente, portanto, precisamente, no eixo Z, enquanto X e Y são a largura e a profundidade do cubo, definidas por coluna. 2, que mostra a disposição espacial dos LEDs e esclarece as conexões dos pares de números mostrados na Figura 1.

Cada conexão com as E/S do Arduino aciona um ânodo dos LEDs, enquanto os cátodos são unidos entre os diodos de cada plano e vão para as linhas A, B, C, D, que serão cicladas para nível lógico baixo. Assim, no que diz respeito ao hardware, cada coluna do nosso cubo está conectada a um bloco de E/S na placa, de modo que cada pino possui 4 LEDs conectados a ele; mas como nosso Arduino Nano possui apenas 14 pinos digitais teremos que converter 2 pinos analógicos em pinos digitais, para obtermos 16 pinos digitais (13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4 , 3, 2, 1, 0, A5, A4) que nos permitirá ligar ou desligar a coluna que desejamos.

Aplicamos o mesmo procedimento aos 4 níveis, aos quais conectamos 4 pinos (A3, A2, A1 e A0): cada pino controla um nível, de forma que ao combinar a seleção (ligação) de um nível específico (camada ) com a seleção de uma coluna específica dentre as 16 citadas acima, poderemos dizer ao Arduino qual LED acender e qual deixar apagado. Usando este artifício poderemos realizar este projeto com apenas 20 pinos de E/S, o que teria sido impossível se tivéssemos conectado um LED a cada pino, pois nesse caso precisaríamos de 64 pinos e, claro, os de um pequeno Arduino Nano não teria sido suficiente. Para resumir, para controlar cada LED de forma independente, dividimos o cubo em níveis (horizontal) e colunas (vertical). Cada LED colocado no mesmo nível (piso) terá o cátodo (-) em comum com os outros LEDs no mesmo nível enquanto, em vez disso, cada LED colocado na mesma coluna terá o ânodo (+) em comum com o outro LEDs na mesma coluna. Ao todo, serão 4 pinos para controle, que servirão para selecionar o plano a ser alimentado e 16 ânodos que alimentarão as colunas individuais. Quando precisarmos acender um determinado LED teremos que nos certificar de que seu plano seja levado ao zero lógico e que a coluna a que pertence esteja ativa, ou seja, levada ao zero lógico.