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12.01.2019

4x4x4 LED-Matrix

Vor Kurzem habe ich für wenig Geld aus China den Bausatz ICSTATION 4x4x4 Light Cube von ICStation erworben und den Zusammenbau hier dokumentiert.
Zusätzlich zu diesem Bausatz wird noch ein Arduino Uno R3 benötigt, der die Steuerung des Shields übernimmt.

Video: Demonstration der 4x4x4 LED-Matrix

Inhalt des Bausatzes

Bausatz der 4x4x4-LED-Matrix
Abb.: Bausatz der 4x4x4-LED-Matrix

Anschlüsse

Schaltplan der 4x4x4-LED-Matrix
Abb.: Schaltplan der 4x4x4-LED-Matrix

D0 bis D15 sind die Pin für die LED-Anoden (+). D16 bis D19 sind für die LED-Kathoden (-).

74HC595 Pin Arduino Pin
SH 0
ST 1
OE 2
DS 3
D16 4
D17 5
D18 6
D19 7

Zusammenbau

Original-Anleitung von ICStation (eng.) [1,06MB]

Zunerst werden die Pins der Buchsenleiste (rund) einzeln abgetrennt und vorsichtig von ihrer Kunststoff-Isolierung befreit. Jeder Pin wird nun in eine Dxx-Lötstelle der Platine eingelötet.

Runde Buchsen sind in den Lötstellen für die LEDs eingelötet worden
Abb.: Runde Buchsen sind in den Lötstellen für die LEDs eingelötet worden

Jetzt können alle anderen Bauteile (Widerstände und IC-Sockel) ebenfalls in die Platine eingelötet werden.

Aufgelötete Bauteile auf der Shield-Platine
Abb.: Aufgelötete Bauteile auf der Shield-Platine

Um die LED-Matrix aus den einzelnen LEDs zu formen werden zunächst alle LEDs mit einer 3V-Knopfbatterie (CR2032) auf Funktionsfähigkeit getestet. Dann werden die Beine der Kathode(-) (kürzeres Bein) jeder LED wie auf dem folgenden Bild um 90° gebogen:

Gebogene Kathode der LED
Abb.: Gebogene Kathode der LED

Nun werden bei zwei 400er Breadboards jeweils eine Seite von +/- Terminal befreit, sodass sie zusammengesteckt werden können. Nun werden im Abstand von ca. 2cm jeweils ein Paar der Sockelleisten-Stifte in einer 4x4 Matrix aufgesteckt.

Breadboards mit entfernten Stromleisten
Abb.: Breadboards mit entfernten Stromleisten und zwei Paaren an Stiften.
Detailansicht des Breadboard mit Stiften
Abb.: Detailansicht des Breadboard mit Stiften
4x4-Matrix an Stiften auf den beiden zusammengesteckten Breadboards
Abb.: 4x4-Matrix an Stiften auf den beiden zusammengesteckten Breadboards

Die gebogenen LEDs werden nun zwischen die Stifte gesteckt, sodass die Kathoden nach rechts zeigen und die Anoden unten liegen. (Polung auf keinen Fall verwechseln!)

LEDs stecken zwischen den Stiften
Abb.: LEDs stecken zwischen den Stiften

Die Kathoden können nun an den Berührungsstellen zusammengelötet werden. Vorsicht beim Löten, damit später keine Kurzschlüsse entstehen können!

Einige zusammengelötete LEDs
Abb.: Einige zusammengelötete LEDs
Einige zusammengelötete LEDs
Abb.: Einige zusammengelötete LEDs

Nun werden immer vier LEDs waagrecht zusammengelötet, bis vier Reihen fertig sind. Diese LED-Reihen werden nun an der Anode (+) jeweils zusammengelötet, so dass eine 4x4-LED-Matrix entsteht. Davon gibt es später vier Stück und sie sind die senkrechten Bestandteile der späteren 4x4x4-Matrix.

Zusammengelötete 4x4-LED-Matrix (Spalte)
Abb.: Zusammengelötete 4x4-LED-Matrix (Spalte)
Verbundene Anoden der LEDs
Abb.: Verbundene Anoden der LEDs
Verbundene Anoden der LEDs
Abb.: Verbundene Anoden der LEDs

Wenn alle vier LED-4x4-Spalten fertig sind, dann werden diese vorsichtig in die Buchsen auf der Platine eingesteckt, so dass die freien Kathoden-Enden nach rechts (Richtung D16-D19) zeigen.
Diese Enden werden nun waagrecht um 90° gebogen und zusammengelötet, sodass der Würfel Halt bekommt.

Verdrahtete LED-Buchsen auf der Platine
Abb.: Verdrahtete LED-Buchsen auf der Platine

Die verbleibenen Ecken (Ebenen) der Kathoden werden mit kleinen isolierten Drähten oder Kabeln mit den jeweiligen Buchsen D16-D19 verbunden: Obere Ebene → D16; zweite Ebene → D17; dritte Ebene → D18; unterste Ebene → D19.

Ebenen werden mit isolierten Drähten verlötet
Abb.: Ebenen werden mit isolierten Drähten verlötet

Damit ist der 4x4x4-Würfel fertig und es müssen nur noch die Shield-Stiftleisten für das Einstecken in der Arduino eingelötet werden.

Betriebsbereites LED-Matrix-Shield auf den Arduino gesteckt
Abb.: Betriebsbereites LED-Matrix-Shield auf den Arduino gesteckt

Demo I.

Der folgende Code stammt von der Herstellerfirma. Hierbei wurden folgende Dateien verwendet: ICStation_Light_cube.cpp und ICStation_Light_cube.h

#include "ICStation_Light_cube.h"

ICStation_Light_cube myCube;

void setup()
{
}

void loop()
{
    myCube.run_example();
}

Demo II. und III.

Die folgenden Sketche habe ich im Internet gefunden und funktionieren soweit ganz gut:
LED-Cube-Test 1
LED-Cube-Test 2

Demo IV.

In dem Git-Repository MD_Cubo gibt es sogar Unterstützung für andere LED-Würfel-Typen. Dieser von ICStation wird auch unterstützt.