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Topic: Generelle Frage zur Funktionsweise von LED-Würfel. (Read 7 times) previous topic - next topic

flomei

Hallo!
Ich hab mir in den letzten Tagen etwas angeschaut was so mit dem Arduino als Plattform realisiert wird und immer wieder stolpert man über größere oder kleinere LED-Würfel.

Mich beeindrucken die und ich würde irgendwann auch gerne einen bauen, deshalb hab ich eine generelle Frage zur Funktionsweise dieser Würfel bzw. zur Ansteuerung.

Der grundlegende Aufbau ist immer gleich:

Man baut eine Schicht von nxn LEDs und verbindet hier zunächst alle Anoden miteinander.

Dann werden die einzelnen Ebenen jeweils an den Kathoden miteinander verlötet.

Dann kommt meistens (immer?!) ein Multiplexer zum Einsatz um hintereinander die einzelnen Anoden-Gitter mit Plus zu verbinden und so immer (theoretisch) eine ganze Ebene zum Leuchten zu bringen.

Über Transistoren werden dann synchron dazu die "Anodenstränge" auf Masse gelegt.

D.h. in der jeweils aktiven Ebene leuchten dann die LEDs die zu dem Zeitpunkt auch mit Masse verbunden sind.

Wie werden diese nxn "Anodenstränge" angesteuert?

Ausgehend davon, dass wir ja nicht "unendlich viele" Datenpins haben und damit jede Spalte einzeln ansteuern können müssten hier auch wieder Multiplexer zum Einsatz kommen, oder?

Andererseits hab ich auch schon gelesen, dass zur Steuerung Schieberegister genutzt werden. Scheint, als gäbe es verschiedene Herangehensweisen, liege ich da richtig?

Besten Dank!

Gruß,
Florian
Beste Grüße
Florian

http://www.flomei.de

uwefed

#1
Jan 10, 2011, 01:51 am Last Edit: Jan 10, 2011, 01:59 am by uwefed Reason: 1
Hallo another_one

Quote
Über Transistoren werden dann synchron dazu die "Anodenstränge" auf Masse gelegt.
Die Anoden kommen au plus, die Katoden auf Masse.

Es gibt verschiedene Hardwarebausteine die zum Ziel führen.

Ich favorisiere gemeinsame Anoden da es mehr Bausteine gibt die Kathden auf Masse ziehen. Aber in der Funktionsweise sind beide Möglichkeiten äquivalent.

Bei einem 3x3x3 Würfel hat man dann 27 LED und 3 gemeinsame Anoden und 9 gemeinsame Katoden.
an den Katoden gibt man je einen Vorwiderstand.

Also braucht man 12 Ausgänge wobei die Katodenanschlüsse den einfachen LED-strom liefern müssen, die Anoden den 9-fachen LED-Strom.
Jeder Halbleiter ist geeignet der diese beiden Bedingungen erfüllt. Auch können für Anoden und Katoden verschiedene Bausteine verwendet werden. zb für die Anoden je ein Transistor und für die Katoden die Ausgänge des Arduinos wenn der LEDstrom max 20mA ist

Die Sachen werden kompliziert wenn:
* der Würfel größer ist
* farbige LEDs verwendet werden
* alle Farben (nicht nur die Hauptmischfarben bei voll leuchtenden LEDs) dargestellt werden sollen.

Einfarbig:
4x4x4 Würfen brauchen 4 Ebenen und 16 Zeilen und 64 LEDs
5x5x5 Würfen brauchen 5 Ebenen und 25 Zeilen und 125 LEDs
http://technabob.com/blog/2008/04/06/led-3d-cube-color-display/ ist ein 16x16x16 Würfel (4096 LEDS)

Ein RGB LED Würfel sind praktisch 3 einfarbige Würfel in einem Gehäuse. Die Ansteuerung ver-3-facht sich.

Wenn dan ein "Echtfarben RGB Würfel" werden soll müssen die Einzelnen LEDs noch für verschiedene Zeiten eingeschaltet werden. Man braucht eine andere besondere Steuerung oder PWM Bausteine.

Die Leds werden in multiplexing angesteuert.
Das heißt nach obengenannten Beispiel leuchten immer nur die LEDs einer Ebene. Dies kommt bei zu großen Würfeln dann zu Problemen weil die Einzeit zu kurz wird.
Die Wiederholfrequenz sollte über 50 Hz sein damit das Auge kein Flackern wahrnimmt. Bei einem 5x5x5 Würfel ist das dann eine Frequenz von 250Hz pro LED.
Bei größeren Würfeln unterteilt man sie deshalb besser in Untereinheiten, die elektrisch unabhängig voneinander angesteuert werden.

eine kleine Anleitung und erklährung für einen 3x3x3 Würfel
http://www.youtube.com/watch?v=lFDcdN47V5s&feature=related

Größere würfel gehen ins Geld und in dei Bauzeit da sich die LEDs kubisch vermehren, die Anoden quadratisch und die ebenen linear.

Ein 16x Würfel ist eine tolle Sache, aber auch eine extrem Teure und Arbeitsintensive.

Grüße Uwe

Megaionstorm

Ich empfehle für den Bau eines Led-Würfels sehr dünne aber denoch sehr stabile Streben. Damit diese nicht die Sicht auf die dahinter liegenden Leds versperren !
Mein Arduino Projekte Blog:
http://ardu-megatank.blogspot.de/

apogee

Grössen im normalsterblichen Bereich kann man auch direkt aus den Leds löten ohne streben.

flomei

Hallo!

Vielen Dank für eure Antworten, ich hatte in den letzten Tagen keine Zeit darauf zu antworten.

Ich denke, ich möchte einen 5³ Würfel bauen. Ok, vielleicht vorher noch einen 3³, aber ein 5³er wäre dann schon schön.

Dabei habe ich also eine "Flächengröße" von 25 LEDs. Laut Herstellerangaben haben die einen Nennstrom von 20 mA.

Wenn ich mich richtig an meine E-Technik-Grundlagenvorlesung erinnere, dann addieren sich die Ströme der Zweige einer Parallelschaltung zu einem Gesamtstrom der über den gesamten Baum fließt. Kirchhoffsche Regeln waren das, oder?

D.h. für meinen "Ebenenanodenanschluss" (ihr wisst schon was ich meine... ;-D) benötige ich eine Konstantstromquelle mit einer Leistung von 500 mA (25 x 20 mA), oder? Bei diversen LED-Shops werden entsprechende Stromquellen angeboten, eignen die sich dafür oder muss man hier selber etwas bauen?

Multiplexer habe ich teilweise verstanden, glaube ich. Die Logiksache an sich, ist da für mich als informatiklastigen eher kein Problem, eher die Technik...

Ich habe mir mal beispielhaft den 74HC 4051 rausgesucht. Den gibt´s ja zum Beispiel bei Reichelt. Da habe ich 3 Steuereingänge und damit 8 Datenausgänge. Der würde sich dafür eignen die Ebenen des Würfels durchzuschalten.

Jetzt stolpere ich gerade aber wieder etwas über mein elektrisches/elektronisches Verständnis.

Im Datenblatt ist nicht beschrieben, welchen Strom dieses Bauteil aushält. Kann man da einfach die 500 mA durch jagen?

Ebenso haben die Konstantstromquellen keine Angabe über die Ausgangsspannung. Da kann ich beispielhaft 7-30 V Eingangsspannung haben, aber ich finde keine Angabe über die Ausgangsspannung. Für mich gehören Spannung und Strom aber zusammen. Ich glaube, hier besteht wieder Aufklärungsbedarf für meine Seite... ;-D

Dann komme ich noch kurz zu den Kathodensträngen für die Reihen/Spalten.

Hier würde ich ja 25 Ausgänge benötigen, die mir mein Uno so nicht zur Verfügung stellen kann.
Ich würde als einen Multiplexer mit 5 Eingängen benötigen (wären dann theoretische 32 Ausgänge) und da wieder eine KSQ mit 100 mA Leistung drüber "verteilen" (ne, brauch ich ja doch nicht, weil Dank des Multiplexers immer nur eine Ebene und damit eine LED pro Kathodenstrang aktiv ist), oder?

Bisher habe ich keinen entsprechenden Multiplexer gefunden, würde man dann hier einfach 4 x den oben genannten 74HC 4051 nutzen oder gibt es da eine andere Lösung?

Besten Dank!

Gruß,
Florian
Beste Grüße
Florian

http://www.flomei.de

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