Cubo Led 5x5

Cubo led 5x5 Fredy Danilo Libreros, Brian Bastidas [email protected],[email protected]

Resumen —Este documento es un recuento de como es el diseño y funcionamiento de un cubo led de matriz 5x5 empezando desde su diseño estético hasta su código fuente para el pic, se verán una muestra de la programación, la simulación en el programa proteus y también imágenes y conclusiones y diversos problemas y soluciones.

Introducción

E L cubo led es una idea de visualización de letras o diversas figuras programadas previamente a un microcontrolador pic quien será el encargado que esto se lleve a cabo, (Programmable Integrated Circuits = PIC) son componentes sumamente útiles en la Electrónica de Consumo. Aun cuando son conocidos desde hace más de veinte años, existen en la actualidad nuevos tipos que cumplen con una serie de requisitos y características sumamente útiles. Como una primera aproximación podemos definir a un PIC como ―un chip que me

permite obtener un circuito integrado a mi medida‖, es decir puedo hacer que el PIC se comporte como un procesador de luminancia o un temporizador o cualquier otro sistema mediante un programa que le grabo en una memoria ROM interna.

l movimiento de los led’s en diversos sentidos tiempos y formando figuras se

hacen utilizando Cubo led 5x5 Fredy Danilo Libreros, Brian Bastidas [email protected],[email protected]

Resumen —Este documento es un recuento de como es el diseño y funcionamiento de un cubo led de matriz 5x5 empezando desde su diseño estético hasta su código fuente para el pic, se verán una muestra de la programación, la simulación en el programa proteus y también imágenes y conclusiones y diversos problemas y soluciones.

Introducción

E L cubo led es una idea de visualización de letras o diversas figuras programadas previamente a un microcontrolador pic quien será el encargado que esto se lleve a cabo, (Programmable Integrated Circuits = PIC) son componentes sumamente útiles en la Electrónica de Consumo. Aun cuando son conocidos desde hace más de veinte años, existen en la actualidad nuevos tipos que cumplen con una serie de requisitos y características sumamente útiles. Como una primera aproximación podemos definir a un PIC como ―un chip que me permite obtener un circuito integrado a mi medida‖, es decir puedo hacer que el

PIC se comporte como un procesador de luminancia o un temporizador o cualquier otro sistema mediante un programa que le grabo en una memoria ROM interna. l movimiento de los led’s en diversos sentidos tiempos y formando figuras se

hacen utilizando el principio de las matrices.

Se denomina matriz a todo conjunto de números o expresiones dispuestos en forma rectangular, formando filas y columnas. El número de filas y columnas de una matriz se denomina dimensión de una matriz. Así, una matriz será de dimensión: 2x4, 3x2, 2x5,... Sí la matriz tiene el mismo número de filas que de columna, se dice que es de orden: 2, 3.

El conjunto de matrices de m filas y n columnas se denota por Amxn o (aij), y un elemento cualquiera de la misma, que se encuentra en la fila i y en la columna j, por aij.

OBJETIVOS

• Unificar  todos los conocimientos adquiridos durante las clases en el semestre

para diseñar un código fuente que maneje el cubo led a disposición de quien lo quiera mover, el código debe ser de fácil entendimiento para una persona externa que lo quiera interpretar. • Realizar un montaje adecuado y diseño de la placa impresa de la mejor calidad

posible para darle un mejor acabado al proyecto. • Poner a prueba el ingenio para ir mas halla de solo el diseño y también realizar

una comunicación con el computador utilizando los pines del pic para esto que son los RX, TX respectivamente.

procedimientos

Para realizar este proyecto de deben cumplir estos diversos puntos: • Realizar una investigación guía para poder saber cómo empezar con el proyecto

ya sea viendo modelos similares para usarlos como referencia o diseñar desde cero con su conocimiento. [pic] Imagen referencia de diseño de un cubo led matriz de 5x5 de otra autoría el cual presenta un método sencillo y las bases claves para realizar este proyecto.

• Realizar un montaje (simulado) para poder partir de el para realizar el diseño final

el cual será real [pic] Esta es la imagen de la simulación de como seria un cubo led matriz 5x5 se puede ver claramente que no se pueden poner los leds sobrepuestos por lo que se usan a los lados, también se aprecia con más claridad los transistores encargados del control de encendido y apagado de cada led, ya que hay 25 transistores quienes se encargan de las columnas, y otros 5 más quienes se encargan de los niveles, los transistores que tienen una función de interruptores, y quien le envía estas señales a los transistores no es nada menos que el pic con los datos ya programados.

• Teniendo en cuenta lo anterior programar en el lenguaje de programación que se

maneje (pic c) [pic] Pic c es una herramienta muy completa que permite realizar diversos códigos de manera versátil, y así haciendo que el mismo código es distinto dependiendo de quién sea el que lo diseñe.

• Realizar diversas pruebas con la simulación para t ener una idea y saber si lo

hecho esta realmente bueno o no, además ver que más se puede adicionar (funciones), para que el programa sea de la mejor calidad y que el resultado sea mejor. [pic] Se ve como el código diseño puede por medio de computadora cambiar lo que se va mostrar en la salida, este código permite que se visualicen letras o mensajes mostrados letra a letra o una seria de figuras todo por medio del computador.

• Pasar la simulación a la realidad realizando el diseño del impreso (circuito  final)

para la placa donde va ir el proyecto [pic] Diseño final para empezar lo que será el proceso de quemado de la placa de cobre, caramente se ve que no es un diseño sencillo ya que tiene muchos caminos y se pueden haber muchos errores al momento de quemarse la placa ya que cualquier camino que se pierda queda completamente malo y se perdería todo lo hecho.

• Realizar también las pruebas de calidad y ver si el programa funciona de la

misma manera como lo hace en la simulación. [pic]

[pic] Montaje equivalente a lo que sería el cuerpo del proyecto la matriz de leds (cubo).

 ANALICIS DE FUNCIONAMIENTO Y PROBLEMAS ENCONTRADOS

Durante este tiempo el que se realiza este proyecto se pueden apreciar algunos puntos para tener en cuenta, uno de ellos es el diseño de la placa impresa ya que es difícil por su cantidad de líneas las cuales se tiene que tratar en lo posible de no dejar que queden bien hechas porque donde se pierda la continuidad se pierde todo, también el diseño del código ya que este uno de los primero problemas es la ubicación de los pines para cada matriz ya que las matrices utilizan casi en la totalidad las salidas del microcontrolador, además también teniendo en cuenta que se tiene que dejar libres los pines necesarios para la comunicación microcontrolador-computador, esto presenta un condicionamiento muy importante ya que es parte de los objetivos, otro es conseguir un sistema que se encargue de la comunicación, se puede usar el rs232 que es un pequeño dispositivo diseñado para realizar comunicación serial entre pic y computador, como la tecnología ha venido evolucionando esto ha hecho que el puerto serial desaparezca de los computadores haciendo que también estos dispositivos cambien y también traigan conexión USB. [pic]

También como dato importante es el hecho que cada dispositivo tiene unos drivers

especializados los cuales se deben buscar por internet o pedirlos al fabricante directamente. El problema principal de este diseño fue la realización del impreso en la placa de cobre ya que como son tan delgadas las líneas de transmisión es casi que inevitable que por los métodos caseros no se perdieran por lo menos una de estas líneas, haciendo así cada vez más difícil este proyecto. También es importante mencionar que la comunicación serial es difícil de conseguir por lo cual toca usar métodos alternativos como las compras por internet a otras ciudades y con el disponiendo de un tiempo para la entrega de este dispositivo y generando un gasto adicional.

Conclusiones

• Para trabajar  con microcontroladores de gran tamaño se debe tener muy en

cuenta que como tiene tantas salidas el diseño del impreso debe ser espacioso lo que hace que no sea un proyecto pequeño además entre mejor sea el espacio más lugares se tienen para poder trazar las líneas • Las simulaciones juegan una parte clave ya que sin ellas no se podría dar un

parte de tranquilidad para poder realizar el diseño final ya que con las simulaciones ya se sabe si lo que se está realizando tiene un alto porcentaje de funcionar o solo es una especulación también con ella puedes corregir diseño o implementarle mas a la idea inicial • Conocimientos básicos como el de las matrices es esencial para poder entender

a fondo el código ya que la combinación de cada letra se puede ver de forma matricial.

Principio de funcionamiento. El proyecto se basa en unir 5 matrices cuadradas de 5x5 leds, de tal manera que cada led pueda encenderse de manera independiente, crear figuras y de la misma manera letras y algunas imágenes. Para poder encender cada led individualmente se utilizaran transistores para las líneas de poder del led, de esta manera el transistor funciona como una llave para la circulación de la corriente; se demostrara el funcionamiento mediante una tabla de verdad: Control 1 0 1 0 1 Control 2 0 0 1 1 D1 (LED) 0 0 0 1 (Figura 1. Principio de funcionamiento) Siendo ―Control 1‖ el transistor que maneja un nivel y ―Control 2‖ el transistor que maneja la columna (figura1).

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Listado de materiales Cubo LED 5x5x5  – por Erick Gianpaul Arias Devia  A continuación se encuentran los materiales necesarios para construir el Cubo LED 3D, en la siguiente disposición: NOMBRE DEL MATERIAL - (NOMBRE EN EL PCB) - CANTIDAD Recuerde que todos estos componentes son indispensables para que el proyecto pueda llevarse a cabo satisfactoriamente y funcione a la perfección. PIC 16F877a (16F877) Zócalo 40 pines (16F877) – puede ser remplazado por conectores SLI (20 para cada lado del PIC) LM7805 (Limitador) Radiador para LM7805 (Limitador) Jack DC (Jack DC) Cristal 4MHz (Cristal) Diodo 1N4001 (D1) Jumper sencillo (On/Off + MCLR) x2 Transistor BC337 (Q1-Q5) x5 Transistor BC547 (Q6-Q30) x25 Resistencia 330ohm (R1-R5) x5 Resistencia 470ohm (R32) – si este valor no funciona es necesario utilizar un valor menor. Resistencia 1kohm (R31) Resistencia 1,8kohm (R6-R30) x25 Condensador 470uF (C1) Condensador 100nF (C2-C3) x2 Condensador 15pF (C4-C5) x2 Conector SLI individual (Col1-Col25 + Nivel 1-Nivel 5) x30 LED (pueden ser de 3mm o de 5mm) x125 Materiales adicionales para su construcción: Brocas de 0.5mm o 0.6mm, 0.8mm, 1mm, 3mm y 5mm de Diámetro. Programador de PICs (PicKit Clone funciona) Pulsador normalmente abierto que puede usarse en remplazo del Jumper sencillo (MCLR), se utiliza para polarizar resetear el PIC con el MCLR. Switch (no pulsador), que puede usarse en remplazo del Jumper sencillo (On/Off), se utiliza para encender o apagar el Cubo de LEDs por completo. Alambre de línea telefónica, el cual sustituye la capa superior de la plaqueta en caso de usar PCB de una sola capa.

Tips de Construcción: Es recomendable hacer todas las perforaciones de la placa con una broca de 0.5mm a 0.8mm de diámetro, las únicas perforaciones que se hacen con una broca de 1mm son las del limitador, para el Jack DC es relativa la perforación (dependiendo del Jack que se adquiera). No soldar ningún componente antes de tener la matriz tridimensional de LEDs totalmente lista. El PCB del cubo contiene una matriz de 25 agujeros de 5mm de diámetro, la cual esta diseñada exclusivamente para crear los niveles del Cubo de LEDs, colocando leds en cada uno de los agujeros en la misma dirección, luego de tener los 25 leds en la matriz se procede a doblar los terminales positivos de cada led, dejando los terminales negativos totalmente perpendiculares a la placa del circuito, cada terminal positivo debe tocar el terminal positivo del siguiente led formando así cinco líneas de 5 leds, luego de tener las 5 líneas procedemos a soldar horizontalmente los terminales positivos con alambre de línea telefónica, es aconsejable crear una malla muy estable para no tener complicaciones mas adelante. Después de tener listos los 5 niveles listos procedemos a soldar los terminales negativos de los leds de un nivel con los del siguiente de tal manera que el extremo del terminal negativo del led que se encuentra en el nivel superior quede soldado en la base del terminal negativo del led que se encuentra en el nivel inferior, luego de soldar los 5 niveles tendremos una matriz tridimensional de 125 leds. Los terminales negativos del nivel 1 encajan directamente en los conectores SLI individuales de la placa que hacen referencia a las columnas, para los niveles se utiliza alambre de línea telefónica para conectar cada nivel de terminales positivas a los conectores SLI individuales de la placa que hacen referencia a los niveles. Después de soldar todos los componentes se recomienda aislar la placa, preferiblemente con pintura acrílica o de aceite. Los agujeros que hay en los extremos de la placa son para tornillos, en caso de que se quiera fijar la placa a una base de cualquier material se recomienda usar una o dos tuercas de la misma medida del tornillo para separarla de la base. Distribución de pines del Cubo de LEDs: Puerto A = Columnas 1 a 6 Puerto B = Columnas 7 a 14 Puerto C = Columnas 15 a 22 Puerto D = Nivel 1 a 5 (RD5, RD6 y RD7 no se utilizan) Puerto E = Columnas 23 a 25 Contenido totalmente hecho por Erick Gianpaul Arias Devia Colombia, Bogotá D.C.