4x4x4 Led RGB Cube

Hi,

ich bin auch am entwickeln eines RGB Led Cubes.
Allerdings mit einem etwas anderen Ansatz als die meisten anderen.
Meine Lösung ist sehr PC basiert. Ich habe eine Serversoftware für den PC unter QT und C++ geschrieben.
Diese unterstützt folgende Funktionen:
-Pattern Editor (einzelne Pixel oder Gruppen können mit 256^3 verschiedenen Farben eingefärbt werden)
-Simulation des Würfel in OpenGL
-Bewegtbilder (einzelne Fixbilder können zu Bewegtbildern zusammengefügt werden und so eine Animation von Hand erstellt werden)
-Speichern von Bildern und Filmen

Für die Zukunft sind noch folgende Features geplant:
-Farbübergänge(wie weiß ich noch nicht so wirklich, aber da fällt mir sicher noch was ein)
-Anbindung an Winamp/iTunes etc. Visualisierung der Musik auf dem Würfel
-Verbindung zum Würfel über TCP/IP
-Kaskadierung von Würfeln. (Die Patterns werden aufgesplittet und an verschiedene IP Adressen verteilt. So können Kompakt gebaute Würfel nebeneinander gestellt werden und als ein großes 3D Display angesteuert werden)
-Komplexe Animationen, die automatisiert Ablaufen
-eventuell Ansteuerung über eine Software Midi Schnittstelle. Hier habe ich noch keine Ahnung wie ich das realisieren soll. Muss aber irgendwie gehen.

Der Würfel soll als Basisplatine das AVR Net IO von Pollin verwenden.
Darauf möchte ich eine modifizierte Arduino Version laufen lassen um die Programmierung zu vereinfachen.
Arduino unterstützt z.B. von Haus aus den ENC28J60.

Das Projekt möchte ich gerne als OpenSource veröffentlichen und hoffe bei späteren Funktionen auch auf Mithilfe.

Ich bin allerdings Informatiker und kein Elektroniker. Deshalb bräuchte ich beim Schaltplan und der Auslegung der Hardware ein wenig Hilfe.

Ich möchte Leds mit gemeinsamer Anode(-) verwenden.
Die Ansteuerung möchte ich über 16*3 Säulen realisieren.
Die führt dazu dass ich 48 Ausgangspins bräuchte. Recht einfach scheint eine Ansteuerung der 74HC595 zu sein. An diese kommt man auch sehr einfach. Ich steuere also die LED Kathoden aller LEDs in einer Säule gemeinsam an.
Um jede LED einzeln anzusteuern muss ich aber noch irgendwie durch die Ebenen Multiplexen. Dies würde z.B. über BC547 funktionieren. Um den Lötaufwand etwas geringer zu halten dachte ich an das Darlington Array ULN2803A. Hier möchte ich dedizierte Portpins pro Ebene verwenden.
Warum? weil ich sie zur Verfügung habe und es die schnellste Lösung ist.

Die ULN2803A haben soweit ich weiß interne Widerstände?
Ich denke dann benötige ich keine Vorwiderstände mehr für die LEDs.
Sehe ich das Richtig?
Wenn nein? Welche Werte benötige ich denn?
Ich nehme an zwischen den 74HC595 und den LEDs selbst?

Desweiteren Frage ich mich wie das mit den Strömen bei den LEDs aussieht. Durch das Multiplexing habe ich ja bei den normalen 20mA einen Helligkeitsverlust.

Nach meinem Verständnis müsste ich ein 1/4 Multiplexing haben, da ich ja die einzelnen Farben der einzelnen LEDs in jeder Ebene gleichzeitig Ansteuern kann.

Als LEDs möchte ich aufgrund des Preises diese hier verwenden:
http://cgi.ebay.de/100-RGB-Ultra-LED...item2556fd38c6

Laut Datenblatt sind 200mA für den kompletten Controller und 40mA pro Ausgangspin ok.
Das heißt als maximalen Strom pro Led kann ich 40mA festlegen. Das bedeutet beim 1:4 Multiplexing eine Helligkeit wie bei 10mA pro Led.
Ist das noch ausreichend von der Helligkeit?
Ich komme dann auf eine Belastung des Controllers mit 40*3mA also 120mA. Das dürfte Save sein.

Sind meine Überlegungen soweit korrekt?

Nun zu meinem Problem. Die 74HC595 haben soweit ich das verstanden habe keine Slave Select Leitung. Am SPI hängt aber der ENC28J60.

Demnach muss ich die 74HC595 ja über Software SPI ansteuern.
Reicht die Geschwindigkeit hier für PWM noch aus?
Ich dachte an 4bit PWM in Software? Das sollte für einen flüssigen Farbübergang doch ausreichen?

Wichtig: Das ganze sollte problemlos nachzubauen sein (auch auf Lochraster). Deshalb bitte keine SMD Bauteile empfehlen!

Außerdem habe ich ncoh eine Frage zur Auslegung des Netzteiles. Kann ich da auf dem 7805 bleiben? Der kann ja 1A Problemlos.
Sollte ich ja eigendlich nicht überschreiten wenn ich das richtig überlegt habe, oder?

Habe ich sonst noch irgendetwas wichtigs vergessen?

Im Anhang der Schaltplan, bei dem ich mir nicht sicher bin und ein Bilder der Software.

Viele Grüße,

Tim

Servus,

kuck mal nach Max7221 oder Max7219.
Das sind Multiplexerchips, einfach anzusteueren und beherrschen bis zu 100 LEDs (musste noch genau nachschauen). Wie PWM da machbar ist (ist mit sicherheit machbar) müsste man noch klären.

Aber ist glaub ich einfacher als selbst zu multiplexen.

Im Schaltplan sind noch keine Widerstände zu den LEDs. Ohne wird bei RGB LEDs schwierig, schon wegen der verschiedenen Spannungen.

Für eine einigermaßene Helligkeitsregelung wird man mher als 4 Bits brauchem. Wegen des nichlinearen Helligkeitsemppfinden sind selbst 8 Bit nicht so reichlich.

Die Geschwindigkeit des µC reicht für software PWM (8 Bit) gerade so aus, wenn man sich mit dem Programm etwa Mühe gibt. Viel Rechenzeit ist dann aber vermutlich nicht mehr über, und man braucht eine Hardware SPI Verbindung. Das könnte das SPI Interface oder die USART sein. Wobei ich nicht weiss ob die USART schnell genug ist. die müßte man dann eventuell für die andere VErbindung nutzen. Entsprechend müßte man etwas andere Pins wählen.

Wie viel Rechnzeit die Ethernet verbindung braucht weiss ich nicht, dass sollte man vorher nachsehen, ob noch genug übrig ist.

Vom Strom her sollte der 7805 noch reichen, wohl aber mit Kühlkörper.
Mehr als 70 mA sollte einer HC595 nicht liefern (limit aus dem Datenblatt), also maximal 420 mA gesamt. Auch der ULN2.... kann ja nur 500 mA maximal.
Ist ein wenig die Frage ob die LEDs mit ca. 8 mA und 1:4 multiplexing hell genug sind. Das entspricht etwa 2 mA Dauerstrom pro LED.

Edit:
Wenn das Datenblatt stimmt, sollte die Helligkeit zumindest im Zimmer ausreichen.

Hallo Ubimbo,

ich hab ich mir schon angeschaut. Die werden z.B. beim Arduinome verwendet http://en.wikipedia.org/wiki/Arduinome
Diese können aber soweit ich wei kein PWM. Fallen also weg

Mittlerweile ist mir noch folgendes eingefallen:
1.Die Belastbarkeit der PIN Outs des AVR sind unerheblich, da sowieso alles entweder an den ULN oder an den 75HC595 hängt
2.Die Pins des 74HC595 sind bis 35mA belastbar. Gesamtbelastbarkeit liegt bei 500mW für den Chip.
3. Natürlich brauche ich Vorwiderstände. die ULN2803 haben diese nicht eingebaut, da es nur ein Darlignton Array ist.
4. Es wäre Vernünftiger den AVR an 5V laufen zu lassen (um die 16Mhz problemlos zu erreichen) und ein eigenes Netzteil für die LEDS auszulegen, welches sinnigerweise mit 3.3V läuft. Damit würde ich am wenigsten Leistung an den Widerständen verheizen.
Ist das überhaupt problemlos möglich? Ich denke in der aktuellen Variante müsste ich dann die 74HC595 mit 3.3V versorgen. Ist der 5V Pegel des AVR dann ein Problem?
Wie erzeuge ich die 3.3V am sinnigsten?

Fazit:
Ich gehen davon aus wenn ich zwischen die 74HC595 und die LEDs Vorwiderstände löten würde würde das funktionieren. Zwar hart am Limit der 74HC595, aber es würde wohl gehen.

Da ist Optimierungspotential da.
Da meine Software extrem flexibel ausgelet ist und beliebige Würfelgrößen unterstzützt wäre es schön da noch etwas mehr Spielraum zu gewinnen. Schön wären vor allem ICs zur Ansteuerung, die PWM selbst können. D.h. ich gebe über I2C, SPI etc den Wert vor und der IC berechnet PWM dafür.
Je mehr Logik ich in ICs auslagere, desto weniger Rechenpower benötige ich im AVR.
Ergo: Je mehr Logik außerhalb, desto mehr Leds können berechnet werden.

Die elektrischen Grenzen der Bauteile machen mir allerdings noch deutlich mehr sorgen.

Was man also bräuchte wäre einen Baustein wie den Max7221 im Dil Package (kleiner schwarzer Käfer mit vielen Beinen) der am besten über I2C angesteuert wird un PWM kann. Kennt da jemand was?

Dann bräuchte man auch so gut wie keine weitere Externe Hardware zur Ansteuerung und könnte problemlos mit 5V fahren.

Gefunden habe ich hierzu den MBI5030. Das ist ein 16 Kanal Led Treiber mit 12bit PWM! WOW!!!
Davon 3 Stück und man hätte schon die komplette PWM Sache abgedeckt und würden den Atmega damit nicht belasten.

Leider hat der Chip noch einige Nachteile:
-SPI wird unkonventionell angesteuert. Da is auch nix mit Hardware PWM
-Benötigt einen externen Takt mit maximal 8Mhz =>woher nehmen. da braucht man wieder Hardware... Ist aber ein kleines Problem. könnte man nen Atmega48 nehme. die kosten ja kaum was und können das Taktsignal ausschleifen.
-Löst nicht das Problem mit dem Ebenenmultiplexing
-45mA maximaler Ausgangsstrom... Naja geht bei 1:4 Multiplexing wohl, aber auch bei mehr noch?
-SMD Package (SSOP24). Wenns da nen Dil Adapter gäbe wäre das kein Problem

Und dann gibts da noch den TLC5940!!!
Dieser scheints quasi für meine belange gemacht zu sein!
-Dil28 Package
-12Bit PWM
-16 Kanal LED Treiber
-120mA maximaler Ausgangsstrom pro Kanal! Das ist super und sollte sogar für 1:10 multiplexing noch funktionieren!
Der Chip scheint außerdem keinen externen Takt mehr zu benötigen.
Hier wird er verwendet:
http://www.thebox.myzen.co.uk/Hardware/Mini_Monome.html

Das Ding hat nur ein Problem. Der Chip scheint zwischen 7 und 8 Euro zu kosten....... Das ist starkes Stück. Eventuell bekommt man da Samples bei Ti? Wenn der Chip für mich taugt werde ich mal versuchen dort ein paar als Samples zu bestellen.

Stellt sich nun die Frage ob der ULN2803 geeignet ist für mein vorhaben. der kann wohl 500mA pro Kanal.
Meine Rechnung ergibt nun
16*3*80mA=3680mA...
oha....
Da drängt sich doch die Frage auf, ob ich das nicht besser diskret mit Mosfets aufbaue?
Mit denen habe ich allerdings keine Erfahrung. Welche kostengünstige Lösung würde sich anbieten?

So das war nun anstrengend, aber ich möchte ja zu einer möglichst guten und skalierbaren Lösung kommen. Ich zeichne kurz noch nen Schaltplan zu meinen überlegungen

Gruß Tim

so, ich hab mich nun mal durchgebissen.
Der TLC scheint wirklich das Richtige für mich zu sein.
Dieser besitzt 2 Modi.
-Grayscale für die PWM Regelung
-Dot-Corretion für den Ausgleich von Fertigungstoleranzen der LEDs.

Letzterer Speichert Einstellungen in einem internen EEPROM.
Da ich auf besonders gute Farbdarstellung nicht angewiesen bin habe ich den Modus einfach mal ignoriert und die Pins so an Mass und Vcc angeschlossen, dass immer der Grayscale Mode aktiv ist.

Als Widerstand für die Referenz habe ich 640 Ohm gewählt. Das führt zu einer maximalen Versorgungsstromstärke von 60mA pro Led.
Damit komme ich auf 60mA*16 pro TLC => 960mA..
Das ist immernoch zuviel. Die TLC können im Dil Package maximal 2.5W
mit 960mA komm ich dann aber fast auf 5W.

Als N-Fets habe ich die IRF630 gefunden.
Kann ich die hierfür verwenden?
Diese packen 9A. Das reicht sowieso dicke für alle Würfelgrößen.
Als Pulldown habe ich mal 1k Ohm gewählt.
Vorwiderstände brauche ich ja dann nicht mehr bei dem TLC wenn ich das richtig verstanden habe.

Aber wie löse ich nun das Problem mit der zu großen Leistung auf den TLCs? P-Fet zwischen Leds und TLC und damit den Vorteil der Strombegrenzung zu nichte machen? Den Strom reduzieren?

PWM realisiert ja dann der TLC. D.h. ich bräuchte hierfür keine Rechenleistung mehr im AVR.
Passt das dann mit dem Netztwerkcontroller am SPI und Softwarespi für die TLCs, oder bin ich dann immernoch zu langsam?

Viele Grüße,

Tim

Die HC595 haben zwar 35 mA als absolute maximum rating für die Ausgänge, aber 1. ist nicht garantiert das die selbst im Kurzschlußfall so viel Strom liefern. Bei 3.3 V versorgung wäre das schon eher die Ausnahme. Zweitens ist das noch ein Limit von 70-75 mA für den gesamten Chip. Das Limit sind damit ca. 8-9 mA pro Ausgang.

Für die LEDs sind auch 5 V gar nicht verkehrt:
die blaue LED wird 3-3,5 V brauchen, dann ca. 500 mV Verlust für den HC595 und gut 1 V für den ULN2003. Da ist dann nurnoch 0,5 V für den Widerstand übrig. Weniger geht also kaum. Bei nur einer LED Farbe und Treibern aus der gleichen Charge könnte man gar auf die IDEE kommen den Strom über die Spannung an den HC595 (ca. 4,5 V) einzustellen. geht hier aber nicht.

Bei superhellen LEDs kann es gut sein das es auch mit dem Strom von nur 8 mA geht, hängt aber von den Randbedingungen ab !. Es gibt zum Teil auch Schieberegister ähnlich dem HC595, die mehr Strom vertragen können (z.B. STP16CL596).
Bei mehr Strom für die Ebenen wären MOSFETs statt des ULN möglich. Bis etwa 5 A könnte man die wohl auch noch direkt von µC Pin aus ansteuern.

Wenn man extra ICs nimmt, die einem das PWM Signal bereitstellen, hat man das Problem das PWM Signal mit dem Umschalten der Ebenen zu syncronisieren. Da Wäre ein Chip mit externem Takt schon gar nicht verkehrt. Schwierig wird das vor allem wenn man mehr als einen Chip für die PWM Signale hat.

Eine Möglichkeit wäre eventuell auch die LEDs direkt von einem µC zu Treiben, der dann auch die PWM Signaler erzeugen könnte. Wegen dem 200 mA Limit pro Vcc Pin wird man damit aber auf vielleicht 16 LEDs (je 20 mA) pro Chip kommen. Für den 4x4x4 Würfel also schon 3 µCs (z.B. Mega48). Bei nur 16 Kanälen hat man schon etwas mehr Reserve für Software PWM.

Der IRF630 geht nicht, weil kein Logic level. Außerdem braucht man keinen 200 V Typen. Richtig wäre ein Logoc Level N MOSFET für etwa 30 V und 10 A. Die meisten Typen sind in der Größe aber in SMD gehäusen zu kriegen, oft als 2 Stück im SO8. Mit etwas gefummel geht das noch auf Lochraster. Als Type im TO220 wüßte ich einen IRLZ24 - Denn sollte man noch gerade direkt treiben können.


Das Problem mit der Leistung am TLC... Treiber ist nicht ganz so groß. Man muß nicht rechnen Strom mal volle Spannung (5V) sondern nur Strom * Spannungsabfall. Da sollten nur rund 2 W rauskommen, ist aber immer noch viel für ein DIP gehäuse. Eventuell die Spannung etwas reduzieren, auf z.B. 4,5 V, wenn der Chip das mit macht.

Das Syncronisieren von PWM und Ebenenumschaltung sollte immerhin gehen mit dem TLC5940.

Hallo Besserwessi,

das ist ja schonmal ein anhaltspunkt.
An die Lösung mit den Slavecontrollern habe ich auch schon gedacht. Das könnte die Sache schon deutlich vereinfachen.
Nach meinem Verständnis fällt dann auch das Multiplexing weg, da ich für jeden Ebene Spalte, oder Zeile ja einen eigenen µC habe.
Mein Verkabelungsaufwand wird dann allerdings aber auch viel größer, da ich ja dann sinnigerweise Spaltenweise ansteuere und so pro Spalte 4 Kathoden rausführen muss (pro Ebene eine)

Von meinem Verständnis her scheint die Lösung mit den TLCs bisher die beste zu sein. Laut Datenblatt dürfen die Teile die 2W auch.

Schön, dass ich mich da verrechnet habe :)

Die Spannung reduzieren kann man auch. dei TLCs benötigen keine 5V damit sie arbeiten.
Ich könnte aber auch für die 1:4 Multiplexing Methode einfach auf 40mA gehen und mal probieren ob das hinhaut.

Macht es Sinn die TLCs irgendwie passiv zu kühlen, oder ist das vergeudete Mühe?

Wie sieht es denn bei den FETs für die IRLU120N aus?
Die sind Logic Level 100V 10A und sind in einem Package, das für Lochraster brauchbar ist. Dazu auch noch sehr günstig mit 36Cent.
Würden die funktionieren? Was für einen Pulldown würde ich da benötigen?

Irgendwie 100% zufrieden bin ich noch nicht mit der Lösung.

Eines geistert mir noch im Kopf herum. Was passiert wenn ich mit den TLC5940 nicht direkt die Leds fahre, sondern wiederrum Logic Level Fets?
Dieses mal einen P typ und die Leds dahinter mit Vorwiderstand hänge?
Gibt einen furchtbaren Lötaufwand, aber wäre das was?

Vielleicht hat ja jemand noch ne tolle Idee?

Am elegantesten wäre sicher die Lösung mit dem µC pro Spalte. Das wäre auch super skalierbar.
Hat da jemand noch kreative Ideen dazu?
Man müsste dann Atmega88 oder Atmega8 nutzen um Arduino verwenden zu können. Der 48 unterstützt den Bootloader nicht

Viele Grüße,

Tim

Hallo Leute,

so ich nochmal.
Ich habe mir die Sache mit den Atmegas als Slaves nochmal durch den Kopf gehen lassen.
Arduino muss nicht unbedingt sein und ist in diesem Fall auch nicht unbedingt einfacher. Es gibt soviele schöne Webserver, die ich auch verwenden könnet.

Die Schaltung mit den Slaves und dem Master habe ich angehängt.
es funktioniert wie folgt:

Der Atmega32 empfängt über SPI die Pakete, die über den ENC28J60 und das Netzwerk angekommen sind.
Empfangen wird dann so was wie 0 0 0 255 255 255.
Das bedeutet. Led in Spalte 0, Zeile 0 und Reihe 0 hat Rotwert 255 Grünwert 255 und Blauwert 255.
Der Atmega32 ermittelt nun welcher Slave für 0 0 0 zuständig ist und schickt Zeilen und Spalteninformation für die 2D Matrizen sowie die Farben an diesen.

Die Atmega48 erhalten zur Synchronisation mit dem Master das Taktsignal über den Taktausgang des Atmega32.

Der Atmega 32 kümmert sich selbst um die Umschaltung der Ebenen.
Immer wenn eine Ebene umgeschaltet wird wird über den PC2 des Masters ein Interrupt auf den Slaves ausgelöst. Diese schalten dann die Zeile ihrer 2D Matrix um.

Um das Stromproblem der Atmegas zu lösen habe ich für die Ebenen n Channel Fets gewählt und für die Anoden PNP Transistoren.

Jeder Atmega muss dabei dann 12 Software PWM Signale generieren wenn ein 4x4x4 Würfel verwendet wird.

Mit den Atmega48 Pins komme ich auf eine maximale Anzahl von 6x6 Leds pro Ebene. Bei 100mA Impulsstrom kommt man mit 10mA Referenzstrom auf eine maximale Größe von 10x6x6!
Das sollte dicke reichen. Will man mehr kann man die Würfel ja kaskadieren. Mit 4en kommt man dann auf 10x12x12.

Ist die Lösung, die ich erarbeitet habe so gut?

Folgendes steht noch offen?

1.) Sind die BC327 als PNP dafür geeignet? Kann ich diese direkt am Portpin schalten? Ist die Ansteuerung richtig?

2.) Wie groß muss ich die Vorwiderstände für die einzelnen Farben bei einer 4x4x4 Matrix wählen.

3.) Sind die IRLU120N geeignet Als Fets für die Ebenenanschaltung?
Ist der Pulldown Widerstand mit 1k Ohm richtig gewählt?
Sind die Fets richtig angeschlossen, oder ist da irgendwo noch ein Fehler?

4.) Gibt es weitere Probleme im Schaltplan?

Viele Grüße,

Tim

Wenn die Verschaltung der LEDs so richtig ist, also mit gemeinsamer Anode, geht das so nicht. Dann müssen die µCs jeweils die Kathode gegen GND schalten und die FETs für die Ebenen müßten P_Typ sein, also gegen ca. +5 V schalten.

Die BC327 kann man so nicht direkt vom µC aus schalten, da müßten Widerstände dazu. Da man ja vom µC aus gegen GND schalten müßte, wären da entweder NPN Transostoren (z.B. BC338) als Emitterschaltung oder halt die ULN2003 möglich. PNP Transisoren als Emitterfolger würden auch gehen und spart die Basiswiderstände, dafür hat man aber etwas mehr Spannungsverlust.

Bis etwa 20 mA könnte man auch direkt vom µC aus Treiben, also ganz ohne Transistor.

Die Widerstände hängen vom nötigen Strom und den Treibern ab. Man wird auch je Farbe einen anderen Wert brauchen.

Die FETs IRLU120N wären eingschränkt nutzbar, wenn man N MOSFETs bräuchte, aber hier werden Wohl P-MOSFETs gebraucht. Da wird die Suche nochmal etwas schwieriger. Abgesehen vom Gehäuse wäre dann ein IRF7314 etwa richtig. Auf Lochraster müßte man halt ein paar Punkte Teilen (1 mal je FET).
1 K also Widerstand an der FETs ist schon ziehmlich klein, es geht aber.

oh, da hatte sich ein kleiner Fehler eingeschlichen.
Die Leds haben eine gemeinsame Kathode. Somit müsste PNP und N-Fet schon stimmen.
Ich habe den Schaltplan korrigiert und Basiswiderstände für die 327er eingeführt. Ich habe da im Internet als Wert 330Ohm gefunden. Das führe wohl zu 10mA Pinstrom und 1A über Kollektor und Emiter maximal, das durchgeschaltet wird.

Außerdem hatte sich beim I2C noch ein Fehler eingeschlichen. Der braucht wohl noch Pullup Widerstände auf SCL und SDA.

Was wäre das Problem an den IRLU120N, wie wähle ich den Pulldown für die Fets geschickter und was wäre eine besser geeignete Alternative zu den IRLU120N?

Weitere Voerschläge zu meinem Schaltplan, oder weitere Probleme?

Ist doch schon ein ganz schönes Monster geworden. Bisher:
64 Leds
102 Widerstände
4 Fets
48 Transistoren
4 Atmega48

Das wird ne riesige Lötarbeit!

Viele Grüße,

Tim

Die Basiswiderstände können größer. Auch für 100 mA LED Strom sollte ein Basisstrom von 2 mA reichen. Also eher 2,2 K als Widerstände an der Basis.

Der IRLU120N hat wegen der hohen Spannungsfestigkeit einen relativ hohen On Widerstand. Wenn man aber nichts besseres findet geht der Typ noch - sind ja erstmal nur 4 davon. Der Pulldown Widerstand könnte auch ruhig 10 K oder 2,2 K sein, muß aber nicht.

Das Problem mit der großen Lötarbeit hat man allerdings, dazu noch die Kabel um das ganze zu verbinden. Die Basiswiderstände könnteman sparen wenn man NPN Transistoren nimmt, allerdings braucht man dann vermutlich Kabel, um die Verbindungen umzusortieren - man spart also nicht wirklich viel.

Weil man den AD Wandler beim Mega32 wohl nicht braucht, könnte man die Induktivität weglassen. Dafür sollten auch die Mega48 noch je 2 Kondensatoren bekommen.

Also. Die Basiswiderstände habe ich auf 2,2K erhöht.
Die Pulldown auch auf 2,2K vergrößert.
Den Atmega48 habe ich jetzt noch jeweils bei 100n Caps zwischen AVCC und GND sowie VCC und GND spendiert.
Die Induktivität ist schon drin. Da verwende ich das Pollin Avr Net Io Board, solange ich noch kein Referenzdesign habe.
Gefunden bei Pollin habe ich noch
IRLU024Z 55V 16A 56 cent
IRLU8743 30V 160A 62 cent
IRLU2905 55V 42A 68 cent
IRLU8721 30V 65A 70 cent
Nach Preis sortiert

Die IRLU8743 hat mit 0.0031Ohm den geringsten on Widerstand.
td(on) und td(off) ist mit 19ns aber fast 5mal so groß wie beim 120N.
Ich weiß nicht in wie weit das kritisch ist. Aber ich denke er braucht länger zum schalten als der 120N. Ich habe aber keine Vorstellung wie lange er zum schalten brauchen darf bei meiner Anwendung.

Der 024Z wäre ein Kompromiss.
hat td(on)/td(off) von 8,2ns und einen Widerstand von 0.058Ohm

Denke aber dass auch 19ns Absolut unkritisch sind. ich hab das mal ausgerechnet. Das sind zum ein und ausschalten 38ns.
1s/38ns bedeutet, dass ich ca 2.5*10^7 mal in der Sekunde schalten könnte. Das brauche ich bestimmt nicht und kann der µC auch gar nicht,
wenn ich mich nicht grob vertan habe.

Welchen empfehlt ihr?

Im Anhang noch mal der Schaltplan, in der Hoffnung, dass er jetzt bald so ist, dass er funktionieren wird, wie ich mir das vorstelle :)

Gruß Tim

Hallo!

Ich empfinde das irgendwie als verschwenderisch, soviele µC zu benutzen, wo es doch viel elegantere Lösungen mit Schieberegistern gibt.
Vielleicht eine kleine Anregung für ein eventuelles Folgeprojekt?

Grüße
Thomas

Der IRLU024Z ist als FET schon besser als der 100 V Typ. Wie schon vermutet sind die Schaltzeiten unkritisch. Die Kapazität sollte nicht zu groß sein, die rund 400 pF sind aber noch tragbar.


So schlecht ist die Idee mit mehreren µCs nicht. Immerhin kann man die extra Rechenleistung auch für mehr Auflösung beim Software PWM gebrauchen. Man könnte pro µC schon 16 Kanäle steuern - dann könnte man mit 3 µC auskommen. Für viel mehr reicht die Rechenenleistung auch in ASM kaum aus um da noch 1:4 gemultiplext (also 64 LEDs gesamt) mit Software-PWM zu versorgen. Schon dafür braucht man guten ASM Code.

Hi Thomas,

Bei 4x4x4 funktioniert das anscheinend noch mit 1µC, aber ich habe zusätzlich noch den ENC28J60 zu befeueren. Da wird die Listung langsam einfach knapp.

Elegant wäre tatsächlich eine Lösung mit ICs, die PWM beherrschen, aber an die kommt man nicht so einfach. Zusätzlich sind sie auch noch teurer als Atmega48 die 1.50€ kosten.

Ich bin gern auch für andere Lösungen offen. Es ist ja an Hardware noch nichts da, außerdem Pollin Board.

Dann werden die IRLU024Z verwendet. Ich denke dann bleibt zu der Hardwarefrage bloß noch offen, welche LED Vorwiderstände ich benötige.

Berechnet habe ich mal folgendes. Ausgehend von 5V die geschaltet werden. (habe ich die wirklich, oder geht am FET und PNP Spannung verloren?)
1.5-3.3V für Grün
1.5-3.3V für Blau
1.5-2.1V für Rot

Also ging ich von 3.3V für Grün und Blau und 2.1V für Rot aus.
Als maximalen Strom für 4 Ebenen habe ich 80mA festgelegt. Als Maximalstrom für 5 Ebenen 100mA.

Für 4 Ebenen komme ich für Grün und Blau mit 24.9Ohm auf 68mA
und mit 43Ohm für Rot auf 68mA

Für 5 Ebenen komme ich für Grün und Blau mit 19.1Ohm auf 89mA und mit 33.2Ohm für rot auf 87mA.

Sind die Werte realistisch? Kann ich das so machen

Hat da jemand Erfahrungswerte?

Außerdem habe ich Programmiertechnisch ein paar Probleme.
Ich verwende QT als Framework und würde gerne QNetworking verwenden.
QT verwendet Sockets.
Als zuständige Klasse habe ich QTCPSocket identifiziert.
Damit kann man entweder einen Characterstream oder einen Bytestream senden. Allerdings nur an Clients, die sich vorher mit dem Server verbunden haben =>Socket

Nun suche ich einen Webserver der auf einem Atmega32/644p arbeitet, den ENC28J60 verwendet und sich irgendwie mit dem Server connecten kann.
Schön wäre auch noch wenn die Sache schlank wäre Ulrich Radigs Server ist ja mittlerweile richtig groß geworden.

Schön fände ich OpenMCP, allerdings habe ich da in der DOKU gesehen, dass auf dem Pollin Board kein I2C unterstützt wird. Warum das so sein soll ist mir nicht ganz klar. Außerdem gibt es für die Netzwerkfunktionen irgendwie keine ordentliche Doku.

Kennt sich da jemand aus?

Die Clients bekommen einen klassischen From the Scratch C Code

Gruß Tim

Wieviel Strom man für die LEDs braucht, kann man fast nur probieren. Da sind die unterschiede zwischen den LED Qualitäten groß, und auch die Hintergrundhelligkeit kann stark variren.
Die extra BC327 braucht man ja erst ab etwa 20 mA. Mit den Transistoren würde also ein Strom zwischen etwa 30 mA und 60 mA Sinnvoll sein. Mehr Strom könnte schon zu viel für die LEDs sein, wenn man keine Kühlung hat.
Als Widerstand wären dass dann etwa 20 Ohm ... 40 Ohm für blau. Und 40--100 Ohm für rot.

Jetzt kommt dann bloß noch die Netzteilauslegung auf mich zu.
Ich bin ja nicht der erste, der so einen Würfel baut.
Bei einem anderen Projekt habe ich gelesen, dass er beim testen der Widerstände gemerkt hat, dass sehr kleine nötig sind und die LEDs dann sehr empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren (Helligkeit). Deshalb hat er die Led Spannung angehoben auf 7.5V.

Ist das wirklich notwendig?
Wenn ja, welchen Regler kann ich da verwenden. Bei Pollin habe ich mal gesucht, aber nichts vernünftiges gefunden.
Kann ich die 7.5V dann einfach an den Kollektor der BC327 anschließen und diese Spannung mit dem µC schalten?

Ich habe auch mal nachgerechnet. Der 7805 packt die 1.6A die maximal auftreten können schon gar nicht mehr. die 2.5A bei 5x5x5 schon gar nicht.
Bei Pollin gibt es einen LM 1085 IT5,0. Der liefert 5V 5A und scheint genauso beschaltet zu werden wie der 7805er.
Ich könnte ja dann den 7805er verwenden um die µCs zu befeuern und den lm1085 für die Versorgung der Leds (Massen natürlich verbunden)

Viele Grüße,

Tim

Eine höhere Spannung ist nicht so ganz einfach. Da würde man zusätzliche Widerstände brauchen. Ein bischen (5.4 V) würde gerade noch so gehen gehen, etwas weniger auch. Der Stromverbrauch der µCs ist ja eher gering (ca. je 15 mA) da lohnt eine extra Spannungsversorgung eher nicht. Das kann eigentlich nur Stören.

Mit N-MOSFET und PNP Transistor als Treiber verliert man nur recht wenig Spannung (ca. 0.1 bis 0.3 V). Eine blaue LED braucht etwa 3.3 V als echte Flußspannung, der Rest geht am internen Widerstand verloren der Anteil stört nicht wesentlich. Es sind damit auch bei 5 V Versorgung noch etwa 1,5 V für den Widerstand übrig. Da reicht eigentlich schon ganz gut für einen stabielen Strom. Für rot und grün sind die Flußspannungen noch etwas geringer die Spannung also noch weniger kritisch.

Ob man wirklich über 1 A braucht, da wäre ich mit noch nicht sicher. Die LEDs sollten ja recht effektiv sein. Das sollte man wirklich vorher mit ein paar LEDs probieren. Es könnte gut sein das auch 20 mA schon reichen.

Der LT1085 ist da schon OK. Ggf. wäre auch ein Schaltregler wie LM2576 oder LT1070 eine gute Wahl. Das hängt davon ab wo der Strom herkommt.

Also. Immer, wenn ich mit vielen LEDs arbeite, setze ich die Gesamtspannung für das Projekt auf 3V und kann mir somit alle Widerstände sparen. Vielleicht hilft Dir das. Bin SEHR gespannt auf den Würfel!

Zitat:

---

Zitat von thewulf00

Also. Immer, wenn ich mit vielen LEDs arbeite, setze ich die Gesamtspannung für das Projekt auf 3V und kann mir somit alle Widerstände sparen. Vielleicht hilft Dir das. Bin SEHR gespannt auf den Würfel!

---

Aber die LED-Vorwiderstände brauchst du ja dennoch - ob da wirklich so viel eingespart wird?

Grüße
Thomas

Wenn man die Spannung reduziert und genau einstellt, könnte man vielleicht bei den Blauen LEDs die Vorwiderstände sparen. Für die anderen Farben geht das dann aber nicht.

Realistischer wäre es da schon Transistoren genau auszusuchen nach gleicher Verstärkung, und dann den Strom über die Basiswiderstände einzustellen. Besonders gut ist das aber auch nicht.

Zitat:

---

Zitat von Besserwessi

Wenn man die Spannung reduziert und genau einstellt, könnte man vielleicht bei den Blauen LEDs die Vorwiderstände sparen. Für die anderen Farben geht das dann aber nicht.

---

Allerdings müsste die Spannung wirklich genau eingestellt sein (Referenzspannungsquelle notwendig). Wesentlich einfacher wäre es, eine Konstantstromquelle zu benutzen.

Zitat:

---

Zitat von Besserwessi

Realistischer wäre es da schon Transistoren genau auszusuchen nach gleicher Verstärkung, und dann den Strom über die Basiswiderstände einzustellen. Besonders gut ist das aber auch nicht.

---

Und wenn dann die Umgebungstemperatur steigt, steigt auch der Strom durch die LEDs stark an.

Also ich bin kein Freund solcher Lösungen.

Grüße
Thomas

TomEdl: Wenn man auf die richtige Spannung geht, braucht man keine Vorwiderstände mehr, das ist ja der Gag.

Zitat:

---

Zitat von thewulf00

TomEdl: Wenn man auf die richtige Spannung geht, braucht man keine Vorwiderstände mehr, das ist ja der Gag.

---

Und wie hältst du die Spannung? Referenzdioden? 100mV mehr und die LEDs brennen ab.

Das ist die gleiche Unart wie LEDs mit einem gemeinsamen Vorwiderstand parallel zu schalten.

Grüße
Thomas

Der Betreib mit konstanter Spannung geht bei einigen blauen/weissen LEDs. Die haben gar nicht so selten einen relativ hohen Widerstandsanteil. Gerade bei gemultiplextem Betrieb, dann da der Widerstand schon reichen, dass man mit etwa 100-200 mV Genauigkeit für die Spannung auskommt. Das hift einem hier aber auch nur für 1/3 der LEDs. Dafür würde ich das Risiko nicht eingehen. Wenn man die LEDs direkt vom µC treiben will, könnte das mit der Spannung gehen, da begrenzt dann der Ausgang den Strom.

Die Einstellung des Stromes über den Verstärkungsfaktor von Transistoren ist etwas Temperaturabhängig, aber nicht so sehr. In den meisten Datenblättern findet sich nicht viel dazu, die Simulation mit Spice gibt auch recht unterschiedlicher Werte, aber nichts dramatisches (weniger als Faktor 2 von 0 C bis 100 C).

Ehrlich gesagt, mir sagt diese Methode trotzdem irgendwie nicht zu. Aber das ist nur meine subjektive Meinung. ;)

Grüße
Thomas

Die LEDs brennen ab *gg*.
Ja genau, deshalb läuft bei mir ja auch alles seit Jahren auf 3V. :) *lach*

Immer diese Theoretiker...

Hi,

dann bleibt das so.
Scheint ja zu stimmen alles.
Ich probiere das einfach mal. wenns nicht klappt kann mans ja immer noch ändern. Ich baus eh erstmal auf Lochraster auf.
Als Widerstände werd ich erstmal 100Ohm für rot und 39Ohm für die anderen verwenden.
Kann ich da noch 1/4W Widerstände nehmen? Die laufen ja mit 80mA pro led am Limit. Sollte aber denk ich gehen, auch bei 100mA und 5 Leds?

Der Plan ist folgender.

1.) Webserver auf Atmega flashen und im Webserver das Multiplexing erstmal programmieren.

2.)Testweise 4 Leds an den Master anschließen und alle Ausgänge auf High setzen, so dass die PNPs durchschalten.
Damit dann das Multiplexing testen und den Strom messen.

3.)Wenn das soweit funktioniert (hoffentlich ohne abgebrannte Leds) das I2C Protokoll implementieren und die Slavesoftware schreiben.

4.)Im autonomen Betrieb ein Testprogramm laufen lassen und den Strom messen, wenn alle 64/125Leds weiß leuchten (größter Strom dürfte fließen).

5.) Das Netzwerkprotokoll implementieren und die Verbindung zum Pc herstellen.

Fragt sich nun nur noch welchen Webserver ich verwende.

Wenn mein STrom höher ist als 1A am Ende und ich merke der 7805 kommt an seine Grenzen kann ich ihn bei unter 2A immer noch gegen einen 78S05 austauschen und wenns noch mehr sein sollte nehme ich einen anderen Regler und lege das Netzteil des Pollin Boards lahm

Viele Grüße,

Tim

Im Zweifelsfall verdoppel den Widerstandswert und schalte zwei Widerstände parallel, dann hast Du durch Teilung wieder den korrekten Widerstandswert, aber dafür die doppelte Belastbarkeit.

Ich versteh immernoch nicht, wozu Du das Pollin-Board brauchst. Der Arduino reicht doch meines Erachtens?

Zitat:

---

Zitat von thewulf00

Die LEDs brennen ab *gg*.
Ja genau, deshalb läuft bei mir ja auch alles seit Jahren auf 3V. :) *lach*

Immer diese Theoretiker...

---

Immer diese Hobbybastler...

Also bei mir funktioniert es TomEdl. Und falls Du lesen kannst, würdest Du wissen, dass 3V 100mv weniger sind, als 3,1V, was der LED-Spannung entspricht. Also selbst bei Deiner befürchteten Abweichung, die nicht zustande kommt, würde nix kaputt gehen.

Ich habe nie gesagt, dass ich Hobbybastler bin...

Hallo!

Ich hab ja nicht gesagt, dass es nicht funktionieren sollte. Und ja, ich denke ich kann lesen.

Wer garantiert dir, dass die Flusspannung wirklich 3,1V beträgt?
Wer garantiert dir, dass die Versorgung auch wirklich genau 3V einhält?

Grüße
Thomas

1) Steht im Datenblatt. 2) Weil ich die Versorgung gebaut habe. :)

Ich denke, das weicht zu weit ab. Wir kommen auf keinen grünen Zweig, also bringts auch nix, den Thread zu "verseuchen".

Zitat:

---

Zitat von thewulf00

1) Steht im Datenblatt.

---

Erster Fehler: nur weil es im Datenblatt steht, sagt keiner, das dies auch wirklich so sein sollte. Soviel zum Thema Theoretiker.

Oh wie sehr bewundere ich dich - du, der die sagenhafte Versorgung gebaut hast. :-s
Manchmal kann man es mit Selbstbewusstsein auch übertreiben...

Grüße
Thomas

PS: Du hast recht, bringt nix diesen Thread zu verseuchen. Das war mein letztes Wort zu diesem Thema.

Zitat:

---

Zitat von thewulf00

Ich versteh immernoch nicht, wozu Du das Pollin-Board brauchst. Der Arduino reicht doch meines Erachtens?

---

Ich hab leider keinen Arduino.
Der Master auf meinem Schaltplan ist der µC auf dem Pollin Board. da ist auch der ENC28J60 drauf.
Einfacher wäre es ein Duemilanove zu kaufen und darauf das Ethernetshield zu installieren. Ist aber erstens größer und zweitens auch mehr als doppelt so teuer. Deshalb das Pollin Board. Arduino kann man auch für den 644p verwenden. Da nennt sich die Sache dann Sanguino. Ich habe das probiert und es läuft auf dem Pollinboard ohne Probleme. Wenn ich ne Library für den ENC28J60 finde, die sich irgendwie mit einem Server übers Ethernet connecten kann würde ich diese Variante bevorzugen.

Und Jungs, nicht streiten. Ihr wisst doch, es gibt mehrere Wege nach Rom.
Wie man seine Leds anschließt ist doch eigendlich vollkommen egal, Hauptsache es funktioniert! Am Besten ohne stinkende Leds. Die riechen nämlich furchtbar beim abbrennen :)

Ich denke die gefundene Lösung ist soweit gar nicht schlecht.
Ich werde die Tage mal meine Lochrasterplatine zeichnen und hier dann einstellen. ich werds so machen, dass ich notfalls 2 Widerstände nebeneinander pro Led installieren kann, wenn einer nicht reichen sollte. ich denke das werde ich daran merken, dass er warm wird. Vermute aber durch das Multiplexing wirds gar kein Problem geben. er bekommt ja die meiste Zeit überhaupt keinen Strom ab.

Wenns dann mal funktioniert tausche ich das Pollinboard vielleicht aus und löte ENC28J60 und den Mega32/644 mit auf die Lochrasterplatine.
Spätestens wenn man ein schickes Gehäuse bauen will funktioniert das mit dem Pollinboard nämlich nicht mehr so einfach

Viele Grüße,

Tim

Die Widerstände werden schon die ganze Zeit benutzt, nur halt abwechselnd für verschiedene LEDs. Im Prinzip sollten aber 1/4 W gerade noch reichen: bei 100 mA darf man 2,5 V an spannungsabfall haben. Mehr wird man auch bei den Roten LEDs nicht haben, auch wenn man nahe ran kommt.

In der Regel werden ja nicht viele LEDs für längere Zeit an sein.

das Pollin Board für die Ethernetanbindung ist gar nicht so schlecht. Da hat man ja auch schon den Stecker und Trafo mit drauf.

Zitat:

---

Zitat von Besserwessi

Die Widerstände werden schon die ganze Zeit benutzt, nur halt abwechselnd für verschiedene LEDs. Im Prinzip sollten aber 1/4 W gerade noch reichen: bei 100 mA darf man 2,5 V an spannungsabfall haben. Mehr wird man auch bei den Roten LEDs nicht haben, auch wenn man nahe ran kommt.

In der Regel werden ja nicht viele LEDs für längere Zeit an sein.

---

Ja, aber auch nur wenn alle Leds in einer Säule gleichzeitig leuchten

Jo mal sehen. Worst Case ist alle auf weiß. Aber das muss er schon auch durchhalten. Ich werde Messungen machen und probiere es dann einfach aus. Viel anderes wird mir ja wohl auch nicht übrigbleiben.

Gruß Tim

Ich würde vermuten man kommt gut mit weniger als 100 mA für die LEDs auch. Die blauen LEDs sind da ohnehin etwas empfindlich.

Nach dem Datenbaltt sind 100 mA nur für extrem kurze Zeit erlaubt. Mit wird sich also wohl ohnehin auf etwa 50 mA als Maximalstrom beschränken müssen. Auch damit wird das noch recht hell. Damit haben die 1/4 W Widerstände dann kein Hitzeproblem.

Also dann fang ich wohl mal mit 80 Ohm für rot und 200 Ohm für Grün und Blau an.

Viele Grüße,

Tim