Capitolul I – Considerente teoretice și soluții anterioare 1.1 Tehnologia Led,Lumina 1.2 Afișarea imaginilor 2D,3D Capitolul II – Prezentarea… [307643]

Cuprins

Introducere

Capitolul I – Considerente teoretice și soluții anterioare

1.1 [anonimizat]

1.2 Afișarea imaginilor 2D,3D

[anonimizat]

2.1 [anonimizat]

2.2 Prezentare exemple arduino

2.3 Senzorii Pir

2.4 Led cube 4x4x4 [anonimizat]

3.1 Lista componentelor

3.2 Ce este un Led Cube?Funcționare și Anatomie

3.3 Pașii proiectarii Led Cube 8x8x8

Încheiere

Bibliografie

Introducere

În această lucrare s-a [anonimizat]([anonimizat]) și să-l conextez la computer/lapotop la portul paralel LPT integrat în placa de sistem a calculatorului. ([anonimizat] – [anonimizat] – to – LPT permite utilizarea numai 8 LED-uri în loc de 12).

Folosind cele mai simple scheme de conexiuni și cel mai simplu mod de a [anonimizat] (de la PC/laptop). Scopul tehnic al proiectului este de a crea un dispozitiv bazat pe valoarea artistică a efectelor de iluminare.

Se înțelege că jocul de lumini poate fi considerat ca un lucru independent.Dispozitivul trebuie să pornească efectele luminoase la alegerea scriptului dupa care se vor aprinde diodele.Jargonul de "Lumiere" sau din engleza – "soundlights" [anonimizat].

De asemenea dispozitiv de lumini dinamice ([anonimizat]) – sunt dispozitive electronice pentru a implementa efecte de iluminare.

Dispozotivele luminoase sunt de două tipuri:

• acționate manual ( [anonimizat] a efectelor luminoase);

• în mod automat de către un anumit algoritm ([anonimizat] ( CDS ), unități de muzica luminoasa ( DMU ), console de muzica luminoasa ( CIP ), etc);

Capitolul I – [anonimizat] (din engleză: light-[anonimizat]) este o diodă semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p-n. Efectul este o formă de electroluminescență.LED-ul este o [anonimizat].
Electroluminescența a fost descoperită în anul 1907 de către H. J. Round, [anonimizat].

1.Simbol. Clasificare. Construcție.

Simbol

Fig 1.-[anonimizat]

3.2 Clasificare. Construcție.
Led-uri se împart în doua mari categorii:
a) Led-uri de mică putere (<1W);
b) Led-uri de mare putere.
[anonimizat]:
a) Led-uri THT (cazul a de mai jos);
b) Led-uri SMD (cazul b de mai jos);
c) Led-uri de putere ([anonimizat])

a) leduri de putere mică b) leduri de putere mare

Tipurile de leduri de putere mică (figura a) sunt concepute pentru a [anonimizat], [anonimizat] (figura b) sunt utilizate pentru a ilumina suprafețe.

Through-hole technology (THT), denumită și "thru-hole", se referă la schema de montare utilizată pentru componentele electronice care implică utilizarea de cabluri pe componentele care sunt inserate în găuri perforate în plăci de circuite imprimate (PCB) și lipite pe plăcuțele opuse fie prin montarea manuală (plasarea manuală), fie prin utilizarea mașinilor automate de montare prin inserție.

Dispozitivele (componentele) electrice SMD (surface-mounted device) se folosesc in electronică și reprezintă clasa componentelor montate direct pe suprafața plăcii cu cablaj imprimat folosindu-se micile lor suprafețe lipibile cu cositor. Sunt cele mai răspândite componente electrice, și datorită dimensiunilor lor mici fac să crească calitate electrică a întregului circuit, mai ales la frecvențe mari și să se economisească mult spațiul necesar pentru plantarea componentelor pe placa de cablaj imprimat. Acest tip de componente nu prezintă pini (piciorușe) de inserție în placă. Componentele SMD se lipesc direct, pe una din fețele plăcii cu cablaj imprimat,(sau pe ambele) cu ajutorul cositorului. Tehnologia de lipire folosită, de "montare la suprafață" poartă în engleză denumirea: Sourface-mounted technology.

4. Eficiența și parametrii de funcționare a LED-urilor

LED-urile indicatoare tipice sunt proiectate să funcționeze cel mult cu 30…60 mW de energie electrică. În jurul anului 1999, Philips Lumileds a introdus LED-uri de putere capabile să funcționeze continuu cu un watt. Aceste LED-uri au la baza semiconductoare de dimensiuni mult mai mari pentru a putea absorbi puteri mari. De asemenea, matrițele semiconductoarelor au fost montate pe suporți de metal pentru a permite transferul căldurii din matrița LED-ului.Unul dintre avantajele cheie ale surselor de iluminat cu LED-uri este eficacitatea luminoasă ridicată. LED-urile albe se potrivesc rapid și au înlocuit cu succes sistemele standard de iluminat cu incandescență. Iluminatul general are nevoie de LED-uri de mare putere, de un watt sau mai mult. Curenți tipici de operare pentru astfel de dispozitive încep de la 350 mA.

5. Durata de viață și rata de defectare

Dispozitivele solid-state, cum ar fi LED-urile, sunt supuse la o uzura destul de mică dacă acestea funcționează la curenți mici și temperaturi scăzute. Multe dintre LED-urile concepute în anii ‘70 și ‘80 sunt încă în serviciu și la începutul secolului 21. Durata de viață tipică a unui LED este între 25000 și 100000 de ore, dar transferul de căldură cu mediu ambiant și modul în care alegem curentul de funcționare (vezi pct.8 noțiunea de ILED_OPTIM) poate prelungi sau scurta acest timp în mod semnificativ.

6. Performanța LED-urilor
Tabelul de mai jos evidențiază parametrii de performanță pentru trei tipuri de lămpi analizate și o previziune de performanța a lămpilor cu LED-uri în 2017. Impactul scalar al viitoarelor LED-uri este de așteptat să fie mai mic din cauză că în viitor se va îmbunătăți performanța LED-urilor iar proiectanți vor continua să caute și să crească calitatea materialelor și a componentele folosite în construcția lor.

7. Culori și materiale
LED-urile convenționale sunt realizate dintr-o varietate de materiale semiconductoare anorganice. Tabelul de mai jos prezintă culorile disponibile cu o gamă de lungimi de undă, cădere de tensiune și materiale:

LED-uri albastre și ultraviolete

LED-urile albastre au la baza un gol din bandă semiconductoare realizată din nitrură de galiu (GaN) și indiu nitrură de galiu (InGaN). Ele pot fi combinate cu LED-uri roșii și verzi pentru a produce impresia de lumină albă. Modulele care combină cele trei culori sunt folosite în ecrane video mari și în programe reglabile de culoare (folosind asazisele led-uri RGB).Primele LED-uri albastre au fost produse în 1971. LED-urile albastre au la baza un gol din bandă semiconductoare realizată din nitrură de galiu (GaN) și indiu nitrură de galiu (InGaN). Ele pot fi combinate cu LED-uri roșii și verzi pentru a produce impresia de lumină albă. Modulele care combină cele trei culori sunt folosite în ecrane video mari și în programe reglabile de culoare (folosind asazisele led-uri RGB).Primele LED-uri albastre au fost produse în 1971.

LED-urile verzi fabricate folosind sistemul InGaN/GaN sunt mult mai eficiente si mai luminoasa decat LED-uri verzi produse din materiale care nu conțin nitrură, dar dispozitivele practice încă prezintă randamente prea mici pentru aplicații de înaltă luminozitate.

Lumina albă

Există două moduri principale de a produce diode emițătoare de lumină de culoare albă (WLEDs) sau LED-uri care generează lumină albă de

înaltă intensitate. Unul este de a folosi LED-uri individuale care emit cele trei culori primare: roșu, verde și albastru, și apoi se amestecă toate culorile pentru a forma lumina alba. Celălalt mod constă în utilizarea unui material din fosfor pentru a face conversia luminii monocromatice de la un albastru sau UV la LED-uri de lumină albă cu spectru larg, în același fel în care tuburile fluorescente funcționează.
Există trei metode principale de amestecare a culorilor pentru a produce lumină albă cu ajutorul LED-urilor:

– LED albastru + LED verde + LED roșu

– în apropierea UV sau UV LED + fosfor RGB

– LED-uri albastre + fosfor

Cum controlam LED-urile ?

Diodele emițătoare de lumină (LED-urile) sunt construite din joncțiuni semiconductoare PN. Când LED-ul este polarizat direct electronii sunt capabili să se recombine cu golurile din interiorul dispozitivului și să elibereze energie sub formă de fotoni. Curentul care traversează joncțiunea PN a LED-ului va trebui să fie limitat și influențează luminozitatea LED-ului.

Stabilirea și limitarea curentului se poate face în mai multe moduri:

-folosind un rezistor extern pentru a limita curentul direct prin LED;

-utilizând o sursă de curent constant pentru a stabili un curent definit și stabil prin LED (Constant Current – CV);

-un convertor DC-DC în mod de voltaj constant (Constant Voltage – CV).

Alimentarea LED-urilor prin intermediul unei surse de curent constant (CC – Constant Current) sau unei surse de tensiune constantă (CV – Constant Voltage)
Figura ….. -Funcțiile de control a LED-urilor in funcție de strategia comandată: Figura a)Voltaj constant (CV); Figura b) Curent constant(CC); Figura c) Mod CC-CV ;

În figura sunt reprezentate grafic funcțiile corespunzătoare celor trei moduri de alimentare a LED-urilor: folosind un circuit de voltaj constant (fig.a), folosind un generator de curent constant (fig.b) și versiunea CC-CV care îmbină proprietățile circuitelor de curent constant cu a celor de tensiune constantă.În cazul în care LED-urile sunt conectate în paralel, ar putea exista o problemă de distribuție a curentului prin fiecare LED. O posibilă alternativă la acest mod de alimentare constă în amplasarea unei componente externe sau a unei componente electronice active care să controleze curentul prin LED. Deși această strategie asigură același curent prin fiecare LED, metoda conduce la obținerea unei soluții de iluminat mai puțin eficientă, fapt ce a condus la evitarea folosirii acesteia pentru un singur LED dar se poate aplica cu succes la mai multe șiruri de LED-uri conectate serie-paralel.

Sursă de tensiune constantă Sursă de curent constant Figura….-Alimentarea LED-urilor a) Metoda CV;b) Metoda CC

8.3 Led-uri serie și/sau paralel ?

– Conectarea serie –

Alimentarea mai multor LED-uri în serie evită o luminozitate inegală din cauza variației de curent. Deci, toate LED-urile vor vedea același curent pentru a obține același nivel de luminozitate. Tensiunea de ieșire a driverului va fi egală cu:

VOUT = Vf × n

unde Vfeste tensiunea nominală de funcționare a LED-ului și n este numărul de LED-uri conectate în serie..În cazul conectării în serie a LED-urilor, curentul de ieșire a driver-ului va fi egal cu:

IOUT = If;

unde If este curentul nominal al LED-ului, o dată foarte importantă de catalog.Deci,toateLED-urile conectate în serie vor vedea același curent.

Avantajele conectării în serie a LED-urilor:

-complexitate scăzută a circuitului;

-fiecare LED vede același curent;

-eficiență ridicată (nu este necesar rezistor de balast).

Dezavantajele conectării în serie a LED-urilor:

-tensiunea de ieșire a driver-ului poate deveni destul de mare pentru LED-urile conectate în serie;

-pe parcursul duratei de viață, LED-urilor își pot modifica în mod inegal parametrii de funcționare, fapt ce conduce la încărcare mare a unora și încărcare mică a altora, fapt ce va cauza defectarea mult mai rapidă a șirului de LED-uri sau la o luminozitate neuniformă;

-dacă un LED se defectează se întrerupe luminozitatea întregii conexiuni serie. Un LED scurtcircuitat are un efect redus asupra luminozități per ansamblu a circuitului dar poate provoaca ocrestre de tensiune a celorlalte LED-uri aflate în serie, dacă driverul de LED-uri nu este prevăzut cu o reacție de curent prin care să regleze automat tensiunea de ieșire la valoarea corespunzătoare – menționez acest lucru deoarece majoritatea drivere-lor de LED-uri realizate cu circuite integrate stabilizatoare liniare de tensiune, dau la ieșire o tensiune fixă, care nu se reglează automat în funcție de curentul nominal consumat de LED-uri. În această situație, se poate întâmpla ca la un moment dat tensiunea fixă de ieșire să fie prea mare pentru cele n-1 LED-uri rămase în funcțiune.

– Conectarea paralel –

Presupunem că avem doua rânduri de LED-uri conectate în paralel. Prin fiecare rând sau șir de LED-uri circulă un curent pe care îi voi nota cu: I1, I2. Driver-ul de LED-uri va trebui să asigure o tensiune de ieșire constantă egală cu ns x VF, unde ns reprezintă numărul de LED-uri dintr-un șir.

Avantajul major al utilizării conexiuni paralel a LED-urilor este acela că putem folosi un număr mai mare de LED-uri care dacă s-ar conecta în serie ar avea nevoie de o tensiune de alimentare mai mare decât cea nominală de ieșire a driver-ului de LED-uri. Cea mai mare problemă a conexiunii paralel sunt diferențele mici de toleranțe.Acest lucru va avea repercursiuni asupra percepției intensității culori sau luminozități unui LED, ajungând până în cazuri extreme când defectarea unuia sau mai multor LED-uri să producă scoaterea din funcțiune a întregului circuit.

Pentru a elimina sau mai bine zis pentru a reduce la minimum consecința expusă anterior, în serie cu fiecare șir de LED-uri se va conecta obligatoriu un rezistor de balast (de echilibrare): RB1, RB2 & RB3, care vor ajuta la compensarea variațiilor de curent cauzate de diferențele tipice Vf a LED-urilor.

Avantajele conectării în paralel a LED-urilor:

-posibilitatea alimentări unui număr mare de LED-uri.

Dezavantajele conectării paralel a LED-urilor:

-Eficiență scăzută;

-Creșterea complexități circuitului;

-Fiabilitate scăzută.

Fiabilitatea scăzută este cauzată de un risc considerabil a apariției variațiilor de curent. Un LED scurtcircuitat va conduce la creșterea curentului If prin LED-urile în serie funcționabile rămase.
8.4 Conexiunea matrice

Pentru a ajuta la îmbunătățirea fiabilității conexiunii paralel se poate folosi conexiunea matrice unde LED-urile sunt conectate pe laturi de alimentare orizontale și verticale. Acest mod de conectare, denumit în literatura de specialitate și conexiunea în cruce, nu este altceva decât conectarea unor LED-uri în serie și paralel. În cazul acestei conexiuni, tensiunea și curentul de ieșire necesar este asemenea ca la conectarea în paralel a LED-urilor, unde numărul de LED-uri care pot fi alimentate fără a depăși tensiunea maximă admisă de driver este mult mai mare ca în cazul conectării în serie a LED-urilor.
Cu toate acestea, conexiunea matrice este ceva mai tolerantă la erori, nu se folosesc rezistențe de echilibrare pentru funcționarea în paralel iar eficiența conexiuni este mult îmbunătățită. Totuși, distribuția curentului pe laturile matricii rămâne o problemă. O distribuție inegală a curentului poate conduce la diferențe vizibile de luminozitate.
Un LED scurtcircuitat va determina ca o latură de alimentare verticală să fie scoasă din funcțiune iar led-urile rămase vor continua să funcționeze în mod normal. Dacă un LED nu este deschis, doar LED-urile rămase de pe acel rând vor putea funcționa. Deci, conexiunea matrice permite un control individual al unui număr mare de led-uri folosind un driver cu o tensiune de ieșire mai mică decât în cazul folosirii conectări serie sau paralel.

8.5 Conexiunea multicanal

De obicei, se recomandă utilizarea conectării în serie a LED-urilor ori de căte ori este posibil deoarece acest mod de conectare evită problemele termice de distribuție întâlnite în cazul conexiunilor matrice și paralel. Conexiunea cea mai robustă constă în utilizarea unui driver separat pentru fiecare șir de LED-uri sau un așa-zis driver multicanal. Acest mod de conectare combină avantajele de fiabilitate a conexiunii serie cu o capabilitate mare în curent caracteristică conexiunilor matrice și paralel. Dezavantajul evident în cazul unei asemenea abordări este creșterea costurilor și a complexității.

9. Circuite de protecție

LED-urile sunt dispozitive extrem de fiabile, cu durate medii de viata care se apropie de 50000 ore. De departe cel mai frecvent eșec este degradarea treptată a intensității luminoase la 50% din valoarea nominală.
Cu toate acestea, apar eșecuri și din cauza stresului mecanic sau a temperaturi, utilizare greșită,defecte de ambalare etc. Cel mai comun și "catastrofal" eșec pentru LED-uri este să se întrerupă. Când se întâmplă acest lucru, după cum am văzut, în cazul conexiunii serie se provoacă întreruperea funcționări tuturor led-urilor din șir. O cauza frecventa care conduce la apariția acestui tip de defect („led întrerupt”) este aplicarea unei tensiuni mari excesive.
10. Montaje cu LED-uri

Indiferent de tip, culoare, dimensiune sau de putere, toate LED-urile funcționează cel mai bine atunci când sunt alimentate printr-o sursă de curent constant. Producătorii menționează caracteristicile LED-urilor, cum ar fi: eficiența luminoasă, culoarea etc., la un anumit curent (notat cu If) și la o anumită tensiune de funcționare (notată cu Vf). Prin urmare, poate fi destul de greu de stabilit care este cea mai bună metodă de alimentare a LED-urilor pentru o anume aplicație. Din start se încearcă evitarea acelei soluții prin care fiecare LED să fie alimentat de o sursă de curent constant, deoarece metoda, în aplicații care necesită un număr mare de LED-uri, devine ineficientă economic.Drept urmare, în decursul perfecționării aplicațiilor cu LED-uri s-a încercat să se adopte acea soluție de alimentare care să ducă la un număr minim de surse de curent constant și un număr maxim de LED-uri coroborat cu un aranjament prin care să se obțină cea mai bună eficiență luminoasă. Astfel au apărut diverse soluții de conectare serie/paralel a LED-urilor, cu dezavantajele și avantajele de rigoare.
Drivere de LED-uri în comutație

Un driver de LED-uri în comutație este legat de modul cum funcționează și sunt construite sursele în comutație. Regulatorul de tensiune de comutație menține o tensiune constantă la diferite sarcini actuale. Deci, sursele în comutație destinate să alimenteze LED-uri pot menține un curent constant prin LED-uri la orice cădere de tensiune pe LED, cu condiția că protecția la supratensiune și ambalare termică a sursei să fie funcționabilă sau să existe în construcția sursei.

Câteva exemple de topologii de surse de alimentare în comutație sunt:

BUCK – unde tensiunea de ieșire este în general mai mică decât tensiunea de intrare;

BOOST – unde tensiunea de ieșire este în general mai mare decât tensiunea de intrare;

BUCK – BOOST, este o structură ridicătoare/coborâtoare de tensiune, cu ieșire inversată;

SEPIC (single-ended primary inductor converter). Acest convertor imprumută funcțiile convertoarelor buck si boost, crescând sau micșorând tensiunea de ieșire, chiar dacă la un moment dat tensiunea de intrare poate fi mai mică decât cea de ieșire. Strategia de comandă permite obținerea unei surse cu zgomot mult mai redus, coroborat cu un număr minim de componente externe.

FLYBACK. O topologie care are la baza funcțiile convertoarelor buck și boost, dar în loc de inductoare conține un transformator care izolează galvanic intrare de ieșire.

Afisarea Imaginilor 2D,3D

3D (sau tridimensional) desemnează o tehnică de redare a obiectelor reale (cu 3 dimensiuni: înălțime, lățime și adâncime) cu ajutorul anumitor medii.

Redarea unei imagini 3D pe un suport bidimensional (plan)

În cazul fotografiilor, filmelor cinematografice, tablourilor realiste și multor altele, redarea pe un mediu plan este de obicei în 3D, numită și „în volum”, mai precis, sunt prezentate detalii privitoare la toate cele 3 dimensiuni ale obiectului real. Cu toate că mediul este plan (are doar 2 dimensiuni), în mintea noastră se creează de obicei impresia de profunzime, perspectivă, stereo sau 3D astfel că „uităm” că de fapt privim la un mediu cu doar 2 dimensiuni.

Mediul in plan se poate reda cu ajutorul urmatoarelor:

Imagini stereoscopica

Imagini holografice

Autostereograme

1.Imagini stereoscopice

O tehnică mai recentă, care a introdus o nouă calitate de afișaj, constă în prezentarea simultană pe același mediu plan, una lângă alta, a două imagini speciale, ușor diferite (câte o imagine pentru fiecare ochi), care în mintea omului se contopesc într-o singură imagine cu volum, mult mai reușită decât o simplă fotografie. In inaginea alaturata avem un exemplu de imagine stereocopica. Fotografiile duble, care pentru a crea impresia de 3D trebuie privite printr-un aparat simplu special (stereoscop), sunt cunoscute încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea. Această tehnică permite o ușoară deformare a celor două imagini percepute de ochiul stâng și cel drept, la fel ca și în realitate, cu efect de vedere în 3D – atunci când privitorul se deplasează ușor în stânga și dreapta.

2.Imagini holografice

Un caz deosebit îl reprezintă tehnica holografică. Aceasta reușește să înregistreze și să redea imagini statice în volum (3D) deosebit de bune, cu toate că se folosește de un mediu de redare bidimensional (plan).

Holografia este o metodă de înregistrare a unei imagini tridimensionale pe un suport în general bidimensional. Astfel, holografia este o formă avansată a tehnicii fotografice; înregistrările obținute se numesc holograme. Aceeași metodă se poate aplica și la înregistrarea, redarea și prelucrarea datelor de altă natură decât cele vizuale.

Holograma este redata in schema de mai sus prin reflectarea unui fascicul laser de pe obiectul pe care doriți să-l captați. De fapt,fasciculul laser s-a împărțit în două jumătăți distincte strălucind o jumătate de oglindă (o bucată de sticlă acoperită cu un strat subțire de argint, astfel încât jumătate din lumina laserului este reflectată și jumătate trece prin – uneori numită semi-argintiu oglindă). O jumătate a fasciculului se rotește de pe o oglindă, atinge obiectul și se reflectă pe placa fotografică în interiorul căreia va fi creată holograma. Aceasta se numește fascicul de obiect. Cealaltă jumătate a fasciculului se rotește de pe o altă oglindă și atinge aceeași placă fotografică. Aceasta se numește fascicul de referință. Se formează o hologramă în cazul în care cele două fascicule se întâlnesc în farfurie.

3.Autostereograme

Un alt caz deosebit sunt așa numitele autostereograme – pentru imagini nemișcătoare. In imaginea alaturata avem un exemplu de imagine autostereograma.Aici este vorba de imagini speciale alb-negru sau și colorate, aflate pe un mediu plan, care la prima vedere nu au niciun sens (eventual asemenea unor mâzgălituri), sau reprezintă ceva ce induce în eroare. Pentru a vedea o autostereogramă în volum nu este nevoie de niciun aparat. După un scurt antrenament al ochilor multe persoane reușesc însă să le privească într-un mod special, astfel încât în mintea privitorului ia naștere brusc, ca din neant, o imagine cu sens, tridimensională (în volum), foarte reușită. Pentru crearea unor astfel de imagini autostereografice (plecând de ex. de la modelul matematic 3D al unui obiect real) sunt necesare algoritme relativ complicate, dar care pot fi programate pe calculator; imaginea astfel creată în calculator – autostereograma – poate fi apoi tipărită pe orice imprimantă normală.

Redarea unei imagini 3D pe un suport tridimensional

Pentru tehnicile de redare în 3D există și suporturi de redare cu 3 dimensiuni (reale), ca de ex. cele folosite la imprimantele stereolitografice(volumetrice), afișoarele 3D și afișoarele în spațiu liber.

2D (sau bidimensional) desemnează o tehnică de redare simplificată a obiectelor reale (care au 3 dimensiuni: înălțime, lățime și adâncime).

La redarea în 2 dimensiuni pe un mediu (sau suport) plan (de ex. pe o foaie de hârtie, un ecran de TV, un monitor de calculator) se renunță la redarea detaliilor privitoare la una din cele 3 dimensiuni ale obiectului real, de cele mai multe ori la adâncime. În acest fel reprezentarea este schematizată și simplificată, lipsită de profunzime. Exemple: desene tehnice; filme de desene animate mai vechi.În unele cazuri reprezentarea în 2D pe un suport plan sau, mai general, bidimensional, este totuși cât se poate de satisfăcătoare. Exemple: tipare de croitorie, la proiectul fațadei unei case și altele.

Principiul de functionare, ilustrand diferenta esentiala intre redarea unei imagini 2D si a uneia 3D este prezentat in figura urmatoare.

Un afișor 3D este un dispozitiv de afișare capabil de a reda și transmite privitorului imagini tridimensionale . Principiile optice ale autostereoscopiei cu vizionare multiplă sunt cunoscute de mai bine de un secol. Afișoare practice cu înaltă rezoluție au devenit disponibile la prețuri mult mai mici. Ca urmare, comercializarea afișoarelor 3D pentru divertisment primește fonduri crescânde. Începând din 2010 au apărut pe piață, în mod masiv.

Tipuri de afișoare 3D

Stereoscopic

Autostereoscopic

Holografiegeneratădecalculator

Afișoarevolumetrice

Probleme

În cazul fiecăreia dintre aceste tehnologii de afișare există restricții, referitoare ori la locul privitorului, ori la echipamentul ancombrant sau neplăcut, ori la costurile ridicate. Depășirea celui din urmă impediment este probabil sarcina cheie pentru noul sector al generării de imagini 3D. Crearea imaginilor 3D fără artefacte este dificilă. Fotografii, videografii și profesioniștii din industria difuzării și cinematografiei nu sunt familiarizați cu montajul complex necesar la înregistrarea imaginilor 3D. Încă nu există îndrumări sau standarde pentru parametrii multicamerelor, nici penteru plasare sau procesare post-producție, așa cum există demult pentru televiziunea convențională, 2D.

Capitolul II – Prezentarea componentelor și exemple

2.1 Microcontrollerrul ATmega328

ATmega328 este un cip microcontroler creat de către Atmel și face parte din seria de megaAVR.

Specificații:

Atmega328 AVR 8-bit este un circuit integrat de înaltă performanță ce se bazează pe un microcontroler RISC, combinând 32 KB ISP flash o memorie cu capacitatea de a citi-în-timp-ce-scrie, 1 KB de memorie EEPROM, 2 KB de SRAM, 23 linii E/S de uz general, 32 Înregistrari procese generale, trei cronometre flexibile/contoare în comparație cu, întreruperi internă și externă, programator de tip USART, orientate interfață serială byte de 2 cabluri, SPI port serial, 6-canale 10-bit Converter A/D (8-chanale în TQFP și QFN/MLFpackages), "watchdog timer" programabil cu oscilator intern, și cinci moduri de software-ul intern de economisire a energiei selectabil. Dispozitivul funcționează 1,8-5,5 volți.Prin executarea instrucțiuni puternice într-un singur ciclu de ceas, aparatul realizează un răspuns de 1 MIPS.Prin executarea unor instrucțiuni puternice într-un singur ciclu de ceas, dispozitivul obține un răspuns de 1 MIPS, echilibrând consumul de energie și viteza de procesare.

Parametrii:

Înlocuiri:

O alternativă destul de comună de înlocuire pentru ATmega328 este ATmega328P.

Aplicații:

Azi, ATmega328 acesta este frecvent utilizat în mai multe proiecte și sisteme autonome unde un microprocesor simplu, de consum redus, cost scăzut. Poate cea mai comună implementare acest chip este populara platforma pentru Arduino, pentru modelele Uno și Nano.

Schema bloc

Configuratia pinilor

Pin-out

28-PIN PDIP

Cei 32 de pini TQFP

Descrierea pinilor

1. VCC- Tensiune de alimentare digitală.

2. GND-Ground.

3. Portul B (PB [7: 0]) XTAL1 / XTAL2 / TOSC1 / TOSC2

Portul B este un port I / O bidirecțional pe 8 biți cu rezistențe interne de tracțiune (selectate pentru fiecare bit). Portul B tampoanele de ieșire au caracteristici simetrice de antrenare, atât cu capacitate ridicată, cât și cu sursa. Ca intrări, Bornele portului B care sunt scoase din exterior la un nivel scăzut vor genera curent dacă sunt activate rezistențele de tracțiune. Portul Conectorii B sunt trimiși atunci când o stare de resetare devine activă, chiar dacă ceasul nu funcționează. În funcție de setările siguranței de selectare a ceasului, PB6 poate fi folosit ca intrare la oscilatorul de invertire amplificator și intrare în circuitul de funcționare a ceasului intern. Atmel ATmega328 / P [DATASHEET] Atmel-42735B-ATmega328 / P_Datasheet_Complete-11/2016 17 În funcție de setările siguranței de selectare a ceasului, PB7 poate fi folosit ca ieșire de la Oscilatorul de inversare amplificator. Dacă Oscilatorul RC Calibrat intern este folosit ca sursă de ceas cu cip, PB [7: 6] este folosit ca intrare TOSC [2: 1] pentru cronometrul / contorul asincron2 dacă bitul AS2 din ASSR este setat.

4. Port C (PC [5: 0])

Portul C este un port I / O bidirecțional pe 7 biți cu rezistențe interne de tracțiune (selectate pentru fiecare bit). PC-ul [5: 0] tampoanele de ieșire au caracteristici simetrice de antrenare, atât cu capacitate ridicată, cât și cu sursa. Ca intrări, Capetele portului C care sunt scoase din exterior la un nivel scăzut vor genera curent dacă sunt activate rezistențele de tracțiune. Portul C-pini sunt tri-declarate atunci când o stare de resetare devine activ, chiar dacă ceasul nu este în desfășurare.

5. PC6 / RESET

Dacă este programată siguranța RSTDISBL, PC6 este folosit ca un pin I / O. Rețineți că caracteristicile electrice din PC6 diferă de cele ale celorlalți ace de Port C. Dacă siguranța RSTDISBL este neprogramată, PC6 este utilizată ca intrare Resetare. Un nivel scăzut pe acest pin pentru mai mult timp decât lungimea minimă a impulsului va genera o Resetare, chiar dacă ceasul nu funcționează. Sunt mai puține impulsuri nu este garantată generarea unei Resetare. Diferitele caracteristici ale portului C sunt elaborate în secțiunea Funcții alternative ale portului C.

6. Port D (PD [7: 0])

Portul D este un port I / O bi-direcțional pe 8 biți cu rezistențe interne de tracțiune (selectate pentru fiecare bit). Portul D tampoanele de ieșire au caracteristici simetrice de antrenare, atât cu capacitate ridicată, cât și cu sursa. Ca intrări, Port D-pin-urile care sunt scoase din exterior la un nivel scăzut vor genera curent dacă sunt activate rezistențele de tracțiune. Portul Pini D sunt tri-declarate atunci când o stare de resetare devine activ, chiar dacă ceasul nu este în desfășurare.

7. AVCC AVCC este pinul de tensiune de alimentare pentru convertorul A / D, PC [3: 0] și PE [3: 2]. Ar trebui să fie extern conectat la VCC, chiar dacă ADC nu este utilizat. În cazul în care ADC este folosit, ar trebui să fie conectat la VCC prin un filtru trece-jos. Rețineți că PC [6: 4] utilizează tensiunea de alimentare digitală, VCC.

8. AREF

AREF este pinul analogic de referință pentru convertorul A / D.

9. ADC [7: 6] (doar Pachetul TQFP și VFQFN)

În pachetul TQFP și VFQFN, ADC [7: 6] servesc drept intrări analogice la convertorul A / D. Acești pini sunt alimentate de la sursa analogică și servesc drept canale ADC pe 10 biți.

2.2 Microprocesorul

Microprocesorul este o componentă electronică ce poate procesa două tipuri de informație: date și comenzi; el primește și trimite aceste informații, codate în limbaj binar, prin impulsuri electrice.În ciuda complexității sale, microprocesorul este alcătuit în principal dintr-un singur element de bază: tranzistorul (inventat în 1947).

Componentele unui microprocesor

Componente traditionale:

-Unitatea de comanda (UC)

-Unitatea aritmetico-logica (UAL)

-Registre generale si speciale (RG, RS)

Componente suplimentare:

-Memorie cache (Cache)

-Coprocesor matematic (CoP)

-Unitatea de management a memoriei (UMM)

-Controlor de intreruperi

Proiectarea cu microprocesoare

Avantajele Microprocesorului:

–        miniaturizarea

–        flexibilitatea si adaptabilitatea (cuplarea unei imprimate si al unei cantar automat fara modificarea principala a structurii)

–        ciclul redus de cercetare-dezvoltare, care are un caracter predominant soft

–        flexibilitatea ridicata

Dezavantejele Microprocesorului

–        viteza de executie mai mica, rezulta ca urmare a serializarii prin program a prelucrarii

–        necesitatea sculelor dedicate pentru elaborarea si implementarea programelor

Arhitectura standard a unui microsistem.

fig. Arhitectura standard a unui microsistem

CPU(Central Processing Unit) – aduce, decodifica si executa instructiunile din memorie generand semnale pentru vehicularea corecta a adreselor si datelor precum si pentru efectuarea operatiilor aritmetice si logice.

ROM(Read Only Memory) si RAM(Random Access Memory) – alcatuiesc memoria principala a microsist. si servesc la stocarea programelor si datelor

I/O(Intrare/Iesire) – contine circuitele de interfata cu echipamentele periferice

Clasificarea microprocesoarelor

Dupa lungimea cuvantului de date se disting microprocesoare cu lungime fixa (de 8, 16, 32, 64 de biti) si cu lungime extensibila.

Dupa tehnologia de fabricatie se deosebesc microprocesoare produse in tehnologie unipolara (PMOS, NMOS, CMOS) sau bipolara (STTL, ECL, I2N).

Dupa destinatie exista microprocesoare universale (toate cele amintite la punctul anterior) si microprocesoare dedicate.

Dupa setul de instructiuni se deosebesc microprocesoare CISC (set complex de instructiuni), RISC (set restrans de instructiuni).

Microprocesoarele sunt utilizate in diverse domenii:

Microcalculatoare pentru prelucrari de date (IBM PC)

Conducerea proceselor industriale

Sisteme de reglare automata

Echipamente de masurare si control, sisteme de achizitii a datelor

Comanda numerica a masinilor unelte

Comanda robotilor industriali

Echipamente de testare automata

Aparatura medicala

Bunuri de larg consum

2.3 Arduino.Exemple

Arduino este o companie open-source care produce atât plăcuțe de dezvoltare bazate pe microcontrolere, cât și partea de software destinată funcționării și programării acestora.Aceste plăci pun la dispoziția utilizatorului pini I/O, digitali și analogici, care pot fi interfațați cu o gamă largă de plăcuțe numite scuturi (shield-uri) și/sau cu alte circuite. Plăcile au interfețe de comunicații seriale, inclusiv USB pe unele modele, pentru a încărca programe din calculatorele personale.

Una dintre primele plăcuțe Arduino cu interfață de comunicații serială RS-232  și un microcontroler Atmel ATmega8(cu negru, dreapta jos); Cei 14 pini digitali de intrare/ieșire sunt localizați în partea de sus, iar cele 6 intrări analogice sunt pe partea dreaptă, jos sub microcontroler.

O plăcuță Arduino este compusă dintr-un microcontroler Atmel AVR de 8-, 16- sau 32-biți cu componente complementare care facilitează programarea și încorporarea în alte circuite.

Plăcuța Arduino are expuși mulți dintre pinii de intrare/ieșire ai microcontrolerului, pentru ca aceștia să fie folosiți de alte circuite. Diecimila, Duemilanove și UNO oferă 14 pini digitali de intrare/ieșire, dintre care 6 pot produce semnale PWM și 6 intrări analogice care, de asemenea, pot fi folosite ca intrări/ieșiri digitale. Acești pini sunt accesibili prin partea superioară a plăcuței, prin intermediul unor barete mamă cu pasul între pini de 2,54 mm.

Exemple de plăcuțe Arduino

Arduino Nano este o paltforma de dimensiuni reduse, compatibila cu breadboard-uri si construita un jurul microcontrollerului Atmega328P. Are mai mult sau mai putin aceleasi functionalitati ca o paltforma Arduino UNO, diferenta fiind lipsa mufei de alimentare si faptul ca aseasta platforma utilizeaza un cablu Mini USB.

Specificatii:

Microcontroller: Atmega 328P

Architectura: Atmel AVR 8-bit

Tensiune: 5v

Memorie Flash: 32KB

SRAM: 2 KB

Viteza: 16MHz

Intrari Analogice: 8

Iesiri PWM: 6

EEPROM: 1 KB

Arduino Mega este un microcontroler bazat pe ATmega1280 (datasheet). Dispune de 54 de intrări / ieșiri digitale (dintre care 14 pot fi utilizate ca ieșiri PWM), 16 intrări analogice, 4 UART (porturi seriale hardware), un oscilator de cristal de 16 MHz, o conexiune USB, o mufă de alimentare, și un buton de resetare. Conține tot ce este necesar pentru a susține microcontrolerul; pur și simplu trebuie doar conectat la un computer cu un cablu USB sau alimentat cu un adaptor AC-DC sau cu o baterie pentru a începe. Mega este compatibil cu majoritatea scuturilor proiectate pentru Arduino Duemilanove sau Diecimila.

Placa poate funcționa pe o sursă externă de 6 până la 20 de volți. Dacă este furnizat cu mai puțin de 7V, pinul 5V poate furniza mai puțin de 5 volți, iar placa poate fi instabilă. Dacă se utilizează mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate supraîncălzi și poate deteriora placa. Intervalul recomandat este de la 7 la 12 volți. ATmega1280 are 128 KB de memorie flash pentru stocarea codului (din care 4 KB este folosit pentru bootloader), 8 KB de SRAM și 4 KB de EEPROM.

Exemplu de program

Un program Arduino tipic pentru un programator începător face ca un LED să se aprindă intermitent. Acest program este încărcat pe placă, în mod normal, de către producător. În mediul de dezvoltare Arduino, utilizatorul ar trebui să scrie un astfel de program după cum urmează:

Multe plăcuțe Arduino conțin un LED, împreună cu un rezistor în serie, între pinul 13 și masă (GND), ceea ce este un amănunt util pentru multe teste.

Plăcuță compatibilă Arduino UNO R3 produsă în China fără logo-ul Arduino, dar cu semne identice, inclusiv inscripția Made in Italy

Arduino are o platformă hardware open-source: referințele de design pentru Arduino sunt distribuite sub licența Creative CommonsAttribution Share-Alike 2.5 și sunt disponibile pe situl Arduino. Schemele și fișierele de producție sunt și ele disponibile. Codul sursă pentru IDE este disponibil sub GNU General Public License, version 2.

Un proiect bazat pe platforma arduino consistă din mai multe module conectate intre ele.Modulele pot fi categorisite în functie de diverse criterii structurate dupa functie:

Platforma de dezvoltare- aceasta este placa electronică ce contine microcontroller-ul programabil.

Module de intrare- numite și senzori , acestea sunt module care se conectează la placa arduino pentru a trimite date către acesasta.

Module de date- modulele de date permit platformei arduino sa comunice direct cu alte dispozitive digiale.

Module de ieșire — acestea sunt module care se conectează la platforma Arduino pentru a permite acesteia să transmită informații către lumea exterioară. Acestea pot fi relee, afișaje, difuzoare.

Accesorii- acestea nu sunt în general considerate module arduino,insă sunt o parte uzuală a proiectelor de acest gen.

Pinii disponibili

Conectorii propriu-ziși sunt partea cu adevărat interesantă a întregii povești. Conectorii de pe platformele de dezvoltare Arduino sunt conectori mamă; deși puțin impropriu în aceste circumstanțe, vom numi fiecare conector individual, adică fiecare găurică, un pin. Ei bine, pinii de pe placa de dezvoltare au următoarele funcții, conform etichetelor tipărite pe placă:

GND — ground, masa, polul negativ al circuitului, tensiune 0 volți

5V — 5V, pin care prezintă o tensiune de 5 volți față de GND, indiferent de tensiunea de alimentare.
N.B.: în funcție de modelul platformei de dezvoltare, tensiunea de lucru poate fi 5V sau 3,3V; pentru plăcile care funcționează la 3,3V, toate mențiunile explicite despre tensiunea de 5V din acest articol se vor citi 3,3V.

VCC — tensiunea de intrare. Platforma Arduino se alimentează fie prin conectorul USB, fie prin mufa de alimentare; acest pin prezintă tensiunea de alimentare neschimbată, indiferent că este 3,3V, 5V, 9V, 12V sau orice altceva.

Digital 0, Digital 1, …, Digital N — pini de intrare/ieșire digitală. Dumneavoastră decideți din program dacă pinul X va fi folosit pentru intrare sau pentru ieșire. Pinii digitali au doar două stări: 1 sau 0 (logic), HIGH sau LOW (notația în cod), 5V sau 0V (tensiunea propriu-zisă). Numărul concret de pini disponibili depinde de modelul specific al platformei de dezvoltare; în general, numărul lor este de 14 sau 54.

Analog 0, Analog 1, …, Analog N — pini exclusiv de intrare analogică. Aceștia pot citi valori discrete între 0 și 1023, corespunzătoare în mod proporțional tensiunii de intrare (între 0 și 5V). Din nou, numărul de pini diferă de la placă la placă; în general numărul lor este de 6 sau 16.

În afară de acești pini, mai există câțiva pini cu funcții speciale; în plus, unii dintre pinii de deasupra au funcții auxiliare suplimentare

Se evită pinii digitali 0 și 1.

Pe aproape toate platformele Arduino și compatibile pinul digital 13 corespunde și unui LED lipit direct pe placă; acesta este un martor util pentru experimentele în timpul dezvoltării.

Se observă pinii marcați PWM pe placă — aceștia pot fi folosiți pentru a trimite semnal digital modulat, util pentru a simula intensitatea luminoasă variabilă a unui LED.

2.4 Prezentare exemple asemanatoare proiectului

In acest subcapitol se prezintă 2 proiecte asemanatoare cu proiectul meu despre care am o parere foarte bună.În continuare se vor explica pe scurt fiecare din cele doua proiecte. Primul dintre ele este o tastatură de led-uri capabila sa faca multe jocuri de lumini dar nu mediul tridimensional ci în mediul plan, aceasta face aceste jcouri de lumini cu ajutorul programării unui FPGA.Cel de-al doilea exemplu are mai multa legatura cu proiectul meu este varianta mai mică si anume LED cube 4x4x4, acesta este format din 64 de led-uri conectate la o placută programabilă Atmel AT Mega 16.

1.Tastatura RGB LED Driver Driver Panel

Acest proiect este un exemplu în care se conectează un panou LED SparkFun sau Adafruit 32×32 RGB la o placă BeagleBone Black folosind Xilinx Spartan 6 LX9 FPGA pe placa LogiBone FPGA. Hardware-ul pentru acest proiect este relativ ușor de construit – doar 16 semnale de date conectează panoul LED la placa LogiBone FPGA. Complexitatea acestui proiect se regăsește în special în RTL și software.

Panoul LED RGB cu un model aleatoriu de clipire conectat la placa LogiBone FPGA și alte imagini ale panoului de probă.

Panoul LED

Panoul cu LED-uri hardware

Panoul LED conține 1024 LED-uri RGB aranjate într-o matrice de 32 de rânduri și 32 de coloane. Fiecare LED RGB conține cipuri LED separate roșu, verde și albastru asamblate împreună într-un singur pachet. Afișajul este împărțit orizontal în două jumătăți. Jumătatea superioară constă din 32 coloane și 16 rânduri. Partea inferioară este formată din 32 coloane și 16 rânduri. Coloanele afișajului sunt conduse de un set de drivere, iar rândurile afișajului sunt conduse de un alt set de drivere. Pentru a ilumina un LED, trebuie să fie pornite driverele pentru coloană și rândul pentru acel LED. Pentru a schimba culoarea unui LED, chips-urile roșu, verde și albastru din fiecare pachet LED sunt controlate individual și au propriile drivere pentru coloane. Figura 2 de mai jos este o reprezentare schematică a coloanei afișate și a organizării conducătorilor de rânduri.

Coloana panoulu RGB LED și organizarea conducătorului de rând.

Panoul conține șase seturi de drivere pentru coloane; trei pentru jumătatea superioară a ecranului și trei pentru partea de jos. Fiecare driver are 32 ieșiri. Cei trei driver din partea de sus a afișajului redă cipurile roșii, verzi și albastre în fiecare dintre cele 32 de coloane ale LED-urilor din rândurile 0-15 ale panoului. Cei trei driver din partea inferioară a afișajului conduc cipurile roșu, verde și albastru în fiecare dintre cele 32 de coloane ale LED-urilor din rândurile 16 până la 31 ale panoului. Fiecare dintre drivere are o intrare de date seriale, o intrare de blocare, un registru de deplasare și un registru de ieșire paralel, după cum se arată mai jos în Figura 3. Datele prezente la intrarea de date seriale sunt deplasate în registrul de deplasare utilizând semnalul SCLK. După ce un întreg rând de date a fost transferat în registrul de deplasare, semnalul LATCH este utilizat pentru a transfera rândul de date pixel din registrul de deplasare în registrul de ieșire paralel. Dacă un bit din registrul de ieșire este un "1" și intrarea de blocare este dezasamblată, driver-ul pentru acea coloană va fi activat; în caz contrar, șoferul va fi oprit. Datele sunt deplasate de la marginea din dreapta a afișajului la marginea din stânga a afișajului. Cu alte cuvinte, primul bit mutat va fi afișat pe marginea din stânga a afișajului și ultimul bit mutat va fi afișat în partea dreaptă.

Operarea driverului de coloane pentru intrările de date R0 și ieșirile coloanelor roșii de sus-jumătate. Există încă două dintre aceste registre de deplasare în partea superioară a afișajului pentru coloanele de sus și jumătate verde și albastru și încă trei în partea de jos pentru coloanele de jos jumătate roșu, verde și albastru.

Driverele de coloane roșii, verzi și albastre pentru jumătatea superioară a afișajului sunt atașate la intrările de date R0, G0 și B0. Șoferii de coloană roșu, verde și albastru pentru jumătatea inferioară a afișajului sunt atașați la intrările de date R1, G1 și B1. Toți șase dintre driverele pe 32 de biți au semnale comune SCLK, LATCH și BLANK. Rândurile sunt conduse folosind patru biți de adresă și un decodor de adresă. Intrarea de adrese pe patru biți către driverele de rând este decodificată, iar driverele cu două rânduri care corespund acelei adrese vor fi activate. Când A [3: 0] este 0, rândurile 0 și 16 ale afișajului sunt activate. Când A [3: 0] este 1, rândurile 1 și 17 ale afișajului sunt activate. Acest model continuă până când A [3: 0] este de 15, iar rândurile 15 și 31 sunt activate. Pe lângă logica și driverele de rând și coloană, afișajul are o intrare de blocare. Această intrare este cel mai probabil conectată la driverele de coloane. Când semnalul de înregistrare este afirmat, toți pixelii sunt dezactivați și afișajul va fi negru. Atunci când semnalul de blocare este dezasamblat, rândurile și coloanele adresate vor fi conduse și pixelii corespunzători iluminați. Pentru a afișa o imagine fără pâlpâire și ghosting, toate aceste semnale trebuie să fie folosite și să fie ordonate corespunzător atunci când conduceți panoul.

Procesul de bază utilizat pentru a reîmprospăta afișarea folosind trei biți pe pixel (un bit pentru roșu, un bit pentru verde și un bit pentru albastru) este următorul:

1. Se deplasează datele pixelilor pentru rândul 0 în driverele coloanei superioare și datele pixelilor pentru rândul 16 în driverele coloanei inferioare folosind intrările de date R0, G0, B0, R1, G1 și B1 și semnalul ceasului de schimbare SCLK.

2. Se afisează semnalul de blocare pentru a bloca afișajul.

3. Se setează intrarea adresei la 0.

4. Se blochează conținutul registrelor de deplasare ale șoferilor de coloane în registrele de ieșire ale driverelor de coloane folosind semnalul LATCH.

5. Se dezasamblează semnalul de înregistrare pentru a afișa rândurile 0 și 16.

6. Se așteaptă o anumită perioadă de timp.

7. Se repetă procesul pentru fiecare pereche de rânduri de pe afișaj.

8. Se repetă întregul proces de cel puțin 100 până la 200 de ori pe secundă pentru a preveni pâlpâirea.

Procesul de mai sus utilizează un bit pe culoare LED. Acest lucru va oferi opt culori posibile: negru; culorile primare roșii, verzi și albastre; culorile secundare cian, magenta și galben; si alb. Pentru a afișa mai multe culori și niveluri de luminozitate, tehnica de mai sus este modificată pentru a utiliza modulația binară codată. În modularea binară codificată, fiecare pixel este controlat utilizând mai mult de un singur bit per culoare per pixel. Cantitatea de timp pe care fiecare cip LED roșu, verde și albastru este activă este apoi modificată proporțional cu valorile roșu, verde și albastru ale pixelilor. În modularea binară codificată, se efectuează următorul proces de reîmprospătare a afișajului:

1. Se redimensionează bifa zero a valorilor roșu, verde și albastru ale pixelilor pentru rândurile 0 și 16 în driverele de coloane.

2. Se afișează semnalul de blocare pentru a bloca afișajul.

3. Se setează intrarea adresei la 0.

4. Se blochează conținutul registrelor de deplasare ale șoferilor de coloane în registrele de ieșire ale driverelor de coloane folosind semnalul LATCH.

5. Se dezasamblează semnalul de înregistrare pentru a afișa rândurile 0 și 16.

6. Se asteaptă o anumită perioadă de timp, N.

7. Se repetă procesul de mai sus pentru următorul bit de comandă mai mare de date de culoare din același rând. La pasul 6, așteptăm de două ori timpul de întârziere anterior. Se repetă acest proces pentru fiecare bit de date de culoare, dublând timpul de întârziere după afișarea fiecărui bit succesiv.

8. Se repetă procesul de mai sus pentru fiecare pereche de rânduri de pe ecran.

9. Se repetă întregul proces de cel puțin 100 până la 200 de ori pe secundă pentru a preveni pâlpâirea.

Conducerea panoului

Afișajul este multiplexat și are un ciclu de funcționare 1/16. Aceasta înseamnă că nu mai mult de un rând din cele 16 din jumătatea superioară a afișajului și dintr-un rând din cele 16 din jumătatea inferioară a ecranului sunt iluminate o dată. Mai mult, un LED poate fi pornit sau oprit. Dacă sunt activate atât rândul, cât și coloana pentru un LED, LED-ul va fi iluminat; altfel LED-ul va fi stins. Pentru a afișa o imagine, întregul panou LED trebuie scanat suficient de repede încât să apară o imagine continuă fără să clipească. Pentru a afișa diferite culori și niveluri diferite de luminozitate, luminozitatea cipurilor LED-uri roșii, verzi și albastre din fiecare pachet LED trebuie ajustată prin modificarea intervalului de timp pe care fiecare cip LED este pornit sau oprit într-un singur ciclu de reîmprospătare.

FPGA

FPGA interfețează software-ul de generare a modelelor C ++ care rulează pe procesorul BeagleBone Black pe panoul LED. FPGA face ridicarea greu necesară pentru a reîmprospăta întregul panou LED de aproximativ 200 de ori pe secundă. Acest lucru lasă BeagleBone Black CPU liber pentru a genera modelele și pentru a efectua alte sarcini.

Schema bloc a sistemului care include o diagramă bloc a blocurilor funcționale majore ale FPGA.

După cum se arată în figura 4 de mai sus, software-ul care rulează pe BeagleBone Black generează modele. Aceste modele sunt trimise la FPGA pe placa LogiBone folosind magistrala GPMC a TI SOC. Aceste modele sunt scrise într-o memorie cu două porturi care servește ca tampon de afișare. În cele din urmă, un controler de afișare citește modelele din memoria cu porturi duale, schimbă datele pe afișaj și le permite driver-elelor de rând să afișeze imaginea. Întregul proces este repetat de aproximativ 200 de ori pe secundă și generează o imagine RGB de 32 x 32 cu culoare pe 12 biți fără nici o interacțiune de la procesorul BeagleBone Blacks.

Interfață GPMC

TI SOC are o interfață de memorie programabilă numită controler de memorie cu scop general (GPMC). Această interfață este extrem de flexibilă. Acesta poate funcționa în ambele moduri sincrone și asincrone, iar temporizarea bus-ului este programabilă în incremente de 10ns. Busul GPMC va fi folosit pentru a transfera date pixel din software-ul de pe BeagleBone Black la FPGA pe placa LogiBone. În sistemul GPMC este configurat să funcționeze în modul de adresă / date asincron, multiplexat. În acest mod, atât magistralele de adrese cât și cele de date sunt de 16 biți. Acest lucru permite ca un întreg pixel pe 12 biți să fie transferat de la CPU pe BBB la FPGA pe placa LogiBone într-o singură operație de scriere.

Conectarea hardware-ului

Afișajul necesită doar o conexiune de date la placa LogiBone FPGA și o conexiune de alimentare la o sursă de alimentare de + 3.3V pentru a funcționa. Aceste conexiuni sunt detaliate în secțiunile de mai jos.

Se afișează conexiunile de date

Figura 11 de mai jos prezintă conexiunile dintre conectorii PMOD și conectorul de intrare a datelor afișajului. Veți avea nevoie de 16 conexiuni între placa LogiBone și panoul afișajului. Treisprezece dintre acestea sunt conexiuni de date; trei dintre acestea sunt temeiuri. Puteți utiliza firele de jumper sau placa de adaptare PMOD-to-display. Dacă utilizați cabluri de jumperi, cablajul va arăta ceva asemănător cu figura 12. Cu placa de adaptare, va arăta ceva asemănător cu figura 13.Se reține că pinii conectorilor PMOD sunt numerotați diferit decât anteturile cu două rânduri sunt în mod normal numerotate.

Conectori PMOD, conexiunile dintre conectorii PMOD și conectorul de intrare al afișajului și conectorul afișajului se scoate din afară.

Placa LogiBone FPGA conectată la panoul RGB cu LED-uri, folosind fire de tip jumper.

Placa LogiBone FPGA conectată la panoul RGB LED utilizând placa de adaptare PMOD-to-display.

2.Led Cube 4x4x4x4

Proiectul urmărește realizarea unui display tridimensional format din 64 de leduri. Cubul este format din 4 nivele, fiecare conținând 16 leduri albe. Fiecare led din cele 64 se v-a controla individual pentru a crea efecte și animații 3D. Ledurile se vor controla cu ajutorul microcontroller-ului Atmel AT Mega 16.

Hardware Design

Controlul individual al celor 64 de leduri fără a avea nevoie pentru fiecare led de câte două fire se realizează prin multiplexare. Multiplexarea este un proces în care mai multe semnale analogice sau fluxuri de date digitale sunt combinate într-un semnal pe un mediu comun.În acest fel se pot controla toate cele 64 de leduri individual la un anumit moment de timp, folosind doar 16 fire de legătură, implicit doar 16 pini ai microcontrollerului. Alte 4 fire respectiv pini vor fi folosite pentru a controla fiecare, un tranzistor.

Soluția aleasă este următoarea:

Având 4 planuri a câte 16 leduri, se creeaza un punct de masă comun pentru fiecare dintre cele 4 planuri. Astfel toți catozii(-) ledurilor pentru un nivel se vor uni într-un punct comun.

Fiecare punct de masă , aferent planului respectiv va fi controlat de un tranzistor BC 338. Astfel când baza acestuia va fi parcursă de un curent se închide circuitul respectiv.

Fiecare pin din cei 16 controlează practic o coloană a cubului, iar în funcție de ce plan de masă (circuit) alegem să închidem se va aprinde ledul în consceinta. Astfel dacă vrem să aprindem un singur led, închidem circuitul aferent planului pe care se află ledul (dăm valoarea 1 portului care controlează respectivul tranzistor) și selectam coloană pe care se află ledul (dăm valoarea 1 portului care controlează respectivă coloană).

Fiecare ieșire a microprocesorului furnizează 5V. Pentru aputea aprinde corect ledurile se alege pentru fiecare (coloană) o rezistență de 220Ω .

Componentele utilizate:

Schemă Electrică:

Software Design

Software

Codul conține fișierele C:

main.c /** fișierul principal */

effect.c /** animațiile care vor apărea când cubul este pus în funcțiune */

draw.c /** definite funcții geometrice */

frames.c. /** cele 6 frame-uri ale unei linii care se deplasează în jurul centrului cubului */

Rezultate Obținute

Concluzii

Proiectul este funcțional atât hardware cât și software. Construcția fizică a cubului a ridicat unele probleme întrucât a trebuit să lipesc 64 de leduri între ele într-o structură cubică, ca în imagini. Spațiul dintre nivele fiind foarte limitat am întâlnit unele dificultăți în a ajunge cu letcon-ul în unele locuri.

Capitolul III. Proiectarea practică

În acest capitol se prezită partea practică a proiectului si anume pașii care i-am facut pentru realizarea proiectului fizic. Scopul acestui proiect este de a construi un Cub 8x8x8 LED.Sub-obiectivele acestui proiect sunt construirea cubului LED 512, construirea unui tablou de comandă bazat pe Arduino și construirea unei incinte frumoase care să ascundă elementele electronice.

Pasul 1: Lista componentelor

Pentru acest proiect am avut nevoie de urmatoarele componente:

LED-uri

Microcontroller- ARDUINO UNO

sursa de 5V-10A

rezistente

fludor

placa de teste

fire de legatura

Pasul 2: Ceeste un LED CUBE?

Un LED CUBE este ca un ecran cu LED-uri, dar este special în faptul că are o a treia dimensiune, făcând-o 3D. Gândiți-vă la ele ca la multe afișări transparente cu rezoluție scăzută.În afișajele normale, este normal să încercați să stivuiți pixelii cât mai aproape posibil pentru a face să arate mai bine, dar într-un cub trebuie să-l poți vedea și mai mult spațiu între pixeli (de fapt este voxel, deoarece este în 3d) este necesar.Spațierea este un compromis întrecât de ușor se văd straturile din spatele ei și fidelitatea voxelului.

Din moment ce este mult mai mult de lucru la un LED CUBE decât la un afișaj cu LED-uri, acestea sunt, de obicei, de rezoluție scăzută.Un display LED de 8×8 pixelieste de numai 64 de LED-uri, dar un LED cub în 8x8x8 este de 512 LED-uri, un ordin de mărime mai greu de făcut.Acesta este motivul pentru care cuburile LED sunt realizate numai la rezoluție redusă. Un cub LED nu trebuie să fie simetric, este posibilsă se facă un 7x8x9, sau unul chiar mai ciudat.

8x8x8 Teoria cubului și persistența viziunii

Nu putem controla direct toate LED-urile de 512 în LED-ulnostru Cube, ar fi nevoie de 8 ori mai mult efort și mult mai multă putere, așa că am revenit la o metodă mai ușoară care utilizează Persistența vederii..Acest truc apare atunci când ceva apare aproximativ 50-60 de ori pe secundă (sau chiar mai des) în aceeași locație … când se întâmplă acest lucru, creierul nostru crede că obiectul este permanent acolo. Deci, în loc de a controla direct LED-urile 512,se controlează doar 64 deodată – dar extrem de repede, putem face să pară că de fapt controlăm toate cele 512 în același timp.

Comandă încet fiecar nivel

Accelerare a controlului

Animația de mai sus ilustrează probabil ceea ce am încercat să explic mai bine decât cuvintele mele.Deci, dacă cubul nostru 8x8x8 LED are 64 LED-uri pe fiecare 'strat' si există 8 straturi … daca spunem fiecare strat care LED-uri sunt aprinse si dezactivate destul de repede, întregul LED cub va apărea ca și cum vom controla simultan fiecare LED.

Pasul 3: Cum funcționează un LED CUBE

Acest cub LED are 512 LED-uri. Evident, având un port dedicat IO pentru fiecare LED ar fi foarte nepractic. Avem nevoie de un microcontroller cu porturi de 512 IO și rulați 512 fire prin cub. În schimb, cuburile LED se bazează pe un fenomen optic numit persistență a vederii (POV).Dacă blocați un LED foarte repede, imaginea va rămâne pe retină puțin timp după ce LED-ul se oprește.

Pasul 4: Anatomiaunui LED CUBE

În acest subcapitol vom vorbi despre anozi, catozi, coloane și straturi, așadar vă permite să vă faceți o clipă pentru a vă familiariza cu anatomia unui cub LED.Un LED are două picioare. Unul pozitiv (anodul) și unul negativ (catod).Pentru a aprinde un LED, trebuie să rulam curentul de la piciorul pozitiv la cel negativ.Cubul LED este alcătuit din coloane și straturi. Picioarele catodice ale fiecărui LED într-un strat sunt lipite împreună. Toate picioarele anodice dintr-o coloană sunt lipite împreună.Fiecare dintrecele 64 de coloane este conectată la placa de control cu ​​un cablu separat. Fiecare coloană poate fi controlată individual.Fiecare dintre cele 8 straturi are, de asemenea, un cablu separat care merge la placa de control.

Pasul 5

Aici se prezintă partea fizică a proiectului.Pentru inceput îndoim catodul dupa cum urmeaza in imaginea urmatoare

Led-urile folosite pentru acest proiect sunt de 3 mm.Acestea rezistă la o tensiune între 2.6V și 2.8V și un curent de 18mA, de preferabil tensiuneasa fie de 2.8V.Aceste led-uri au o intensitate de 2.000 mcd.
LED-urile sunt disponibile într-o varietate de dimensiuni și forme, inclusiv LED-ul de 3 mm. Avem un sortiment larg de modele cele mai comune fiind cele de 3mm, 5mm, 8mm și 10mm.Dimensiunea se referă la diametrul exterior al LED-ului. LED-urile de 3 mm sunt cele mai mici și sunt utilizate în aplicații bine montate, în timp ce modelele de 8mm și 10mm sunt folosite în cazul în care dorim să obținem cât mai multă lumină. LED-urile de 3 mm pot fi folosite ori unde avem nevoie de iluminare sau indicatoare de înaltă intensitate.

Am folosit o placă de parchet pe care am dat găuri in asa fel încat sa intre led-urile nici prea greu nici prea ușor, pentru a construi acest cub.Am decis ca pentru a da gaura in placa de parchet sa iau ca mausură anodul led-urilor care este de aproximativ 1,7 cm, găurile au fost făcute pe masura led-urilor adică de 3 mm după cum urmează in imaginea urmatoare:

Am facut această modificare deoarece imi este mai usor să le lipesc unul peste altul.Am aranjat led-urile după cum urmează:

După aceea urmatorul pas este înclinarea anodului și după aceea lipirea lui, lipirea trebuie facută cu mare ațentie deoarece se pot rupe repede iar ceea ce am facut eu puteti vedea in imaginile urmatoare:

După care o să ajungem la un plan de led-uri:

În continuare am suprapus toate cele 8 plane urmând ca după aceea să ne rezulte cubul dorit.

Am decis să folosesc pentru acest cub o placută arduino mai exact arduino uno, pe care am programat-o cu ajutorul unui program.Dar mai întai sa vedem ce este de fapt placută arduinouno:

ArduinoUNO  este o platforma de procesare open-source, bazatape software si hardware flexibil și simplu de folosit. Constă intr-o platformă de mici dimensiuni (6.8 cm / 5.3 cm – în cea mai des întalnită variantă) construită în jurul unui procesor de semnal și este capabilă de a prelua date din mediul înconjurator printr-o serie de senzori și de a efectua acțiuni asupra mediului prin intermediul luminilor, motoarelor, servomotoare, și alte tipuri de dispozitive mecanice. Procesorul este capabil să ruleze cod scris într-un limbaj de programare care este foarte similar cu limbajul C++.

Specificatii :

Microcontroler: ATmega328

Tensiune de lucru:5V

Tensiune de intrare (recomandat):7-12V

Tensiune de intrare (limita):  6-20V

Pinidigitali: 14 (6 PWM output)

Pini analogici:6

Curent per pin I/O:40 mA

Curent 3.3V: 50 mA

Memorie Flash: 32 KB (ATmega328)  0.5 KB pentrubootloader

SRAM: 2 KB (ATmega328)

EEPROM:1 KB (ATmega328)

Clock Speed: 16 M

Conectarea modulelor

În general, un proiect bazat pe platforma Arduino consistă dintr-o platformă Arduino sau compatibilă și mai multe module conectate la aceasta. Dacă vă uitați cu atenție la plăcuța din imaginea de mai sus veți observa că puteți identifica câteva elemente destul de distincte: un conector USB (cutiuța argintie), o mufă de alimentare (piesa neagră cilindrică de lângă conectorul USB) și o sumedenie de conectori (piesele negre proeminente, cu găurele, dispuse în două rânduri, pe marginea de sus și de jos a plăcii). Toate aceste elemente sunt disponibile, sub o formă sau alta, pe orice placă Arduino sau compatibilă.

Conectorul USB este necesar pentru programarea inițială a microcontrollerului. Prin intermediul acestuia, platforma se conectează la un computer pe care se scrie, se compilează și se încarcă programul dorit. Vom vedea detalii mai jos.

Mufa de alimentare — platforma Arduino se alimentează prin portul USB, atâta vreme cât consumul de curent este rezonabil.

Conectarea propriu-zisă

Aproape orice modul extern are nevoie de cel puțin trei fire de conectare: două pentru alimentare (GND și 5V) și cel puțin unul pentru semnal (înspre sau dinspre modul, în funcție de natura acestuia).

Un exemplu este un buton simplu, pe care îl putem conecta la platforma Arduino în felul următor:

Evident, scopul acestui modul este să notifice aplicația în privința stării butonului (apăsat sau neapăsat), în așa fel încât să luam o acțiune sau alta. La fel de evident, un singur buton nu ar fi suficient pentru a finaliza o aplicație utilă — avem nevoie să conectam mai multe module în mod simultan.