Description technique + schémas et pcb

Salut a tous,

Comme promis voici la description technique ainsi que les différents schémas pour réaliser soi-même son propre cube.




Donc pour commencer il faut savoir que nous n’avons pas trouvé de plan complet sur internet. Cependant, après avoir parcouru de nombreux forums nous en avons beaucoup appris sur le coté multiplexage. Ensuite avec les différents composants utilisés par l’original, nous avons recréés un schéma complet.

Il faut savoir que l’on utilise des leds RGB à cathode commune, ce qui veut dire que chaque led est en fait un groupe de 3 leds avec une patte commune, la cathode (la masse).

Notre projet porte donc sur une matrice de led de 4*4*4 pour arriver donc à 64 leds. Cela représente tout de même 256 pattes à commander.

Souhaitant utiliser les mêmes composants que l’original, il nous fallait donc utiliser le même multiplexage que l’original sans quoi il est impossible de commander ces 256 broches avec les 40 broches du PIC18F4620.
Le cube possède 2 niveaux de multiplexage. Le premier est donc le maillage et le second est la manière de câbler les leds entres elles sur le PCB.

La méthode utilisée par l’original pour faire tenir ces 64 leds avec un maillage est vraiment bien pensé, pourquoi donc changer , avec le maillage il reste 64 broches à commander.

Il faut donc ensuite câbler les leds entres-elles de manière croisée afin de réduire le nombre de pattes à commander à 32. On peut voir de manière précise le câblage sur le schéma numéro 2 plus bas.
On a pu trouver sur un site un schéma expliquant le second multiplexage comme on peut le voir ci-dessous.

Imaginons pour simplifier que nous avons trois LED RGB. Chaque LED a quatre pattes, rouge, vert, bleu, et la masse. Si nous câblons toutes les masses en même temps il nous faudrait neuf broches pour contrôler les LED individuellement, trois pour chacune. Mais si nous multiplexons; nous connectons le rouge au rouge, le vert pour le vert et le bleu au bleu, tout en laissant les broches de masses seules. De cette façon, il n'y aura besoin que de six broches, R,G,B et trois masses. Cependant il faudra faire attention à connecter seulement une masse à la fois pour commander chaque LED indépendamment. Ainsi il faudra faire tourner les différentes masses rapidement pour avoir l’impression de commander trois LED.

Dans le cube 4x4x4 il y a des séries de huit LED connectée de cette façon. Chaque ensemble de huit LED ont toutes les masses connectées. Dans ce cas, la moitié d'une couche est connecté (première et troisième lignes, deuxième et quatrième lignes) Les RG et B sont également connectés par blocs de huit, mais ils sont connectés dans les colonnes de manière à garder un contrôle individuel. Les colonnes sont reliées à la première ligne et de deuxième ligne. Sur l’image on peut voir une section de LED connectée par la masse en vert et les LED connectée RVB en rouge. Le jaune est une autre section de LED RGB connectés et le bleu est une autre section de LED connecté par les masses. Ainsi si la section verte est relié à la masse alors seul une LED dans la section rouge et dans la section jaune seront allumé. De cette façon, si vous connectez la broche rouge de la section entière Rouge et la seulement la section verte à la masse seulement une LED s'allumera.

Bref avec tout ça on peut commander indépendamment, chaque led et même chaque couleur de chaque led.


Passons a la description de la carte électronique.

La carte est basée autour d'un PIC 18F4620. Ce pic a la particularité de posséder un oscillateur interne ce qui permet d'avoir à disposition d'un plus grand nombre de broches disponibles.
Le PIC fonctionne donc à vitesse presque maximale : 32MHz 8MHz x 4(PLL).
La carte a besoin de commander 3 couleurs (3*8 broches) ainsi que 8 broches de masses.
Aussi nous avons souhaité garder le port C (ports de communication) pour des extensions tels que des boutons ou d'autres fonctionnalités.
Il nous manquait donc 1 port de 8 bit sur le pic. qu'a cela ne tienne il suffit d'ajouter un registre a décalage de 8 bits (registre fabriqué avec 8 bascules D : composant 74HC574).

Info. sur les registres a décalage => http://fr.wikipedia.org/wiki/Registre_a_decalage

Et qui dit registre à décalage dit forcement un signal pour décaler les bits du registre => une horloge.
Pourquoi ainsi ne pas utiliser cette horloge pour synchroniser aussi les autres couleurs.
C'est pour cette raison que chaque couleur, associé à chaque port possède une série de bascule D suivis de résistance (et oui on veut éviter de griller des diodes si chères).

Pour la valeur des résistances, ça dépend des diodes que vous achetez, en plus comme la luminosité n'est pas la même pour chaque couleur, il vaut mieux avoir des valeurs différentes pour chaque couleur. Aussi je conseille pour trouver les bonnes valeurs de résistances qui vont bien (au gout de chacun) d'essayer avec des potentiomètres sur une plaque d'essais.

J'ai dit plus haut que les diodes sont à cathode commune donc afin de pouvoir connecter les masses on avait 2 solutions soit utiliser un registre à décalage à collecteur ouvert soit utiliser un composant supplémentaire afin de commander les masses.
Nous avons opté pour la deuxième solution pour plusieurs raisons. La première est que l'on souhaitait utiliser les mêmes composants que l'original. Aussi, le courant à drainer pour chaque masse peut être important, en effet si toutes les couleurs de chaque led sont allumés cela représente un fort courant. Afin d'éviter tout problème le composant ULN2803 semblait tout indiqué.

pour le reste, la carte possède un connecteur ICSP afin de pourvoir reprogrammer le PIC sans l'enlever de son support et une alimentation réalisée à base de régulateur 5V (7805).

Schémas électronique complet (2 parties)


PCB complet (routage)


LIENS

Voici donc les liens des différents fichiers ici; libres pour une utilisation personnelle seulement.
==> Les fichiers au format Gerber et pdf




N'hésitez pas a poser des questions

peut ton utilisé des leds a anodes commune en modifiant le schéma isis ou en modifiant les niveau de commande dans la programmation

Le schémas n'a pas du tout été pensé pour mettre des leds a anode communes,
Cependant, pour que le cube fonctionne avec des leds a anodes communes, il faudrait modifier a la fois le schéma et la programmation.

Il faudrait supprimer l'ULN2803 et juste ponter les pâtes, enfin a condition que le 74hc574 soit capable de fournir le courant suffisant pour alimenter toutes les leds... Si ce n'est pas le cas, il faudrait remplacer l'ULN2803 par un réseau de transistor et de résistances pour générer le courant pour toutes les leds.

Pour la même raison il faudrait vérifier que les 3 autres 74hc574 puissent supporter le courant de toutes les leds... (Je n'ai pas fait le calcul, mais j'ai vraiment un gros doute sur ce point, car le composant n'est vraiment pas prévu pour çà.

Ensuite Il faudrait également modifier la programmation pour inverser toutes les commandes du cube, Au lieu de mettre un '1' pour allumer une led, il faudrait mettre un '0'. (Ou alors de rajouter des composant pour faire l’inversion du signal).

Il faudrait donc penser à ce nouveau schéma, mais je ne suis pas sur que le jeu en vaut la chandelle.

bonjour,

je suis actuellement en terminale sti2d, et je dois donc faire un projet, qui est un cube LED de 6*6*6...

je voulais vous demander si il été possible que vous m'envoyez vos schémas électriques , car ils sont trop petits à la lecture ou à l'enregistrement, et ils me seraient d'une grande aide pour réaliser notre cube.
nous avons malheureusement choisit le multiplexeur tlc5490, hors, il ne marche qu'avec des LED à anode communes, et évidemment, les nôtres sont à cathodes communes.
auriez-vous une solution pour pouvoir continuer avec nos multiplexeurs, ou bien est-il vraiment nécessaire de changer de composants et de les remplacer par des PIC18F4620, comme vous l'avez fait?

je vous remercie grandement de votre réponse  

ieael el a écrit:bonjour,

je suis actuellement en terminale sti2d, et je dois donc faire un projet, qui est un cube LED de 6*6*6...

je voulais vous demander si il été possible que vous m'envoyez vos schémas électriques , car ils sont trop petits à la lecture ou à l'enregistrement, et ils me seraient d'une grande aide pour réaliser notre cube.
nous avons malheureusement choisit le multiplexeur tlc5490, hors, il ne marche qu'avec des LED à anode communes, et évidemment, les nôtres sont à cathodes communes.
auriez-vous une solution pour pouvoir continuer avec nos multiplexeurs, ou bien est-il vraiment nécessaire de changer de composants et de les remplacer par des PIC18F4620, comme vous l'avez fait?

je vous remercie grandement de votre réponse  

Les schémas electriques sont dispo en grand sur le site, il est par contre nécessaire d’être connecté pour les ouvrir en grand. Je remet les liens ici
https://servimg.com/view/12552015/6
et https://servimg.com/view/12552015/7

Il y a une chose que je n'ai pas compris dans votre projet, comptez vous utiliser des led RGB(4broches) ou des led simple(monochrome) (2 broches) ?

Concernant mon montage, il est constitué de simples multiplexeur 74H574. Or le tlc5490 n'est pas un multiplexeur, c'est un driver de led, c'est à dire qu'un grande partie du soft est simplifié car elle est réalisée par ce composant automatiquement (je parle de la partie, pilotage de la luminosité des led par PWM) Aussi, ce driver permet de gérer facilement (avec une seule résistance branché sur IREF) le courant consommé dans chaque led.

Le PIC18F4620 (il n'y en a qu'un seul) est le microcontrôleur. Dans votre cas, avez vous déjà choisis le microcontrôleur?

Ensuite, non bien sur, il n'est pas possible d'inverser le sens des led RGB. Cependant, au vu de la taille du projet et de vos connaissances, je pense que devriez vous orienter vers des led simple et utiliser les tlc5490.

tout d'abord, merci de vos précieux conseils

ensuite, nous nous servons de Leds rgb a cathode commune et avec 4 pattes , c'est a dire une pour le rouge, une pour le vert, et la derniere pour la cathode.

nous ne pouvons pas changer de leds car notre projet consiste a faire des variations de couleurs .

nous avons trouvé un nouveau multiplexeur, le 74hc595, et il ne reste plus qu'a voir si ca va marcher ^^