RGB-LED-Cube

[vajk]

relativ, ja HessiJones, im Nahfeld (etwa 2m entfernt) mit einem 2m/70cm-Handfunkgerät selbst gehört = relativ viel Störpegel!
Es geht nicht um den Gleichstrom, der da fließt sondern um die Taktfrequenz der LEDs verbunden mit Anschlußdrähten unterschiedlicher Wirk-Längen = genialer Störsender

[Keksstar]

Hallo alle miteinander.
Ich habe heute morgen folgende Mail von das-labor.org bekommen:

Hallo,


> Um jetzt auch nicht all zu lange um den heissen Brei herum zu reden:
> Ihr habt schon einen Farb-Borg gebaut und wisst wie das mit der
> Ansteuerung läuft. Könnt ihr uns sagen wie ihr den Borg genau
> ansteuert? Gibt es vielleicht Schaltpläne von dem gesamten Aufbau?

Vom Frab-Borg haben wir zZ keine Pläne die euch weiterhelfen....


Unter [1] gibt es aber Schaltpläne von der 8x8x8 einfarbigen Variante. Das ist im Endeffekt eine 64x8 Matrix, wobei beide Matrix Dimensionen mit Schieberegistern implementiert wurden. Beide Seiten brauchen auch Treiberbausteine dahinter: da jede LED max. ein 8-tel der Zeit an ist, werden sie mit dem 8-fachen Strom betrieben. Die Spaltentreiber müssen immer nur 1 LED treiben, die Zeilentreiber im Worst-Case 64!

Dahinter steckt dann ein ATMega32, der das alles steuert. Dabei haben wir nur 4 Helligkeitsstufen implementiert -- das ist fuer den ATMega auch kein Problem.


Die Timing-Anforderungen an die Farb-Borg Steuerung sind deutlich anspuchsvoller (wenn man 256 Helligkeitsstufen will): fd0 beschreibt in [2] wie sich das timing-problem für ein Fnordlicht darstellt. Bei dem Borg muss man eine 125x5 Matrix mit den gleichen Timinganfroderungen ansteuern -- das wird ein ATMega-XY niemals schaffen.

Wir haben das mit einem FPGA geloest: Auf dem FPGA ist eine Matrix-Ansteuerung synthetisiert, die kontinuierlich den Inhalt eines "Video-RAMs" auf Schieberegister raustaktet, die dann die 125x5 Matrix ansteuern. Neben der Matrix-Ansteuerung haben wir auch eine CPU in den FPGA synthetisiert, auf der die Software läuft die in das "Video-RAM" schreibt.

Matrix-Ansteuerungen direkt vom PC aus (Parallel-Port) werden wohl nicht so einfach funktionieren. Zumindest nicht solange da ein normales (d.h.
nicht-realtime) Betriebssystem läuft. Mein Linux z.B. scheduled Prozesse mit > 10ms ungenauigkeit -- viel zu viel fuer eine saubere Matrix-Ansteuerung. (gemessen vor ca. 1 Jahr) Treiber im Kernel Modus können genauer -- aber das möchte ich mir nicht antun....


Viel Spass beim basteln!


j.


[1]https://roulette.das-labor.org/trac/browser/microcontroller/doc/Layouts/borg-3d
[2] http://koeln.ccc.de/prozesse/running...ht/artikel.xml

Na dann mal willkommen in einem Berg voller Probleme. Selbst wenn man den Hardwareteil packt, ist da immer noch der Softwarepart.

Hab noch nen bissl auf der Seite rumgestöbert und bin auf folgendes gestoßen: https://roulette.das-labor.org/trac/...s/farb-borg-3d
Ich habe aber keine Ahnung womit man diese Dateien öffnen könnte.

[Besserwessi]

Ist halt nicht gerade das beste Projekt für den Einstieg. So Schwierig sieht es aber auch nicht aus. Bei der Software sehe ich vor allem 2 etwas schwierigere Teile: 1. wie die SD Card software in C mit der Treibersteuerung in Assembler verbinden, und das Programm um die Muster zu entwerfen.

[Keksstar]

Zu dem C Part fällt mir gerade was ein... da muss ich morgen doch glatt mal jemanden Fragen. (wozu geht man sonst auf eine Berufsbildende Schule mit Fachrichtung Informatik )

Lassen wir Software erstmal Software sein und kümmern uns um den Hardwareteil.
Also Fakt ist: Man braucht Schieberegister. Das ist in der Grundidee aufgetaucht und auch die Leute die sowas schon gebaut haben meinen sowas.
Schieberegister hin und her geschoben... was ist mit der FPGA Sache? Notwendig oder nicht?
Wir haben übrigens nochmal drüber gesprochen wegen dem dimmen und nicht dimmen. Wenn es möglich ist: Herzlich gerne. Wenn nicht oder nur mit riesigem Mehraufwand verbunden ist, dann wird das wohl wegfallen - oder man lässt es nur in Abstufungen erfolgen. (0%, 25, 50, 75, 100%)
Das man einen Mega32 braucht, ist eigentlich auch klar.

[Besserwessi]

Ein FPGA ist ein Programmierbare Logicbaustein, der eine größere Menge einfacher Logig ICs ersetzen kann. Ich halte einen FPGA hier aber übertrieben, wenn man nicht gerade sehr viele Helligkeitsstufen braucht. Auch dann sollte der etwas kleinere Bruder (CPLD) genügen, die sind zwar deutlich kleiner, aber auch viel billiger.

Es müssen nicht unbedingt Schieberegister sein, aber die sind eine elegante Lösung um die Zahl der Ausgänge zu erhöhen. Ich hatte erst and Latches gedacht, aber da wird die Verdrahtung ziehmlich umständlich. Die eine Schaltung von oben benutzt übrigens im wesenlichen Latches und nur ein paar Schieneregister.

Die Funktion der Schiberegister wird im RM-Wissen ganz gut beschrieben:
https://www.roboternetz.de/wissen/in...xpander_am_AVR

Da wird hier sehr viele Ausgänge brauchen, und es auch recht schnell sein soll, würde ich 8 solcher Schieberegister parallel vorschlagen. Auf einer Platine könnte man dann 8 Schieberegister bausteine 74HC595 und dazu 8 Treiberbausteine (ULN2803 oder ähnliches) und die Wiederstände für die LED Ketten unterbringen. Die ULN als Treiber würden auch eine gewisse Trennung von Versorgung der Logic und der LEDs geben. Bei den insgesamt recht hohen Strömen ist das nicht unwichtug.
So wie ich das bisher sehe liegen die Pins an den ICs sehr günstig, sodass eine einsitige Platine mit wenigen drahtbrücken ausreicht. Mit etwas Glück sollte man auch ohne SMD Ics, aber mit SMD Widerständen usw., mit einer halben Europlatine (8x10cm^2) auskommen.
Eine Solche Platine reicht dann für 8x8=64 Ausgänge. Man kann die Schieberegister auch hintereinanderschalten und so fast beliebig viele dieser Platinen hintereinander schalten (nur der takt und das Latch Signal müsten noch einen Leitungstreiber bekommen, da nicht mehr als ca. 10 Eingänge an einem Ausgang hängen sollten. Je nach Größe des Cubes braucht man also 1-2 solcher Treiberplatinen. Der Platinenentwurf sollte mit Eagle eher eine Fleißarbeit sein, aber nicht so schlimm da es aus 8 praktisch identischen Teile besteht. Das Löten könnte auch etwas langwieriger werden, mit 16 Ics mit je 16/18 Pins.

Die Treiber für die Ebene (5 oder 6 je nach Größe) könnte man direkt vom AVR ansteuern. Hier kommen recht große Ströme (je nachdem was man den LEDs gegen mus) ca. 2 - 8 A zusammen. Als Treiber also MOSFETS und ggf. ein 74AC244 als Treiber dazu.

Für erste tests reichen dann eine Treiberplatine und die MPU Platine mit den MOSFET treibern. Man könnte damit auch schon einen einfachen Cube Steuern (8x8x6 Monochrom). Dass sollte auch schon reichen um mit der Software zu beginnen.

Ich habe mal überschlagen wie schnell das ganze wird, und wieviele Helligkeitsstufen man damit hinbekommen könnte. Die geschwindigkeit wird ja im wesenlichen von der inneren Schleife bestimmt. Für einen 20 Mhz Prozessor bin ich für 128x6 Ausgänge auf maximal ca. 20-30 Helligkeitsstufen gekommen (für ein Assembler Programm).
Diese Grenze habe ich für 2 verschiedene Methoden bekommen:
1) Pulsmuster vorweg berechen und dann nur noch Ausgeben (hier ist das RAM die Grenze),
2) Software PWM mit 8 Bit breten Daten, aber nur begrenzt vielen Stufen.

[vajk]

Hallo, schaut euch mal den Baustein an (schrieb ich schon mal):
MBI5031, ein nettes ICs das kann 16 PWM-Kanäle und bis 25 MHz PWM genierieren (und macht beim PWM noch eine Verteilung = Scrambling) ... LED mit Vorwiderstand dran, geschickte Programmierung und die Farbwerte für RGB gehen in einem Rutsch ... 4096 Graustufen x 8 Ausgänge .... geniale Teile, hab ich schon benutzt.

[Besserwessi]

So ein HF mäßiges PWM Signal kann man gebrauchen, wenn man eine Störsender bauen will. Man sollte so wenige Signalwechsel auf den Leitungen haben wie möglich. Ich wüßte nicht wie man den mit dem Umschalten der LED Ebenen Syncronisieren kann.

Ich habe schon man die Software zum Ausgeben der Daten entworfen. Ich komme auf ca. 600 Zyklen um 128 Känale Software PWM zu berechen und die 16 Bytes an die Treiber Auszugeben. Bei 100 Hz Widerholfrequenz und 6 Ebenen LEDs erbiebt das ca. 40 Helligkeitsstufen (dem Trick von einem 1,5 fach langen Abschnitt evenetuell auch fast das doppelte) ohne extra Hardwareaufwand. Ich glaube das sollte reichen. Wir werden wohl einen AVR mit 2 kB RAM (z.b. Mega 32 brauchen) auch wenn ein Mega88 etwas schneller wäre.

Für die Treiberplatine stellt sich die Frage ob high oder low side Treiber gebraucht werden. Bei einfarbigen LEDs geht beides, aber bei mehrfarb LEDs hängt es von dem Typ der LEDs ab (gemeinsame Anode oder kathode). Einfacher wären viele low-side Treiber (ULN2803) und wenige high side Treiber (MOSFETs). Die nächste Frage ist die nach dem gewählen Strom für die LEDs bzw. der nötigen Helligkeit. Bei höhen Strömen muss man sich noch um die Abwärme kümmern (bis zu 15 W bei 64 Treibern+Widerständen).

[Besserwessi]

Ich habe zufällig eine ähnliche Platine mit den Schieberegistern gefunden (nur halb so groß ud ohne Treiber, aber das ist das kleinste Problem. Mit SMD Widerständen sollte man gerade noch 64 Ausgänge auf eine Platine hinkriegen. Leider kein direkter Link: auf http://www.ucapps.de/ unter MIDIO128 - MBHP_DOUT ist ein Layout zu finden.

[Keksstar]

So ein HF mäßiges PWM Signal kann man gebrauchen, wenn man eine Störsender bauen will. Man sollte so wenige Signalwechsel auf den Leitungen haben wie möglich. Ich wüßte nicht wie man den mit dem Umschalten der LED Ebenen Syncronisieren kann.

Ich habe schon man die Software zum Ausgeben der Daten entworfen. Ich komme auf ca. 600 Zyklen um 128 Känale Software PWM zu berechen und die 16 Bytes an die Treiber Auszugeben. Bei 100 Hz Widerholfrequenz und 6 Ebenen LEDs erbiebt das ca. 40 Helligkeitsstufen (dem Trick von einem 1,5 fach langen Abschnitt evenetuell auch fast das doppelte) ohne extra Hardwareaufwand. Ich glaube das sollte reichen. Wir werden wohl einen AVR mit 2 kB RAM (z.b. Mega 32 brauchen) auch wenn ein Mega88 etwas schneller wäre.

Sorry das ich mich jetzt erst wieder melde... die letzten Tage waren einfach etwas stressig (zwei Geburtstage, dies und jenes... na ja, egal).

Das heisst also, dass wir mit einem Mega32 hinkommen sollten? 40 Helligkeitsstufen ist schon eine Menge. Da wir keine LED Wand bauen wollen um dort irgendwelche Filme abzuspielen sollte das auch durchaus reichen.
Ich werde nachher mal eine kleine Grafik erstellen, damit man sich dass mal anschauen kann wie das mit den Stufen ist.

So... mal ein bissl gebastelt. Was soll ich sagen? 40 Stufen reicht dicke!!!


Gruß,
Andreas

[Hessibaby]

Das MBI5031 ist schon gut, zumindest liest sich das Datenblatt gut.
Und die 25 MHz sind die fmax. Du kannst bis dahin, muß Du aber nicht.
Oder fährst Du 250 km/h in der Tempo 30 Zone, nur weil Dein Auto das kann ?
Gruß