Проектирование и конструирование светодиодного куба на платформе Arduino

Введение

Светодиодный 3D куб – предназначен для вывода объемного изображения в пяти плоскостях. Яркие, цветные светодиоды в 3D кубе обеспечивают красивое изображение и привлекают внимание. Инсталляционный светодиодный 3D куб позволяет создавать красочные объемные анимации, световое шоу, логотипы в формате 3D. Светодиодный 3D куб оснащён стандартным набором эффектов.

Область применения LED 3D куба: на территории выставочного стенда в качестве основного элемента, в клубах и барах, на концертах и на различных массовых мероприятиях.

3D LED-cube может отображать объемные 3D изображения на скорости 30 fps. Куб представляет собой сетку из разноцветных LED-лампочек, соединенных между собой. При напольной установке светодиоды защищаются акриловым стеклом. Инсталляционный светодиодный 3D куб позволяет делать красочные объемные анимации, световое шоу, логотипы в формате 3D.

Установка светодиодных 3D кубов не требует специальных принадлежностей и инструментов. Основным условием установки 3D кубов является ровная площадка в размер светодиодного куба и розетка 220В. Загрузка информации в 3D куб производится с контроллера по витой паре (LAN кабель). Программное обеспечение для загрузки информации входит в комплект 3D куба.

С помощью светодиодного 3D куба возможно произвести не забываемое впечатление, на всех присутствующих на мероприятии.

Целью данной курсовой работы является проектирование и конструирование светодиодного куба на платформе Arduino.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть основные типы микроконтроллеров и их архитектуру;
• рассмотреть основные теоретические сведения о платформе Arduino;
• проанализировать среду разработки платформы Arduino;
• спроектировать и сконструировать светодиодный куб на платформе Arduino.

Объектом исследования курсовой работы являются технологии проектирования и конструирования светодиодного куба.

Предметом исследования курсовой работы является проектирование и конструирование светодиодного куба на платформе Arduino.

1. Теоретическая часть

1.1 Основные типы микроконтроллеров и их архитектура

Если представить все типы современных микроконтроллеров (МК), то можно поразиться огромным количеством разнообразных приборов этого класса, доступных потребителю. Все эти приоры можно разделить на следующие основные типы:

• встраиваемые (embedded) 8-разрядные МК (рисунок 1);
• 16- и 32-разрядные МК (рисунок 2).

[pic 1]

Рисунок 1 – 8-разрядный микроконтроллер

[pic 2]

Рисунок 2 – 16-разрядный микроконтроллер

Промышленностью выпускаются очень широкая номенклатура встраиваемых МК. В них все необходимые ресурсы (память, устройства ввода-вывода и т.д.) располагаются на одном кристалле с процессорным ядром. Если подать питание и тактовые импульсы на соответствующие входы МК он «оживет» и с ним можно будет работать. Обычно МК содержат значительное число вспомогательных устройств, благодаря чему обеспечивается их включение в реальную систему с использованием минимального количества дополнительных компонентов.

В состав этих МК входят:

• схема начального запуска процессора (Reset);
• генератор тактовых импульсов;
• центральный процессор;
• память программ (E(E)PROM) и программный интерфейс;
• средства ввода/вывода данных;
• таймеры, фиксирующие число командных циклов.

Общая структура МК показана на рисунке 3. Эта структура дает представление о том, как МК связывается с внешним миром.

Более сложные встраиваемые МК могут дополнительно реализовывать следующие возможности:

• встроенный монитор/отладчик программ;
• внутренние средства программирования памяти программ (ROM);
• обработка прерываний от различных источников;
• аналоговый ввод/вывод;
• последовательный ввод/вывод (синхронный и асинхронный);
• параллельный ввод/вывод (включая интерфейс с компьютером);
• подключение внешней памяти (микропроцессорный режим).

[pic 3]

Рисунок 3 – Структура микроконтроллера

Все эти возможности значительно увеличивают гибкость применения МК и делают более простым процесс разработки систем на и основе.

Некоторые МК (особенно 16- и 32-разрядные) используют только внешнюю память, которая включает в себя как память программ (ROM), так и некоторый объем памяти данных (RAM), требуемый для данного применения. Они применяются в системах, где требуется большой объем памяти и относительное не большое количество устройств (портов) ввода/вывода. Типичным примером применения такого МК с внешней памятью является котроллер жесткого диска (HDD) с буферной кэш-памятью, который обеспечивает промежуточное хранение и распределение больших объемов данных (порядка нескольких мегабайт). Внешняя память дает возможность такому микроконтроллеру работать с более высокой скоростью, чем встраиваемый МК.