酷炫RGB LED立方体 (RP2040 +WS2812)

今天分享的项目详细介绍了一个酷炫发光的 Magic LED Cube（LED立方体） 的完整制作步骤，并开源了所有必要的设计文件。如果感兴趣的话，可以动手做一个，还可以自定义灯光动画展示方式，可作为一个独特的装饰摆件用。

 

项目用到的硬件有：

• 树莓派 RP2040
• SparkFun RGB LED 分线器 – WS2812B

其他硬件工具：

• 烙铁
• 低温型材焊膏
• 锡膏沉积刮刀

所需软件：

• Altium 用于 PCB 绘图
• Solidworks 作为 CAD 用于外形设计
• Cura 作为 3D 打印的切片机
• Arduino IDE

通过这个项目，可以学到：

• RP2040 MCU的基本电路设计
• WS2812 LED 设计方法，了解WS2812的优势
• 一些电子组装技巧

第一步：电路设计

最重要的选择是合适的组件来创建电路设计。树莓派基金会自研的首款芯片RP2040，采用Arm Cortex M0+处理器架构，运行频率为133 MHz，拥有264K SRAM，2MB板载存储空间，可以解决模拟输入，低延迟，低功耗的问题。

按照推荐的电路设置，创建电路图：

原理图分为四个板块： 

1）RP2040 ：

这个板块可以看到PR2040所需的外围组件，MCU 电源线的去耦电容要尽量的靠近 PCB 设计中的电源引脚（推荐 100nF每个电源引脚电容） 。

 

2）内存芯片：

PR2040与其他微控制器有点不同，需要一个外部存储芯片来加载程序代码，这个项目中使用的是 QSPI 存储芯片（推荐W25Q128JVS）。

 

3）电源：

该 MCU 需要 MCU 自身内部生成的 1.1V，以及还必须通过稳压器从外部提供的3.3V。

 

4）USB Type C接口。

下面就是要将 25 个WS2812类型的 RGB LED 串联起来，并配有一些 100nF 去耦电容。

关于 PCB 设计，所有 Cube 部件都设置为相同尺寸大小，如40mm x 40mm，当然也可以选择更大的尺寸。

第二步：硬件焊接

WS2812PCB板共需要5块，MCU底板焊接完成之后，如下图：

 

第三步：代码准备

使用 RP2040 MCU 的最大优势是可以通过 Arduino IDE 对其进行编程（当然了，价格也是很便宜的）。在 Arduino IDE中，安装 Neopixel 库，可通过精确的时间控制，生成WS2812控制信号。将LED串联在一起并通过一个输出控制它们（意味着仅使用一个引脚就可以控制150个LED）。

因为Raspberry Pi Pico使用的MCU也是RP2040 ，所以通过板卡管理器将 Raspberry Pi Pico 板添加到 IDE中，就可以运行代码了。

需要注意的是：第一次运行时，通过 USB 连接板子时板子不会出现在 Arduino 的端口列表中，但只需单击上传代码，就会出现在端口列表中。

第四步：CAD设计

单面的立方体焊接完成之后，需要将它们连接在一起组成立方体形状。这里设计了一个组装辅助工具并 3D 打印出来，帮助实现立方体碎片的组装。

 

然后，使用 Solidworks 为 Cube 设计了一个很好的支架，用于放置Cube。设计零件的所有 STL 文件都可以下载。

 

第五步：组装和测试

每块PCB 都有 VDD、VSS、Din 和 Dout 的引脚，因此按照顺序将引脚连接起来：

第一块–->第二块

VDD –> VDD

VSS –> VSS

Dout –-> Din

最后，在 3D 打印支架上添加了一个电源开关和电源插孔连接器，并将电源线连接到 Cube 的 VDD 和 VSS。确保使用的电源适配器能够提供 5V 和高达 2A 的电流，因为这些 LED 在全亮度运行时可能高达 1.3A。

 

打开电源开关，立方体就会发光了，RGB LED 会通过一些美妙的彩色动画跳跃。当然，可以根据自己的喜好显示方式，也可以以此项目为参考，添加更多的功能，比如手机控制。

来源：hackster.io

作者：DIY GUY Chris

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