基于RP2040设计的发光魔法LED立方体

我从零开始设计了这个的发光魔法LED立方体，可以用于灯光动画，也可以用于电子实验室的装饰。

本项目基于RP2040微控制器设计，所有使用过的项目都通过这篇文章完整记录，您拥有重建此项目所需的所有必要文件，因此只需按照步骤操作即可。

主要内容包括：

RP2040MCU的基本电路设置

一些电子组装技巧

使用WS28xxLED的优势

当然，你会从这个项目中获得更多的创意灵感

补给品

所需工具：

焊盘（您可以使用Uyue948S+型号）

烙铁

低温型材焊膏

锡膏沉积刮刀

所需软件：

Altium设计师作为ECAD用于PCB绘图

Solidworks作为CAD用于房屋设计

Cura作为3D打印的切片机

ArduinoIDE

第1步：电路设计

第一步也是最重要的一步是选择合适的组件来建立工作电路设计。由于我正在处理RaspberryPi的RP2040MCU，因此我转到了他们的网站，在那里我找到了推荐电路设置的有趣链接文档，您可以通过单击此链接查看文档链接。

然后我按照推荐的设置在AltiumDesigner上创建了一个电路设计（我附上了原理图的屏幕截图），下面提供了电路原理图的支持PDF文件。

我将原理图分为四个主要块：

RP2040设置：

在这个模块中，您可以可视化微控制器周围所需的组件，我强烈建议您不要忽略MCU电源线的去耦电容，并使其更靠近PCB设计中的电源引脚（推荐100nF每个电源引脚电容）。

内存芯片：

也许这个微控制器看起来与其他微控制器有点不同，因为它需要一个外部存储芯片来加载程序代码，这就是我使用QSPI存储芯片的原因（推荐W25Q128JVS设备）。

电压调节器：

该MCU需要MCU自身内部产生的1.1V电压和必须通过稳压器从外部提供的3.3V电压，这就是我原理图中稳压器的使用。

USBC：

我收到了几个关于“用于串行编程的USBC连接器的最佳设置是什么”的请求，在这里我使用了TypeC连接器，因此如果您愿意在您的任何设计设计中使用此连接器，那么您可以按照设置我原理图中的USBC块。

然后我将25个WS2812类型的RGBLED串联起来，并配有一些100nF去耦电容。

关于PCB设计，您可以决定您选择的形状，在我的情况下，它是一个立方体形状，这就是为什么所有Cube部件都必须具有矩形形状（40毫米x40毫米），您可以选择更大的尺寸，但40x40毫米是合适的尺寸以均匀分布RGBLED。

第2步：零件组装

在生产和交付PCB设计后，我需要将电子元件焊接到一个单件的顶部和底部，然后我只在五件的底部焊接RGBLED，总共有六件创建立方体形状。我使用了与PCB一起订购的模板，这将有助于在PCB点上均匀分布焊膏。

可能你们中的一些人不熟悉PCB组装，您可以订购由您选择的任何PCB制造商完全组装的设计，此处我已经添加了项目中的GERBER文件BOM和P&P文件。（GERBER可以点击下载）

我使用热板组装立方体部件，由于我的热板温度低，我使用了低温焊膏。

注意：完成组装后不要忘记清洁组装板上的助焊剂

拾取和放置文件.csv

BOM文件.csv

第3步：代码准备

使用这款RP2040MCU的最大优势是您可以通过ArduinoIDE对其进行编程（除了其便宜的价格），所以我搬到了ArduinoIDE并带来了Neopixel库，它允许我探索一些预设的API来控制WS2812LED通过一个输出引脚，是的，这是使用这些RGBLED类型的积极点，您可以将它们串联在一起并通过单个输出控制它们（意味着仅使用一个引脚控制150个LED）。

我创建了一些轻动画并通过一些功能对它们进行排序，然后我通过板管理器将RaspberryPiPico板添加到我的IDE，因为这个Raspberry板具有与我正在使用的相同的MCU。

您可以通过下面的文件下载我在Cube上运行的代码。

注意：第一次运行时，当您通过USB连接板时，板不会出现在Arduino的端口列表中，但只需单击上传，它将接受代码，然后它将出现在端口列表中

LED_Cube_RP2040.ino

第4步：CAD设计

组装好立方体后，我们必须将它们连接在一起以完成立方体形状，我设计了一个组装辅助工具并3D打印了它来帮助我实现立方体碎片的组装（查看随附的图像，粉红色的立方体）

然后，我使用Solidworks为Cube设计了一个很好的支架，我将在组装后放置我的Cube。

设计零件的所有STL文件都可供下载。

RP2040立方体组装辅助工具.STL

支架Part1.STL

展台Part2.STL

展台Part3.STL

第5步：组装和测试

由于我们制作的PCB设计有一个用于VDD、VSS、Din和Dout的侧引脚，因此我们可以使用这些侧引脚将立方体块连接在一起，如下所示：

VDD----》VDD

VSS----》VSS

Dout----》Din

然后通过将一块的一个串行侧连接到下一块的Din侧来继续其他部分

注意：

第一块是有微控制器的。然后，我在3D打印支架上添加了一个电源开关和电源插孔连接器，并将电源线连接到我的Cube的VDD和VSS。

确保您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会下降高达1.3A。

一旦我打开电源开关，立方体就会发光，我的RGBLED就会显示些美妙的彩色动画。