|
Met dit nogal bewerkelijk bouwpakket construeert u een LED-kubus die uit 512 LED'jes bestaat. In dit driedimensionaal bouwsel ontstaan lichtpatronen die door een microcontroller worden gegenereerd. |
Kennismaking met de 3D8 LED-kubus van ICStation
Het eindresultaat
Eindelijk een bouwpakket dat niet in een-twee-drie klaar is! Inderdaad, reken op minstens tien uur bouwplezier alvorens u het onderstaand eindresultaat op uw knutseltafel ziet staan. De 3D8 LED-kubus bestaat uit een printje van 12,5 cm bij 11,0 cm waarop u tien IC's en wat losse onderdelen moet solderen. Nadien bouwt u op een plaatje hout of karton acht LED-matrixen die ieder uit 64 LED' s bestaan. Tot slot soldeert u die matrixen op de print en aan elkaar. Het apparaatje wordt gevoed uit een 5 V voeding en kan desgewenst voorzien worden van een eigen programmering.
 |
| Het eindresultaat van dit bouwpakket in volle glorie. (© ICStation) |
Leveranciers en prijzen
Het bouwpakket is ontwikkeld door het Chinese ICStation dat gespecialiseerd is in elektronica bouwpakketten. Deze LED-kubus wordt echter ook door diverse aanbieders op AliExpress, eBay en Amazon aangeboden voor zeer uiteenlopende prijzen. Wij kochten de onze bij ICStation voor slechts $ 19.56, maar daar kunt u alleen betalen via PayPall of met een creditcard. Bij AliExpress zagen wij een prijs van € 17,29 voorbij komen, maar wel met een zeer lange levertermijn. Als u het bouwpakket snel in huis wilt hebben is Amazon een uitstekende keuze met een prijs van € 18,98 en een levertermijn van slechts twee dagen. De kit is leverbaar met naar keuze rode, groene of blauwe LED's.
De geleverde onderdelen
De onderdelen die u krijgt zijn voorgesteld in de onderstaande figuur. Links de grote zak met de meer dan vijfhonderd LED's die u moet gaan solderen. Alle IC's zijn gemakkelijk te solderen 'ouderwetse' DIL's en worden geleverd met IC-voetjes. Behalve deze tien chip's en de LED's bevat dit bouwpakket maar erg weinig onderdelen: een paar condensatoren, een rode LED, een tiental weerstandjes en een weerstandsnetwerkje. De twee zwarte lange onderdelen zijn female PCB-headers die u moet gebruiken voor het maken van de basis waarin de LED-matrixen worden gesoldeerd.
 |
| De geleverde onderdelen. (© 2025 Jos Verstraten) |
De handleiding
Op internet is een prachtige Engelstalige handleiding van tweeëntwintig pagina's te vinden, waar iedere stap van de bouw door middel van een foto wordt uitgelegd. Wij veronderstellen dat deze is samengesteld door ICStation, want de meeste door dit bedrijf geleverde bouwpakketten worden begeleid door dergelijke fraaie handleidingen. U kunt deze handleiding via onderstaande link downloaden:
Aanklikbare link ➡ 3D8_LED_Cube_Manual.pdf
De print voor de 3D8 LED-kubus
In de onderstaande afbeelding hebben wij beide zijden van de print verenigd.
 |
| De twee zijden van de print. (© 2025 Jos Verstraten) |
De volledige onderdelenlijst
Om de een of andere reden staat er geen onderdelenlijst in de bouwbeschrijving. Vandaar de onderstaande tabel waarin de complete onderdelenlijst van dit bouwpakket is samengevat.
 |
| De volledige onderdelenlijst. (© ICStation) |
De elektronica van de 3D8 LED-kubus
De 512 LED'jes zijn verdeeld over acht matrixen met ieder acht bij acht LED's. Iedere matrix wordt in het onderstaand schema voorgesteld door twee headers. JP9 is gemeenschappelijk voor alle matrixen en vertegenwoordigt de acht kathode-lijnen van de matrixen. JP1 tot en met JP7 zijn verbonden met de acht anode-lijnen van iedere matrix.
Die anode-lijnen worden aangestuurd uit 74ALS573 IC's. Dat zijn achtvoudige type-D flip-flop's met tri-state uitgangen. De microcontroller levert via zijn P00 tot en met P07 uitgangen de gegevens voor het aansturen van de anodes van de LED's aan de D-ingangen van deze flip-flop's. De Q-uitgangen zijn rechtstreeks verbonden met de in totaal 64 anode-lijnen van de acht matrixen.
De gemeenschappelijke kathode-lijnen worden via weerstanden van 220 Ω naar de massa getrokken via een ULN2803. Dat is een achtvoudige darlington die per uitgang 500 mA kan sinken naar de massa. De ingangen van dit IC worden gestuurd uit de P10 tot en met P17 lijnen van de microcontroller. Dat is een STC12C5A60S2 die door de samensteller van de bouwset is geprogrammeerd.
 |
| Het schema van de 3D8 LED-kubus. (© ICStation) |
De montage van de basisprint
Het verwerken van de contacten van de female PCB-headers
Als eerste stap moet u de contacten uit de female PCB-headers bevrijden. Dat kan het best met een fijn kniptangetje. Door op de juiste plaats het plastic door te knippen kunt u de metalen contacten uit de header lospeuteren. Zorg ervoor dat deze contacten hierbij niet verbuigen, het soldeerpennetje breekt heel erg snel af als u er aan gaat buigen.
 |
| De eerste stap is het bevrijden van de pennetjes uit de headers. (© 2025 Jos Verstraten) |
Vervolgens moet u deze contacten op de soldeerzijde van de print bevestigen en wel op die plaatsen waar er rond het pad een cirkeltje is getekend. In feite zijn de gaatjes in de print iets te groot, waardoor de contacten nogal gaan wiebelen. Probeer tóch de pennetjes zo recht mogelijk op de print aan te brengen. U soldeert uiteraard aan de componentenzijde van de print.
De contacten met de notatie C1 tot en met C8 zullen later de gemeenschappelijke kathode-lijnen van de LED-matrixen vormen.
 |
| Het solderen van de header-contacten op de print. (© 2025 Jos Verstraten) |
Het solderen van de onderdelen op de print
Soldeer op de onderzijde van de print:
- Acht weerstandjes R3 - R10 van 470 Ω
- Twee ceramische condensatoren C2 en C3 van 22 pF
- Het kristal Y1 van 12 MHz
- Het weerstandsnetwerk A09-103 met de tekst naar de microcontroller-voet gericht
- Acht IC-voetjes met 20 pennen (let op de stand)
- Een IC-voetje met 18 pennen (let op de stand)
- Een IC-voet met 40 pennen (let op de stand)
- Monteer de vier koperen afstandsbusjes met boutjes
 |
| De componenten op de onderzijde van de print. (© 2025 Jos Verstraten) |
Soldeer op de bovenzijde van de print:
- Twee weerstandjes R1 en R2 van 4,7 kΩ
- De rode LED (let op de polariteit)
- Twee elco's C1 en C4 van 10 μF (let op de polariteit)
- De drukschakelaar S1
- De voedingsconnector
De plaatsen voor de jumper J3 en de twee schakelaars S2 en S3 blijven open. Die onderdelen worden niet meegeleverd en zijn alleen van belang voor gevorderde hobbyisten die de microcontroller zélf willen programmeren.
 |
| De componenten op de bovenzijde van de print. (© 2025 Jos Verstraten) |
Monteer tot slot de tien IC's in hun voetjes. Let uiteraard goed op de stand van deze onderdelen.
Constructie en montage van de LED-matrixen
Het schema van de LED-matrixen
In de onderstaande figuur ziet u het schema van de LED-matrixen. Het bestaat uit acht horizontale en acht verticale lijnen waartussen de 64 LED's zijn aangebracht. Het is de bedoeling dat u dat schema nabouwt met alleen de aansluitdraadjes van de LED's voor de onderlinge verbindingen.
 |
Het schema van de LED-matrixen. (© 2025 Jos Verstraten) |
Een hulpstuk voor de constructie
Om de matrixen te construeren moet u eerst een houten plaatje voorzien van 64 gaatjes met een diameter van 3,0 mm. Die gaatjes moeten exact 1,5 cm uit elkaar staan en dat uiteraard in een acht bij acht matrix.
 |
| Het hulpstuk waarin u de LED-matrixen monteert. (© 2025 Jos Verstraten) |
Het voorbereiden van de LED's
Neem een LED in uw linkerhand met de langste draad (de anode) naar rechts. Klem deze aansluitdraad met de rechter hand in een platbektang en buig vervolgens de draad onder een hoek van 90° naar achteren. Herhaal dit voor zeven andere LED's. De knik in de draden moet uiteraard bij alle LED's op dezelfde plaats zitten.
 |
| Het buigen van de anode-draad van de LED's. (© 2025 Jos Verstraten) |
Het solderen van de anode-draden van de matrix
Duw de acht LED's nu in een rij gaatjes in de houten plank. Begin rechts en werk naar links, waarbij u er voor zorgt dat de anode-draad van de linker LED steeds voor deze van de rechter LED zit. Soldeer met heel weinig tin de twee anode-draden aan elkaar. Zorg er uiteraard voor dat de anode-draadjes geen contact maken met de kathode-draadjes.
 |
| Het solderen van één anode-rij van de diode-matrix. (© 2025 Jos Verstraten) |
Herhaal dit met 56 LED's voor de overige zeven anode-lijnen.
 |
| De acht anode-rijen van de diode-matrix zijn klaar. (© 2025 Jos Verstraten) |
Het solderen van de kathode-draden van de matrix
Led een potlood tegen de kathode-zijde van de LED's en buig de kathode-draden van de LED's 90° naar achter.
 |
| Het buigen van de kathode-draden van de LED's. (© 2025 Jos Verstraten) |
Soldeer nu de kathode-draadjes van de LED's kolom per kolom aan elkaar. Let op dat er tussen de anode-lijnen en de kathode-lijnen overal een afstand van een paar millimeter aanwezig is.
 |
| Een van de acht LED-matrixen is klaar! (© 2025 Jos Verstraten) |
Het monteren en testen van de eerste matrix
Opmerking
Het is absoluut noodzakelijk dat u met de eerste diode-matrix gaat testen of de schakeling werkt. Werkt de print niet, dan hebt u nu nog de mogelijkheid om bij alle solderingen op de print te komen en eventueel slechte solderingen of vergeten solderingen te corrigeren.
Solderen van de acht anode-lijnen
Verwijder voorzichtig uw eerste matrix uit de houten plaat. Zorg ervoor dat alle LED'jes keurig in horizontale en verticale lijnen blijven zitten. Soldeer nu de acht anode-lijnen op de contacten van de female PCB-headers die op de tweede rij staan, dus onder de rij met de notatie C1 tot en met C8. Let ook op de stand van de LED's in de onderstaande foto.
 |
| Het solderen van de acht anode-lijnen op de print. (© 2025 Jos Verstraten) |
Solderen van de acht kathode-lijnen
Draai de print om en verbind de acht kathode-lijnen met de contacten C1 tot en met C8 van de female PCB-headers. Hiervoor kunt u stukjes gebruiken van de soepele montagedraad die bij het pakket wordt geleverd.
 |
| Het solderen van de acht kathode-lijnen op de print. (© 2025 Jos Verstraten) |
Testen van de schakeling
Verbind de print met de meegeleverde voedingskabel met een 5 V netstekkervoeding en druk de schakelaar op de print in. In de onderstaande video krijgt u een impressie van wat u moet zien.
De eindmontage
Construeren van de zeven overige matrixen
Het zal wel duidelijk zijn wat u vervolgens moet doen: een na een de overige zeven matrixen op de beschreven manier construeren en deze met de anode-lijnen op de print solderen.
De kathode-lijnen doorverbinden
Nadat u de tweede matrix op de print hebt gesoldeerd kunt u met een platbektang de acht maar buiten stekende kathode-draden van de eerste matrix onder een hoek van 90° buigen naar de tweede matrix en deze vast solderen aan de kathode-draden van deze matrix.
Iedere keer testen
Test de schakeling na het solderen van iedere nieuwe matrix. Defecte LED's of kortsluitingen in de nieuwe matrix kunt u dan nog gemakkelijk opsporen en herstellen.
Het eindresultaat
In de onderstaande figuur is het eindresultaat van uw noeste arbeid weergegeven. Uw 3D8 LED-kubus is klaar!
 |
| De 3D8 LED-kubus is klaar! (© ICStation) |
3D8 LED-kubus kit
