來看看影片先
準備材料與工具
材料：
1. LED Cube PCB底板 *1
2. 3mm LED * 64
3. M3 25+6mm 尼龍柱 * 4
4. M3x8mm 螺絲 * 4
5. 圓孔排針 * 20
6. 15P排母 * 2
7. 10cm長電線 * 4
另需準備：
1. Arduino Nano 開發板 * 1
2. USB mini 數據線 * 1
工具：
1. 烙鐵 + 焊錫
2. 斜口鉗
3. 尖嘴鉗
4. 鑷子
5. 厚紙板
6. 電鑽 + 3mm 鑽頭
7. 原子筆或細簽字筆
8. 橡皮筋
9. 電阻 100~220R
10. 麵包板
開始動手做
一、檢查所有的 LED 是否有正常發亮
您購買的 LED 即使廠商如何口沫橫飛地述說它們品質是如何地好，建議您也必須要自己詳細查驗，否則您可能有機會遇到懊惱的時候。
1. 計算限流電阻。
藍色 LED 順向電壓約 3.0~3.4V (注意：顏色不同，可承受的電壓也不同)，我們取 3.2V 來計算：
(5 - 3.2) / 15mA = 120R
可採用 100R 或 110R 電阻。
2. 將電阻與 5V 電源插入麵包板，逐一插入 LED，檢查 LED 是否正常發光。
將 LED 插入麵包板時要注意 LED 的正負極。
二、彎折 LED 針腳
1. 先來看看我們要做出怎樣的東西
提醒您：下圖 LED 紅色是正(+)腳，黑色是負(-)腳。
2. 取出尖嘴鉗輔助彎折 LED，我們需要彎折出 3 種型式的 LED，下圖右側是未彎折前。
在彎折時須注意 LED 的正負腳，正腳在彎 2 折後仍保持與燈珠同方向，並且每一彎折應盡量保持90度角，如下：
Type A * 48只
Type B * 12只
Type C * 4只
小聲地說...這個工作我是一邊看電視一邊彎折的，不然要彎折 64 只 LED 還真是挺無聊的事情。
三、固定 LED 的模板
要將 4x4 共 16 只 LED 固定在一個平整的面乖乖地讓我們焊接並不是一件容易的事，製作一個有 16 個洞能插上 LED 的模板，是一件好的主意。
如果您有購買 LED 燈殼，可以取出燈殼底板，上面有 16 個 3mm 的洞，這個模板可以用來插入 LED，如此可以讓 LED 排列整齊，在焊接時不會移位。
Step1 取出燈殼底板，穿過 4 只螺絲，用螺帽鎖緊。
Step2 翻轉燈殼底板，逐一插入 LED 焊接。
如果您沒有購買燈殼，那麼底下過程就是說明如何自製一個模板。
Step1 準備一張厚約 1~3mm 的硬紙板。我隨手找了個 68x68mm 的蛋糕盒。
Step2 在上面畫上間距 14mm 的九宮格。14mm * 3 = 42mm，九宮格邊長是 42mm。
我先畫上交叉線找出盒子中心點，再由中心點往外畫出九宮格。
Step3 用電鑽在交點處鑽出 16 個 3mm 圓孔。
四、焊接 LED
我把紙模寫上座標以利辨識
1. 將 Type A 插到座標(0,0)~(3,2)之間區塊，共 12 只。
注意 LED 的腳位方向。
2. 將 Type B 插到座標(0,3)~(2,3)之間直線，共 3 只。
注意 LED 的腳位方向。
3. 將 Type C 插到座標(3,3)，共 1 只。
注意 LED 的腳位方向。
4. 將 LED 所有的負腳全部焊接在一起。
圖片中是焊接好取出的樣子。
5. 您需要做 4 組(L0~L3)上面圖片的 LED 層面。
6. 將 4 組 LED 層面的正腳都焊起來。
注意正腳搭接長度大約是 8mm 左右，盡量讓你的 LED 排列呈現出正方形。
五、將圓孔母排針焊到電路板上
1. 取出 Cube 底板，將 20 支圓孔母排針插到電路板上的 A0~A15 和 D1~D4 位置。
板子有兩面，要注意方向。
2. 為了焊接前翻轉電路板時避免排針掉落，我隨手取一塊 5x7cm 的電路板蓋住排針，小心地用橡皮筋將他們綁在一起。
然後可用鑷子調整排針，讓排針垂直站立，避免歪斜。
3. 翻面，準備焊接。
4. 焊好後移除橡皮筋與電路板。
六、焊接15P排母
1. 將 2 只 15P 排母插入 Cube 底板
2. 為了讓 15P 排母垂直站立，並且以後讓 Arduino Nano 容易插入排母，在此我們將 Arduino Nano 開發板插到排母。
請注意，Arduino Nano 的 USB 頭須朝外。
3. 翻面焊接排母。
七、組立 LED Cube
1. 在 Cube 底板四個角落用 M3 螺絲鎖住尼龍柱。
2. 將 LED 腳謹慎插入 A0~A15 排針圓孔。
可用鑷子或尖嘴鉗輔助，夾住 LED 腳插入排針圓孔。
3. 在 4 個層焊上電線，並將電線另一端分別插入 D1~D4 排針圓孔。
同樣地，可用鑷子或尖嘴鉗輔助，夾住電線末端插入排針圓孔。
程式
//2017-01-01 LED_Cube4_01.ino
//從頂層到底層逐一點亮 LED
#define CUBE_SIZE 4
#define PLANE_SIZE CUBE_SIZE*CUBE_SIZE
#define PLANE_TIME 20
#define LED_TIME 500
int LEDPin[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, A0, A1};
int PlanePin[] = {A2 , A3, A4, A5};
void setup()
{
int pin;
for (pin = 0; pin < PLANE_SIZE; pin++) {
pinMode(LEDPin[pin], OUTPUT);
digitalWrite(LEDPin[pin], LOW);
}
for (pin = 0; pin < CUBE_SIZE; pin++) {
pinMode(PlanePin[pin], OUTPUT);
digitalWrite(PlanePin[pin], HIGH);
}
}
void loop()
{
for (int plane = 0; plane < CUBE_SIZE; plane++)
{
digitalWrite(PlanePin[plane], LOW);
for (int led = 0; led < PLANE_SIZE; led++)
{
digitalWrite(LEDPin[led], HIGH);
delay(LED_TIME);
digitalWrite(LEDPin[led], LOW);
}
digitalWrite(PlanePin[plane], HIGH);
delay(PLANE_TIME);
}
}
程式說明
1. Nano 腳位 D0~D13 & A0~A1 分別控制每一顆 LED，D0 控制的 LED 是靠近 D0 腳位那一顆，A1 腳位則是控制距離 D0 最遠的那一顆 LED。A2 控制頂層 LED，A5 則是控制底層 LED。
2. 把所有的腳位都設定成 OUTPUT，才可以指定它要 HIGH 或 LOW。當指定它為 HIGH 時電位是 5V；當指定它為 LOW時電位是 0V，相對於 5V 而言可以把它視為是 GND。
3. 在初始階段為了讓所有的 LED 都不亮，所以在 setup() 階段將 16只 LED 腳位都設為 LOW，並且將控制層面的 4 只腳位都設為 HIGH。
相關連結
1. LED 限流電阻計算 http://gc.digitw.com/Program/Resistor4LED/Resistor4LED.htm
2. Arduino UNO 開發板 https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno
3. 玩轉光立方 LED Cube 4x4x4 -- 程式2 http://pizgchen.blogspot.tw/2017/01/led-led-cube-4x4x4-2.html
4. 圖形編輯器 https://www.robota.nl/en/blog/led-cube-4x4x4-pattern-designer/led-cube-simulation-and-pattern-generator.html
5. 免費的專業圖形編輯器 http://www.solderlab.de/index.php/software/glediator
採購資訊
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