Thiết kế mô hình Led Cube 8X8X8

130 
THIẾT KẾ MÔ HÌNH LED CUBE 8X8X8 
Phạm Thành Vinh, Phạm Công Viên 
Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh 
GVHD: ThS. Nghiêm Hoàng Hải 
TÓM TẮT 
Đề tài tập trung nghiên cứu về tính ứng dụng của led cube. Nhóm tác giả đã tính toán thiết kế được 
phần cơ khí khung led cube, cơ cấu chuyển đổi từ chế độ nháy bình thường sang chế độ nháy theo 
nhạc. Tính toán, thiết kế được phần điện nguồn, điện điều khiển, mạch led hiển thị. Xây dựng được 
thuật toán điều khiển, lập trình và mô phỏng. Sản phẩm là hệ thống điều khiển điện tử có chức 
năng gồm: sử dụng để chiếu sáng, làm đẹp, trang trí... bởi khả năng thay đổi màu sắc độc đáo. 
1 GIỚI THIỆU 
Led cube hiện tại đang sử dụng rộng rãi khắp mọi nơi. Sản phẩm led được dùng để làm bộ phận 
hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông. Điểm hấp dẫn ở 
loại đèn này là này nó có thể sử dụng để lắp đặt ở những nơi khó thay lắp chẳng hạn như bên 
ngoài toà nhà, bể bơi... thay vì phải sử dụng bóng đèn thông thường. Ưu điểm của mô hình led 
cube này là hiệu ứng đẹp mắt, khối khung đẹp[8,9]. 
Khối LED 8x8x8 gồm 8 tầng ma trận LED, mỗi tầng gồm 64 LED được chia thành 8 hàng ngang và 8 
hàng dọc. 64 LED trong 1 tầng được nối chung chân âm cathode là 8 tầng được nói chung anode 
tạo thành 64 cột. 
Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời cả 2 chân. Ví dụ: để 
LED sáng thì điện áp 5V phải đưa vào chân dương và chân âm phải được nối đất, LED sẽ tắt khi 
không có điện áp đưa vào chân dương [5-9]. 
Mạch sử dụng nhiều linh kiện: TIP41C, IC 74HC295, PIC 16F887 và các dụng cụ- phụ kiện khác. 
Hướng nghiên cứu và chế tạo led cube được nghiên cứu nhiều trong các Trường Đại học và các ứng 
cho chương trình quảng cáo[1-6]. 
Hình 1. PIC16F887 
131 
Hình 2. Sơ đồ khối và các chân của IC74HC595 
2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 
Hình 3. Sơ đồ nguyên lý của mô hình LED CUBE 8x8x8 
– Để cho 1 led bất kỳ bật sáng, ta nối chân anode chung của lớp với điểm có điện thế cao, và 
nối điện thế thấp cho chân cathode của bóng led nào cần thắp sáng [1-5]. 
– Việc cấp điện thế cao cho các lớp được thực hiện bới 8 transitor PNP được phân cực ở vùng 
bão hòa và vùng ngưng tương ứng với mức logic 0 và 1[1-5]. 
– Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau 
(tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ 
132 
thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED thường có điện thế phân 
cực thuận cao hơn đi ốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực 
nghịch ở LED thì không cao. Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra[6,7]. 
3 NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, THI CÔNG MẠCH 
Sơ đồ khối: 
Hình 4. Sơ đồ khối 
Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống ta chọn nguồn +5v cho mạch. Trong mô hình ta có 
thể dùng jack cắm DC để kết nối với adapter 5V. 
Khối vi xử lý: Khối này có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu. Ở đây dùng PIC16F887, đây là khối quan 
trọng – nơi nạp code vào để điều khiển mạch hoạt động. 
Khối port: Khối này có nhiệm vụ chia các cổng để điều khiển từng mảng led khác nhau. Khối này 
được kết nối với khối vi xử lý để nhận thông tin vào kích thích chúng thực hiện công việc. 
Khung led cube 8x8x8: Khung này tạo hình thành khối lập phương với cạnh dài 7inch. Mỗi led 
cách nhau 1 inch và có 8 led trên mỗi cạnh. Có tổng cộng 512 led đơn kết nối với nhau tạo thành 
khối led cube 8x8x8 [5-9]. 
4 MÔ PHỎNG SẢN PHẨM TRÊN MÁY 
Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý và tiến hành vẽ PCB được thể hiện trong Hình 5, hiển thị đầy đủ các 
chân linh kiện và cách đi dây: 
Hình 5. Sơ đồ layout của mô hình LED CUBE 8x8x8 
133 
Sau khi đi dây thành công trong PCB ta đuợc 1 mạch 3D mô phỏng các linh kiện [8,9] và vị trí của nó 
trên mạch. Từ mạch mô phỏng ta dễ dàng tiến hành thi công và lắp đặt mạch như Hình 6: 
Hình 6. Mô phỏng 3D 
5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÔNG TRÌNH 
Sau khi lắp đặt các bộ phận chính của mô hình led cube 8x8x8 thì ta được kết quả như sau: 
Hình 7. Mô hình led 8x8x8 
6 KẾT LUẬN 
Sau một thời gian thực hiện đề tài cơ bản đã hoàn thành đúng thời gian và kết quả thu được gần 
như đáp ứng được yêu cầu đề ra. Khối led cube được thiết kế bao trong vỏ hộp bằng mica tạo 
thêm tính thẩm mỹ cho khối led. Về mặt ổn định và hiệu quả làm việc mạch hoạt động tốt tuy nhiên 
vẫn còn một số điểm mắc phải do yếu tố về mặt thời gian và kinh nghiệm. Tuy nhiên cũng có nhiều 
khó khăn và hạn chế trong quá trình thực hiện, thời gian là vấn đề khó khăn lớn nhất. Trình độ lập 
trình có hạn nên các hiệu ứng trong khói led chưa thực sự đẹp và bắt mắt. 
134 
6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 
Nâng cao khả năng lập trình để thêm vào các hiệu ứng nhấp nháy theo nhạc, cho phép hiện thị 
ảnh động trong khối led. 
Trong thời gian tới sẽ cố gắng phát triển nhiều loại khối led, sử dụng các loại vi điều khiển khác 
nhau như PIC hay AVR. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Rakesh.N, Pradeep Kumar.A, Ajay.S, Design and Manufacturing of Low Cost Pneumatic Pick 
And Place Robot, International Journal of Scientific & Technology Research Volume 2, Issue 8, 
August 2013 
[2] M. Kostadinović, M. Stojčev, Z. Bundalo and D. Bundalo, 2010. ‘Simulation model of DC servo 
motor control,’ Proceedings of 14th Int. Power Electronics and Motion Control Conf. EPE-PEM, 
Ohrid, pp: T7-10 -T7-14. 
[3] Wang Z., Chen Z., Zhang J. 2012. ‘Servo Motor Position Control Based on DSP,’ In: Zhang T. 
(eds) Mechanical Engineering and Technology Advances in Intelligent and Soft Computing, vol 
125. Springer, Berlin, Heidelberg. 
[4] M. Md Kamal and N. Mamat, 2009. ‘Controller design for servo motor,’ IEEE Symposium on 
Industrial Electronics & Applications, Kuala Lumpur, pp. 926-929. 
[5] Mạch vi điều khiển Arduino Mega: https://www.arduino.cc/ 
[6] Sách Điện tử 1. 
[7] Sách Điện tử 2. 
[8] https://www.youtube.com/watch?v=GUaA8LlzVy8&t=343s 
[9] https://www.youtube.com/watch?v=sTSFFvzLdVA&t=434s