Cubo de LED 7x7x7: Projeto Passo a Passo com Arduino

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade
Arduino UNO	1
CI 74HC574 (Flip-Flop D 8 bits)	7
CI 74HC138 (Decodificador 3-para-8)	1
Resistor 220Ω	49
Cristal 16 MHz	1
LEDs (cor de sua preferência)	343 (7×7×7)

Ferramentas Necessárias

• Ferro de solda
• Alicate de corte e bico
• Multímetro
• Placa de fenolite ou protoboard para a placa de controle
• Madeira ou acrílico para a estrutura

Sobre o Projeto

Sempre quis construir meu próprio cubo de LED e agora compartilho este projeto com vocês.

Passo 1: Matriz de LEDs

O primeiro passo é criar a matriz de LEDs. Neste projeto, construí sete matrizes de 7×7 LEDs.

Dividi ânodos e cátodos e soldei em linhas e colunas, resultando em 7 ânodos e 7 cátodos para cada matriz.

Passo 2: Hardware de Controle

Esta é a parte mais complexa se você não tem boa base em eletrônica, mas explicarei claramente.

• 7 CIs 74HC574: Cada um é um Flip-Flop D de 8 bits (memória de 8 bits). Carrego bits neles para exibir a imagem no cubo. Preciso de sete porque há sete matrizes.
• 7 Transistores NPN: Decidem qual camada (layer) acende.
• 1 CI 74LS138: Decodificador/demultiplexador 3-para-8 linhas. Com ele, controlo todos os Flip-Flops usando apenas 3 bits, pois também precisam de um pulso para gravar os dados.

A técnica de multiplexação permite visualizar uma imagem em todo o cubo.

Diagrama de Blocos do Hardware

O diagrama mostra a interconexão entre Arduino, decodificador, Flip-Flops, transistores e as matrizes de LEDs.

Circuito Impresso

Montei o circuito manualmente usando um ATmega328P standalone (o microcontrolador do Arduino). O esquemático completo está disponível nas imagens.

Passo 3: Estrutura Mecânica

Usei peças de madeira para criar a estrutura. Cada matriz de LED deve ser posicionada uma na frente da outra, e os cátodos de cada camada são conectados ao mesmo transistor.

Passo 4: Programação

Finalmente, escreva o código para animar o cubo. O diagrama de blocos ajuda na lógica.

O código abaixo mostra as animações mais simples; as outras são longas, mas com criatividade você pode criar o que quiser.

Código: Animação Básica

// Animação básica para CUBO DE LED
int temp = 50, cont = 0;

// Carrega todas as camadas
void load_all(void) {
  // Camada 1
  digitalWrite(A2, LOW); digitalWrite(A1, LOW); digitalWrite(A0, LOW); delay(1);
  // Camada 2
  digitalWrite(A2, HIGH); digitalWrite(A1, LOW); digitalWrite(A0, LOW); delay(1);
  // Camada 3
  digitalWrite(A2, LOW); digitalWrite(A1, HIGH); digitalWrite(A0, LOW); delay(1);
  // Camada 4
  digitalWrite(A2, HIGH); digitalWrite(A1, HIGH); digitalWrite(A0, LOW); delay(1);
  // Camada 5
  digitalWrite(A2, LOW); digitalWrite(A1, LOW); digitalWrite(A0, HIGH); delay(1);
  // Camada 6
  digitalWrite(A2, HIGH); digitalWrite(A1, LOW); digitalWrite(A0, HIGH); delay(1);
  // Camada 7
  digitalWrite(A2, LOW); digitalWrite(A1, HIGH); digitalWrite(A0, HIGH); delay(1);
  // Camada 8
  digitalWrite(A2, HIGH); digitalWrite(A1, HIGH); digitalWrite(A0, HIGH); delay(1);
}

// Ativa cada camada por um tempo definido
void scrolling(int t) {
  PORTB = 0x00;
  digitalWrite(7, HIGH); delay(t); digitalWrite(7, LOW);
  digitalWrite(8, HIGH); delay(t); digitalWrite(8, LOW);
  digitalWrite(9, HIGH); delay(t); digitalWrite(9, LOW);
  digitalWrite(10, HIGH); delay(t); digitalWrite(10, LOW);
  digitalWrite(11, HIGH); delay(t); digitalWrite(11, LOW);
  digitalWrite(12, HIGH); delay(t); digitalWrite(12, LOW);
  digitalWrite(13, HIGH); delay(t); digitalWrite(13, LOW);
}

// Animação: acende uma camada por vez e aumenta a velocidade
void one(void) {
  PORTD = 0xff;
  load_all();
  while (1) {
    scrolling(temp);
    temp = temp - 2;
    if (temp <= 0) {
      temp = 1;
      cont++;
      if (cont == 1000) { cont = 0; temp = 100; }
    }
  }
}

void setup() {
  DDRD = 0xff; // Porta D como saída
  DDRB = 0xff; // Porta B como saída
  DDRC = 0xff; // Porta C como saída
}

void loop() {
  one();
}

Arquivos Adicionais

• Arquivo de esquema Eagle: gestao_mankWMoVhz.sch
• Esquemático em imagem

Dicas Importantes

• Teste cada matriz de LED individualmente antes de montar o cubo completo.
• Use soquetes para os CIs para facilitar trocas.
• Organize a fiação com capas de cabo ou fita isolante.
• A paciência na soldagem dos 343 LEDs é essencial — reserve várias horas.