步驟1：零件清單

單色DIFFUSED LED x512，帶有~30個備件（您可能會注意到我自己使用了三種顏色。這最初是為了幫助反射波形振幅（例如紅色意味著更高的振幅），但我沒有正確地焊接切片，所以最后我只是將它們視為相同。如果你仍然有興趣在垂直方向上產(chǎn)生顏色變化，請閱讀有關(guān)垂直切片步驟：））

PC板，中型x7和小型x2（這些是我實驗室中可用的，但請隨意調(diào)整大小，具體取決于您可以使用的內(nèi)容！請閱讀電路部分供您參考。我發(fā)現(xiàn)，對于初學(xué)者來說，沒有任何連接條的PCB更容易適應(yīng)，主要是因為您可以隨意添加和切斷連接。去焊可能很棘手?。?/p>

NPN 2N3904晶體管x72

1k電阻x 150

100歐姆電阻x 72

P - 通道MOSFET IRF9Z34 x8加上8個夾式散熱器

100微法拉電容x8

74HC595移位寄存器x9

Arduino Uno +螺絲屏蔽（我使用過）原型螺旋式防護罩R3套件）

8種顏色的絕緣電線（我強烈推薦使用不同的顏色！你會有很多電線緊挨著，當(dāng)我們檢查顏色時顏色確實有用電路。）

5V 2.8A電源（只要您的電源電流限制高于64 *（通過1個LED的電流），它應(yīng)該可以正常工作：））

電線端子

帶8個引腳和6個引腳的Molex接頭。

具有8引腳和6引腳的Molex線外殼（根據(jù)您的PCB尺寸，這些數(shù)量會有所不同）您的電路設(shè)計，請在決定您需要的數(shù)字之前閱讀整個Instructable（特別是電路部分）：））

S

裸銅線（為安全起見，準(zhǔn)備50米）

大木板（每邊大約9英寸）

12英寸木制串（可選;如果你找到一種制作直線的方法，你就不需要了。）

透明膠帶

長指甲x16

工具

烙鐵

剪線鉗

鉗子

膠槍（可選;如果你找到一種做直線的方法，你不要需要這個）

壓接機

散熱片夾x2（鱷魚夾也能正常工作）

剝線器

第2步：制作LED行

首先，測試所有LED ！我用LED和100歐姆電阻器組裝了一個電路板。然后，我一次測試一個LED，并將其與另一個LED并聯(lián)。我們想要丟棄1）損壞的LED，2）陽極和陰極向后的LED（你不想只記得“哪一個讓它翻轉(zhuǎn)?。?）調(diào)光LED。

接下來，我們制作了木制夾具，這也是我對立方體的最終安裝。在孔的中心之間鉆一個8x8網(wǎng)格，1英寸。選擇直徑剛好高于LED直徑的鉆頭，這樣它們就可以裝入孔中并保持筆直。我們在周邊釘上額外的木條，這使得板面保持平整（我們使用膠合板作為板，所以它有一點彎曲）。此外，這增加了具有孔的區(qū)域，使得LED可以穿過孔。選擇一側(cè)并將兩個長釘放在與孔中心相同的線上。我們將把電線綁在這些釘子上。

我們現(xiàn)在可以開始制作LED排了！我沒有找到制作直線的有效方法，所以我只使用木塊解開電線。將電線穿過塊的邊緣;用拇指將電線固定在電池組的一側(cè)，然后將電線拉過;塊的邊緣將解開電線。我建議戴上手套來保護你的拇指：（

將8個LED放入這一行，長的“腿”，陽極，朝向一個方向。我們要將它們焊接到電線上。由陽極腿和陰極腿形成的平面應(yīng)垂直于導(dǎo)線，陰極腿應(yīng)遠離導(dǎo)線。將導(dǎo)線綁在釘子上并拉動它穿過LED直到它是直的把它綁在另一個釘子上。調(diào)整電線高度（我注意到LED腿上有一個小的平面區(qū)域，我調(diào)整了電線使得它接觸所有LED的這個區(qū)域）。這個高度是任意的，但請記住：1）立方體中的水平高度差大約為1英寸（因此導(dǎo)線不能太高）; 2）LED可能會在烙鐵的熱量下斷裂（因此導(dǎo)線不能太低）（盡管我個人沒有遇到任何問題）?，F(xiàn)在你的電線應(yīng)該接觸所有LED的長腿，形成一個十字架。焊接導(dǎo)線和陽極引線并隨后修整引線。

在這個項目中，我嘗試了兩種不同的焊點接觸配置。一個是上述的交叉接觸，另一個是彎曲LED腿使得接觸線是平行的。從理論上講，平行接觸接頭的抗應(yīng)力更強，但考慮到LED的亮度，交叉接頭可能并不那么有害。您將獲得大量焊接線和LED腿的練習(xí)，因此您可以嘗試不同的技術(shù)！我使用的是平頭烙鐵，我個人認(rèn)為它可以更好地控制焊料斑點和更大的熱接觸表面積。

進行焊接后，使用面包板進行LED檢查以檢查連接（重要）。將正極引線夾在導(dǎo)線上，并將負極導(dǎo)線掃過短的LED支腳。它們都應(yīng)該亮起來！在我們檢查它們都很好之后，輕輕地從板下面推動LED以使它們脫臼并將電線向上滑動到指甲上。你可以修剪掉環(huán)狀的末端，但絕對可以節(jié)省一些長度！

如果我的LED沒有亮起怎么辦？

你可以檢查的第一件事是你是否有陰極和陽極翻轉(zhuǎn)。然后嘗試將正極引線夾在LED支腳而不是整條線上。如果您的LED指示燈亮起，則可以重新焊接LED。如果您的LED仍然沒有亮起，請將其更換為另一個。

我們需要制作64個這樣的LED行：）

步驟3：焊接垂直切片

作為預(yù)覽，每層中的所有陽極都是連接的，每個垂直列中的所有陰極都是連接的。現(xiàn)在我們需要制作垂直切片。還記得我們放入電路板上的兩根釘子用來綁線嗎？現(xiàn)在以類似的方式再添加14個：）（小心：提示指甲很好！你會用手指按壓這些小貼士。）

現(xiàn)在將8個LED排放在電路板上，確保它們的腿朝向相同的方向。請注意，電線應(yīng)與指甲行平行！按下LED使它們都處于相同的高度。如果某些LED不斷彈出（可能是由于電線彎曲），請將兩端的透明膠帶向電路板下方。現(xiàn)在，像以前一樣在指甲上穿線。我只能看到電線大約在同一高度，但這沒關(guān)系，因為你真正關(guān)心的是LED處于同一高度。

將陰極引線焊接到電線上。你會注意到我在這里使用了平行接觸式焊接配置，我確實發(fā)現(xiàn)它比十字接頭更堅固，更美觀，但它更耗時，因為你需要1）用鉗子彎曲電線; 2）確保彎曲部分接觸主線; 3）將該部分彎曲到合適的高度，因為您的烙鐵將以一定角度進入，您需要熨斗同時接觸兩根電線。

如果您想在不同的圖層使用不同的顏色。..。

確保每個切片都反映了顏色方案。例如，如果我希望前三個層是黃色LED，中間兩個是橙色LED，而后三個是紅色LED，我將按順序放置三個黃色LED列，兩個橙色LED和三個紅色LED 。確保所有八個切片的顏色順序和LED方向一致！

使用面包板設(shè)置測試每個切片中的所有LED。當(dāng)LED固定而不是在空氣中間時，重新焊接肯定更容易。

如果您的電線不直，請不要將指甲從指甲中拉出來！閱讀下一步。

如果您已經(jīng)有直線，請從下方輕輕推動LED，然后從指甲上滑下切片。不要修剪末端：）

步驟4：支持垂直切片

如果你的電線有一些曲率，就像我的那樣，我們可以通過在周邊添加剛性支撐將它們固定在平面上。我選擇了12英寸木制烤串，因為它們在亞馬遜上很容易買到。我在周邊粘上了串子，并在角落里加了小塊來加強框架。查看照片了解詳情。請注意，只有兩根扦子完全連接到電線上，另外兩根扦子在整個網(wǎng)格上方。我建議首先測試不帶角落的框架。我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我將切片堆疊起來時，額外的短棒會妨礙LED，并且膠接點可能足以保持LED網(wǎng)格。如果網(wǎng)格仍然略微凸起，請按下兩個未粘合的側(cè)面，并在幾個點將電線粘到串口上。暫時不要修剪松散的末端！特別是，在將要位于立方體底部的一側(cè)保留相當(dāng)長的扦子長度，以便我們可以將LED保持在地板上。

第5步：組裝多維數(shù)據(jù)集

現(xiàn)在我們有了切片，我們可以制作立方體！我發(fā)現(xiàn)將它們堆疊起來更容易，而不是將垂直切片粘在一起，但如果你有一個合作者，請隨意即興！為避免錯誤，首先將切片粘貼到另一組烤串，然后再添加連接線。正如你在照片中看到的那樣，我在角落處粘上了四根串，以幫助對齊和支撐各層。請記住，理想情況下，這些層相距1英寸。我發(fā)現(xiàn)我的LED安裝在前一層的木制框架上，所以我不需要在粘貼時將它們固定住，但如果你的切片放在較低的高度，那么合作者或一些木條（見圖）就會救命。 在粘貼切片之前，請確保它們的方向正確！您希望陰極和陽極端指向一致的方向。還要檢查LED的方向。

確保堆疊每一層時LED亮起非常重要！ 一旦完成所有組裝，幾乎不可能到達立方體的中心。

您可能會注意到我的木框架不一定彼此對齊，但如果您看一下LED，它們會更好地對齊！由于我們將在黑暗的環(huán)境中看到這個立方體，因此可以接受框架的錯位。

接下來，使用額外的電線將陽極引線焊接在同一水平面上。如果您發(fā)現(xiàn)難以將導(dǎo)線保持在那里，請嘗試通過導(dǎo)線“編織”導(dǎo)線（交替導(dǎo)線穿過導(dǎo)線的方式，從上到下）。如果這些導(dǎo)線不是完全筆直的，這是可以的，因為主LED結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)置好，一旦我們打開LED，側(cè)面導(dǎo)線就不會很明顯了。

為了安全起見（我們寧愿在謹(jǐn)慎方面犯錯，是嗎？），再次測試所有LED。此時，如果立方體中心的其中一個指示燈沒有點亮，我不確定是否有一種簡單的方法可以解決這個問題：（但是，如果您在堆疊時仔細檢查LED是否一絲不茍層，LED應(yīng)該仍然很好。

現(xiàn)在我們可以修剪除了底部以外的所有線材?，F(xiàn)在我們可以暫時把立方體拿走！恭喜！現(xiàn)在我們已經(jīng)超過了一半有：）

第6步：電路連接

請閱讀在PC板上安排電路元件之前的pdf原理圖。這個原理圖是由Kevin Darrah設(shè)計的RGB立方體，由于我們的立方體有單色LED，我們的工作量實際上只有三分之一（具體來說，我們有三分之一的陰極控制）。我強烈建議首先將所有電路元件放在PCB上以測試間距。給自己更多的工作空間，特別是移位寄存器板和陽極控制板。然后將電路元件傾倒出來，一次只焊接幾個，因為沒有那么多的電路元件支路妨礙焊接就不那么困難了。

陽極和陰極電路

我們的電路設(shè)計是這樣的，當(dāng)陽極電路和陰極電路的輸入是無論是5V（或高），LED都會打開。我們先來看看陽極電路。當(dāng)輸入為高電平時，晶體管迅速飽和，集電極電壓降至接近0，這意味著MOSFET的柵極被拉至低電平。由于MOSFET源極連接到5V，因此柵極中的低電平意味著漏極電壓設(shè)置為高電平。源上的電容有助于保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

當(dāng)陰極控制輸入為高電平時，晶體管再次飽和，集電極電壓變?yōu)?V。集電極端子通過限流電阻連接到LED。您可以根據(jù)LED屬性選擇限流電阻。由于我使用紅色，橙色和黃色LED，我使用了100歐姆。我們看到，現(xiàn)在LED的正極被抬高，負極拉高，LED亮起。

由于我們有64個陰極引線（每列）和8個陽極引線（每層），我們需要64組陰極控制和8組陽極控制。我建議在同一塊電路板上安裝完整的8個控制器，因為每個移位寄存器連接到8個控制器，如果8個連接線連接到同一個位置，它看起來更有條理。小心不要過度擁擠板！我們要開很多電線，所以一定要給自己足夠的空間！將所有組件焊接到電路板上。增加工作表面穩(wěn)定性的一個技巧是焊接具有相同高度的元件（例如，在焊接所有電阻器之后焊接晶體管以避免電阻器掉出）。對于每組8個陰極控制電路，確保焊接一個8引腳接頭，將數(shù)據(jù)輸出到LED立方體。

從原理圖中看不出來，但無論哪里有晶體管，我們都需要將它連接到GND和5V。

移位寄存器電路

移位寄存器通過6線相互連接。它們并聯(lián)連接，用于5V，GND，CLOCK，LATCH和BLANK，以及串聯(lián)用于DATA。連接導(dǎo)線時，請確保陰極移位寄存器位于序列的末尾，因為DATA始終位于串行線的最后端。基本上，Arduino發(fā)出一串二進制代碼，沿著DATA線連接向下流動。然后二進制代碼被分成每個移位寄存器8位。然后將8個移位寄存器端子連接到一組8個陰極/陽極控制器。 5V為整個立方體供電，由于我們最多同時點亮了64個LED，請確?？傠娏鞑怀^電源限制。其他引腳基本上控制數(shù)據(jù)何時進入移位寄存器以及何時將數(shù)據(jù)從移位寄存器釋放到電路控制器。確保每個移位寄存器都有自己的8引腳接頭，每個移位寄存器板（最后一個除外）都有一個6引腳接頭，5V，GND，CLOCK，LATCH，BLANK和DATA線可通過該接頭連接到下一個移位寄存器板。

Arduino電路

Arduino的電路非常簡單?；旧?，我們有6條線從Arduino（5V，GND，CLOCK，LATCH，BLANK和DATA）出來。確保你的GND引線連接到Arduino的GND（實際上，這個項目中的所有GND都應(yīng)該連接），但你的5V引線不是！請注意，Darrah的原理圖中的Arduino實際上顯示了ATMEGA芯片的端子。請參閱芯片和Arduino之間相應(yīng)端子附帶的圖像之一。

我們使用了一個螺旋式防護罩，以避免直接將電線插入Arduino。焊接到螺旋焊接機上所需的部件是數(shù)字端口的堆疊插頭引腳，1個6針插頭和1個2端口接線端子。您可以在另一側(cè)添加另一排堆疊頭針以實現(xiàn)平衡。 （請注意，圖片中顯示的藍色端子塊實際上沒有做任何事情）。根據(jù)原理圖焊接。重要提示：為了安全起見，將6針接頭上的5V端子連接到電源的5V（綠色接線端子），而不是Arduino的5V。這樣，您的Arduino由您的計算機供電，電路中的所有5V電源都由電源供電。但是，請將所有GND連接在一起。您可以從圖中看出，我將6引腳接頭的GND引腳和接線端子的GND引腳焊接到螺絲擋板上的GND條上。

雖然我不知道檢查移位寄存器電路的方法，但我們可以而且應(yīng)該使用面包板檢查陽極和陰極控制電路。有關(guān)詳細信息，請參閱照片?；旧希覀儗㈦娐钒遢斎脒B接到5V。然后我們可以用萬用表檢查輸出電壓。我們發(fā)現(xiàn)陽極控制的輸出電壓僅為4V左右，但這是MOSFET的預(yù)期結(jié)果。

接線提示：

不要吝嗇電路板之間連接線的長度！您將擁有許多電路板和許多電線，如果電路板分離良好，則可以更清晰，更容易地進行故障排除。

使用不同的顏色來區(qū)分哪條線是哪條。這非常重要，特別是考慮到您需要多少線。然后我們將這些電線按固定順序放入電線外殼中。使用良好的壓接器制作安全的電線端子。

與標(biāo)題和電線外殼的使用保持一致！在我的項目中，對于某個電路板，所有輸入都來自電線外殼，輸出通過接頭傳出。

因為插頭端子非?？拷砸⌒牟灰獙?dǎo)線焊接在一起，特別是如果你像我一樣缺乏焊接經(jīng)驗！我發(fā)現(xiàn)一個有用的技巧是用烙鐵向下推導(dǎo)線以熔化焊料，然后用鉗子將導(dǎo)線中的絞線夾在一起，并將導(dǎo)線推到接頭端子附近。移開烙鐵，焊接接頭應(yīng)冷卻并盡快保持其形狀。

第7步：掛載多維數(shù)據(jù)集

而不是線程化剛性陰極穿過64個孔，這在實踐中非常困難，我們可以先將導(dǎo)線焊接到導(dǎo)線上，然后將導(dǎo)線拉過孔。為了使電線從安裝平臺下方伸出，在安裝座側(cè)面鉆9個孔（8個用于陰極，1個用于陽極）。

首先，將烤串修剪成大致相同的長度。切斷陰極引線，使它們幾乎與扦子處于同一高度。現(xiàn)在彎曲導(dǎo)線，用鉗子形成一個小鉤子。剝?nèi)ゴ蠹s半英寸的電線并彎曲電線。將導(dǎo)線和導(dǎo)線鉤在一起，用鉗子將鉤子閉合。這樣可以在導(dǎo)線和導(dǎo)線之間提供良好的接觸，并且可以釋放雙手進行焊接。確保在最近的LED焊點之前放置一個散熱片夾，使得焊點不會從新的熱量中脫落。如果您沒有散熱片夾，鱷魚夾也可以。

在完成每層焊接后檢查連接（我測量焊點的電阻）是一個好習(xí)慣，盡管我發(fā)現(xiàn)“鉤”方法提供了非常強的焊點。

現(xiàn)在將電線穿過孔。輕輕拉動電線并推動安裝平臺與烤串接觸。將每組8根電線穿過安裝平臺側(cè)面的一個孔，并用一條電工膠帶固定電纜束。由于立方體的四個邊是相同的，所以你的組的哪一邊無關(guān)緊要。 我建議在這些上預(yù)先制作導(dǎo)線端子，這樣就可以快速組裝導(dǎo)線外殼。

對于陽極連接，將一根導(dǎo)線焊接到每個水平面上，然后將導(dǎo)線從其中一個孔中穿出。您將需要兩個散熱片夾，以防止相鄰的焊點熔化。

安裝立方體后，再次測試每個LED以確保它們正常。

提示：

不要吝嗇電線長度！我認(rèn)為我的電線很容易長12英寸，但它們?nèi)匀挥悬c短。

現(xiàn)在您已準(zhǔn)備好連接所有內(nèi)容并運行多維數(shù)據(jù)集了！

步驟8：代碼和多路復(fù)用

由于項目時間短，我借用了Darrah的代碼，只對其進行了微小的修改。我附上了我用過的版本。他對他的代碼做了很好的評論，我建議通過閱讀它們來更好地理解它的實際工作原理。在這里，我將描述他的代碼的兩個關(guān)鍵特性，多路復(fù)用和位角調(diào)制。

的復(fù)用

我讀到的所有LED立方體項目都使用多路復(fù)用，這是一種允許我們控制單個光源的技術(shù)。通過多路復(fù)用，一次只能點亮一層LED。然而，由于這些層以非常高的頻率循環(huán)，圖像在我們的視覺中“停留”了一段時間，我們認(rèn)為光線仍然在那里。在軟件中，我們一次將一層拉到HIGH，而將所有其他層拉到LOW，因此只有這層中的LED可以亮起。為了確定哪些燈點亮，我們使用移位寄存器來控制64個陰極中的哪一個被拉高。在點亮下一層之前，我們將該層的陽極設(shè)置為LOW，以使該層中的燈不亮。然后我們將下一層的陽極拉到HIGH。

位角調(diào)制

BAM技術(shù)允許我們在0到15之間的刻度上控制每個LED的亮度如果您不需要更改亮度，則無需執(zhí)行此操作?；旧?，我們有一個四位控制，這個控制對應(yīng)于從底層到頂層的15個循環(huán)（請記住，對于多路復(fù)用，我們一次點亮每一層？）。如果我們向第一位寫入1，那么當(dāng)我們第一次循環(huán)通過這些層時，這個LED會亮起。如果我們將1寫入第二位，則這一個LED將在接下來的兩個周期內(nèi)亮起。第3位對應(yīng)于接下來的4個周期，第4位對應(yīng)于接下來的8個周期（因此我們在一個完整的集合中有15個周期）。比如說，我們想將LED設(shè)置為其全亮度的1/3，即5/15。為了實現(xiàn)這一點，我們將1寫入第一個和第三個位，將0寫入另外兩個，以便LED在第一個周期打開，在接下來的兩個打開，在接下來的四個打開，在接下來的8個打開。我們?nèi)绱丝焖俚仳T行，我們的視覺“平均”亮度，我們獲得全亮度的1/3。

LED立方體作為波函數(shù)的顯示器？

我們在該項目開始時考慮的一種可能性是使用此顯示來顯示方形盒中的粒子波函數(shù)。我確實在Arduino代碼中編寫了一個繪制基態(tài)和第一個激發(fā)態(tài)的方法，但事實證明分辨率不夠。基態(tài)似乎很好，但第一個興奮狀態(tài)需要一些解釋。但是，如果你瞇著眼睛，你可以看出當(dāng)你從一個方向看它時，這個函數(shù)看起來像一個凹凸，如果從另一個方向看，它看起來像一個完整的正弦波周期。這是波函數(shù)幅度應(yīng)該是什么樣子！因為即使是第一個興奮狀態(tài)也需要一些事后的解釋，我沒有編寫其他更復(fù)雜的代碼。

步驟9：測試運行！