Software für einen 3x3x3 FullColor RGB-Cube

    Da hier im Forum schon öfter mal der Wunsch nach einer Beispiel-Software für einen kleinen RGB-Cube geäussert worden ist, habe ich mich dazu entschlossen, als kleine Fingerübung so eine Beispiel-Software in BASCOM für einen AVR-µC zu schreiben.


    Ich bin eigentlich kein grosser Cube-Drahtverhau-Fan, deshalb werde ich mir so ein Ding jetzt nicht gleich selbst bauen, aber als Gedankenkonstrukt-Vorlage zum Programmieren ist so ein RGB-Cube noch ganz interessant ;) .


    Das Ziel war es, einen kleinen AVR (28 Pin DIP) verwenden zu klönnen und die ganze LED-Ansteuerung in eine flexibel aufrufbare Funktion zu verpacken, so dass man diese dann aus dem Hauptprogramm beliebig aufrufen kann. Dies sollte es den interessierten Mitgliedern dieses Forums ermöglichen, ihre eigenen Hauptprogramm-Teile und Animations-Daten ins Programmgerüst einzufügen. Als Ziel-µC sind die AVR-Typen ATmega88(p)/168(p)/328p möglich. Da die Pin-Zahl am AVR ja begrenzt ist, habe ich mich für die 27 RGB-LEDs (81 individuelle 256-Stufen-PWM-Kanäle) für eine 9x9-Matrix-Ansteuerung (18 Leitungen) anstatt der 'klassischen' 3x27-Matrix (30 Leitungen) entschieden. Dies bedingt allerdings eine etwas komplexere Matrix-Verschaltung beim Bau des Cubes (naja, ich muss ihn ja nicht bauen ;) ). Die genaue Verschaltung kann man dem Beispiel-Schaltplan entnehmen.


    Den Hauptschleifenteil der PWM-Steuerung in der Funktion habe ich aus Geschwindigkeitsgründen in Assembler geschrieben und einigermassen gut kommentiert, da Assembler ja nicht so selbsterklärend ist wie Basic. Dies ermöglicht mit einem 20 MHz Quarz eine Bildwiederholrate von ca. 150 Hz, wobei die PWM dann mit 9 x 150, also ca. 1350 Hz läuft.
    Zwei Pins des AVR bleiben frei. Ich habe mich absichtlich dazu entschlossen, gerade die Pins 27 und 28 frei zu lassen, da diese bei den entsprechenden AVRs auch als Hardware-i2c-Anschlüsse (TWI; SCL und SDA) fungieren können. Wenn man das Hauptprogramm und etwaige Interrupt-Routinen entsprechend schreibt (AVR als i2c-Slave), könnte man den AVR bzw. die Animationen dann per i2c entsprechend steuern. Man könnte aber auch an die beiden Pins Tasten hängen und dann per PinChange-Interrupt die Animations-Programme etc. auswählen. WICHTIG bei jeglicher Steuerung von ganzen Animationsprogrammen von Aussen via Interrupts ist dabei die "Stopped"-Variable in der Software, deren genaue Funktion im Code erklärt wird.
    Die Animationsfunktion unterstützt auch eine Einzelbild-Anzeige ausschliesslich aus dem RAM-Puffer (also ohne Einlesen von im Flash abgespeicherten Daten). Damit ist es dann auch möglich, zum Bsp. Einzelbild für Einzelbild per i2c zu bekommen (AVR als i2c-Slave) oder aus einem externen i2c-EEPROM auszulesen (AVR als i2c-Master), in den RAM-Puffer zu schreiben und anzuzeigen.
    Alle Einzelheiten der Benutzung der Animationsfunktion sind im Code (in der Einleitung) beschrieben.


    Vielleicht findet sich auch eine gute Seele hier in diesem Forum, welche eine entsprechende Applikation (VB, Excel ... wasauchimmer) zur visuellen Generierung der DATA-Zeilen (Bild-Daten) für die Animationen schreibt (analog zum auch hier im Forum vorgestellten 'normalen' 3x3x3-Cube).


    Fragen bitte hier im Thread stellen.


    Gruss
    Neni

    Schaltplan:


    BASCOM-Code (nur Einleitung):


    ZIP-Datei mit Schlatplan (gross) und dem Code als BASCOM-Bas-Datei und als HTML (schön mit Code-Highlighting dargestellt): cube_matrix.zip

    Kann man damit auch irgendwie die LEDs mit anzeigen? Das wäre super. Dann könnte man die Bilder im Cube in Ruhe entwerfen und testen.


    Mal noch eine andere Frage. Ich habe selbst keine Möglichkeit, den µC zu programmieren, würde aber gern mal obige Schaltung testen. Könnte mir jemand einen solchen programmierten µC zusenden (natürlich mit entsprechender Bezahlung)?


    VG
    Nino

    Zitat von synvox


    Vielleicht findet sich auch eine gute Seele hier in diesem Forum, welche eine entsprechende Applikation (VB, Excel ... wasauchimmer) zur visuellen Generierung der DATA-Zeilen (Bild-Daten) für die Animationen schreibt (analog zum auch hier im Forum vorgestellten 'normalen' 3x3x3-Cube).

    Wenn hier so mindestens 5 bis 10 Leute WIRKLICH das ganze nachbauen wollen und Interesse an einer Steuerung hätten könnte ich mal drüber nachdenken. Aber bitte nur bei wirklichem Interesse, weil sowas doch schon was mehr Arbeit ist. An der Software für den normalen Cube habe ich rund 20 Stunden geschrieben. Im Grunde nicht schwer, aber viel Fließarbeit. Wenn jemand die Software wirklich benutzen würde wäre ich bereit sowas für RGB zu schreiben, aber wenn es im Grunde kaum jemanden interessiert habe ich da auch keine Lust da meine Zeit rein zu versenken.


    Viele Grüße
    Fightclub

    Momentan bin ich wahrscheinlich der Einzige, leider. Das mit dem Excel-Programm o.ä. ist sicher gar nicht so schwer. Muss ich mir mal überlegen. Kannst Du mir mal noch sagen, wie die Reihenfolge der LEDs ist. Je Ebene sind es ja 9x R,G,B. Um das Bild immer gleich zu generieren müsste doch festgelegt werden, wo die LEDs der 3 x 3 Matrix liegen (es sind doch RGB-Leds?). Und steht der Wert (0-255) jeweils für einen RGB-Wert oder die Helligkeit jeder einzelnen Farbe? Letzteres würde ja eher passen, da es 81 Werte sind. Ich habe mal ein Bild gemacht und die 81 Bytes nummeriert. Stimmt das so?
    In Deinem Beispielprog. sind im ersten Block alle Werte auf 255. Dies würde nach meinem Verständnis bedeuten, dass je alle 3 Fragen voll durchgesteuert sind. Wenn ich z.B. alle auf Rot haben möchte, müsste jeder 4. Wert 255 sein, die restlichen Null. Richtig?


    VG
    Nino

    Zitat

    Kann man damit auch irgendwie die LEDs mit anzeigen? Das wäre super. Dann könnte man die Bilder im Cube in Ruhe entwerfen und testen.


    Der Simulator in BASCOM und auch der in AVRStudio können vor allem den zeitlich exakten Programmablauf und die Zustände der internen AVR-Register simulieren bzw. auch anzeigen. Im Prinzip kann man dann über die Port-Register sehen, was an den Ports passiert. Man sieht aber nicht die Auswirkungen einer PWM auf den Helligkeitsgrad einer simulierten LED am Bildschirm oder sowas in der Art, denn beiden Simulatoren können keine externe Hardware mitsimulieren.


    Es gibt eine wirklich ausgezeichnete Simulations-Software, welche sowohl die Software im AVR als auch die daran angeschlossene externe Hardware simulieren kann. Diese kostet aber auch einiges (295 £), so dass sich das wohl die wenigsten der Hobbianer hier im Forum leisten können oder möchten. Allerdings ist die Software gemessen am Leistungsumfang (neben dem µC noch tausende simulierter elektronischer Standardbauteile plus extrem viele Modelle für externe Peripheriebausteine, wie Anzeigentreiber, Interface-Bausteine etc.) sogar noch äusserst günstig, würde ich sagen ;) , so dass ich sie mir sicher im Januar als verspätetes Weihnachtsgeschenk sozusagen selbst schenken werde. Wenn man so viel mit den AVRs entwickelt und programmiert wie ich, dann ist so ein Tool einfach unbezahlbar.
    => Proteus VSM for Atmel AVR


    Gruss
    Neni

    Hi Neni, das ist ja lustig, da bist Du mir "gerade zuvorgekommen", da ich auch gerade an einem 3x3x3-RGB-Cube dran bin... bei mir allerdings nur mit 4-Bit-PWM, da ich mir den Quarz sparen möchte. Sind immerhin auch noch 4.096 Farben, das reicht mir erstmal.


    Aufgebaut ist das "genauso" (also, ich habe jetzt nicht *genau* geschaut, welcher Pin wohin), aber eben als 9x9, nicht als 27x3, damit es mit nem Mega8 geht - muss gestehen, dass ich nicht selbst drauf gekommen bin (obwohl es ja eigentlich logisch ist, dass man so weniger Pins braucht ;)), ich habe die "Idee" von dieser Seite. Das Ding gibt es so als Bausatz zu kaufen....


    Da ist der Cube mechanisch auch etwas anders organisiert: die "Ebenen" stehen als Scheiben senkrecht, die "Säulen" laufen dann waagrecht in diesen "Scheiben" durch - dadurch wird die Verdrahtung/Aufbau um einiges leichter. Die Verbindung der Ebenen geschieht über die Basis-Platine, daher weniger Verdrahtung im Cube selbst...


    Ich werde bald mal ein Layout für so ne Basisplatine hier reinstellen, evtl. bekommen wir ja dann 10 Leute zusammen, die so nen Cube bauen, und dann auch die Editor-SW dazu... :D


    Bei Hypnocube gibt's auch ein PDF mit einer sehr detaillierten Lötanleitung für so eine Art Cube - zwar für nen 4er, aber das Prinzip ist ja das selbe...


    Zu Deiner Cube-SW: habe ich mir jetzt nicht angesehen, aber ich denke mal, dass die so in der Art läuft wie meine: 9 Kanäle Software-PWM, nach jedem PWM-Zyklus wird eine Ebene weitergeschaltet und die Daten aus einem anderen Speicherbereich genommen, so dass man dann per Multiplex jede LED per PWM dimmen kann....?


    Zumindest geht das bei mir so - wie gesagt, erst mal nur mit 4 Bit, was aber nur an einer einzigen Zahl hängt: Der PWM-Counter zählt halt nur bis 16 - kann man beliebig ändern, dadurch auch 8-Bit-PWM möglich, bzw. eine beliebige Anzahl an Stufen von 1 - 255... hängt nur von Prozessortakt und gewünschter Wiederholrate ab...


    Der Einfachheit halber verwende ich aber (obwohl ich nur 4 Bit davon brauche) auch ein Byte pro Farbe und LED - also 81 Byte "Bildschirmspeicher" im Ram, aus dem die ISR im Hintergrund die Daten rausliest und den Cube ansteuert - ob die Daten da nun per Steuer-Programm aus dem Flash reingeschrieben werden, oder über irgendne Schnittstelle von ausserhalb kommen, ist dabei egal (so wie bei Deiner SW auch, wenn ich das richtig verstehe...) - an der Stelle wäre es auch möglich, die Daten "umuzusortieren", d.h. es wäre *relativ* egal, in welcher Reihenfolge eine evtl. Editor-SW die Werte ausgeben würde... ;)


    Und auch von der Auflösung her wäre es "kompatibel" - ich würde halt dann nur die obersten 4 Bit der erzeugten Werte benutzen, bekomme also im Prinzip fast die gleichen Farben wie Du, nur halt nicht so fein abgestuft..... also für den Editor wäre es dann egal, ob jemand den Cube nach meiner Anleitung mit der SW dazu baut, oder nach Deinem Schaltplan mit Deiner SW... oder nach meiner Methode aber doch mit Quarz und 8-Bit-PWM


    Fightclub: das waren jetzt nur mal so ein paar "Winks mit dem Zaunpfahl"... 8o - wenn Du da ggfs. wirklich den Editor auf RGB erweitern würdest, wärst Du echt ein Superheld! :thumbup:

    It's only light - but we like it!


    Da es sich in letzter Zeit häuft: Ich beantworte keine PNs mit Fragen, die sich auch im Forum beantworten lassen!
    Insbesondere solche von Mitgliedern mit 0 Beiträgen, die dann meist auch noch Sachen fragen, die bereits im entsprechenden Thread beantwortet wurden.
    Ich bin keine private Bastler-Hotline, technische Tipps etc. sollen möglichst vielen Lesern im Forum helfen!

    Also ich würde mich um eine Art Editor für den Cube kümmern, zumindest habe ich da eine Idee. Ich bräuchte nur nochmal die Bestätigung der Reihenfolge der Bytes oben.
    Es soll ungefähr so aussehen, dass für die 27 LEDs gemeinsam oder einzeln Farben eingestellt werden, die dann automatisch in je 3 Byte exportiert werden.


    Nino

    Zitat von Pesi


    Fightclub: das waren jetzt nur mal so ein paar "Winks mit dem Zaunpfahl"... 8o - wenn Du da ggfs. wirklich den Editor auf RGB erweitern würdest, wärst Du echt ein Superheld! :thumbup:

    ;)
    Ich registriere damit 2 Interessierte, eventuell hätte der Neni ja auch Interesse, dann wären es schon 3 :)
    Ich hatte beim letzten Editor schonmal eine etwas umfangreichere Version angedacht, bei der man dann Größe, Reihenfolge der LEDs in dem Data-Block, eventuell sogar Anzahl Farben festlegen kann. Aber bisher alles nur Gedankenspiele. Wenn sich genug finden würden hätte ich wenigstens ne Beschäftigung an den dunkeln Abenden in den Weihnachtsferien :)



    Viele Grüße
    Fightclub

    Nino, das ist ein nettes Angebot von Dir! - habe mir die SW von Neni immer noch nicht angesehen, aber die Nummerierung kann so nicht *ganz* stimmen, es geht ja von 1-81, bei Dir immer von 1-27, und das 3 mal... aber das hast Du schon richtig gesehen: es ist immer ein Byte pro Farbe und LED. Kannst ja mal ausprobieren, wie Du da so nen Editor gestalten würdest, das ist bestimmt auch interessant.


    Wie schon gesagt, wäre die Reihenfolge erst mal auch nicht soo wichtig, da man die Daten eh' vom Flash o.ä. in's Ram übertragen muss, und dabei ja noch "umsortieren" könnte - ich kann ja nachher mal die Anordnung aus Nenis SW rausklamüsern, und meine auch noch dazustellen (wenn's OK ist, geht ja hier um Nenis SW).


    Fightclub: Bist Du bei den 2 Interessierten auch dabei....? - beim Neni wäre ich mir jetzt nicht soo sicher:

    Zitat von synvox

    Ich bin eigentlich kein grosser Cube-Drahtverhau-Fan, deshalb werde ich mir so ein Ding jetzt nicht gleich selbst bauen, aber als Gedankenkonstrukt-Vorlage zum Programmieren ist so ein RGB-Cube noch ganz interessant ;) .

    Würde mich aber ggfs. anbieten, so nen Drahtverhau zusammenzulöten, gut einzupacken und in die Schweiz zu schicken... ;)


    Ich schau' mal, eigentlich wollte ich ja eher an meinem DMX-Zeug weitermachen, aber da meine testweise vor ner Woche bestellte Edison-RGB noch nicht da ist, liegt das jetzt erst mal auf Eis, evtl. mache ich ja heute abend erst mal diese Basis-und Steuerplatine für den RGB-Cube fertig (selbes Prinzip wie bei dem einfarbigen im Tutorial), und dann steigt die Zahl der Interessierten ja evtl., wenn der Aufbau dadurch schon mal etwas einfacher wird... ;)

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    Pesi: Wenn du mir einen zusammenbaust würde ich mich ebenfalls zu den Interessierten zählen :D Die nötigen Groschen dafür würdest du natürlich dann überwiesen kriegen :) Allerdings brauchst du dir keine unnötige Eile machen, ich denke mal nicht dass das vor Mitte bis Ende Januar überhaupt was würde, da meine Zeit leider im Moment auch etwas beschränkt ist und es da noch ein paar wichtigere Sachen gibt :(


    Viele Grüße
    Fightclub

    Hm, naja, also in die Serienfertigung wollte ich da jetzt nicht einsteigen 8o - und Du hast doch schon nen Cube gelötet, bist doch (im Gegensatz zum Neni) also wenigstens *grundsätzlich* schon selbst ein Freund des Drahtverhaus...? :D


    Hast Du das oben verlinkte Bild und PDF mal angesehen? - das ist echt nicht aufwendig zu löten, nach dieser Verdrahtungsmethode.... und wenn's nicht pressiert, da findest Du schon mal die Zeit dafür....


    Wäre evtl. ne Idee, nach dem Schema unseres anderen Tutorials hier wieder eins gemeinsam zu machen? - Also ich stelle die Anleitung zum Löten, Steuer- und Basisplatine rein sowie die Steuer-SW (zwar in Assembler, aber egal, da auch komplett von den Daten getrennt) und Du dann den Editor...?


    Und vielen Dank noch mal an Neni, dass er das ganze gepusht hat! :thumbup:

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    Hm schade :D Naja der alte steht leider seitdem er es das erste mal richtig getan hat nur rum :D Und für die Pyramide muss ich noch die Steuerplatine weiterlöten, wäre eigentlich eine gute Beschäftigung für gleich, ich denke das werde ich mal machen, die Effekte schreiben ist ja dann eher Nebenbeschäftigung.
    Naja wenn du hier noch jemanden für den RGB-Cube begeistern kannst... war da nicht mal irgendjemand der sowas selber machen wollte? Wer war das noch? Hunter, Scarred, Technologiy? Schießmichtod ich habs vergessen, aber ich meine da wär mal wer gewesen :D

    Naja, mal sehen - einen RGB-Cube löten im Tausch gegen nen genialen Editor wäre natürlich "kein schlechtes Geschäft"... :D


    Ich glaube, wen Du meinst, war der Freaky, der das ja am liebsten gleich in 8x8x8 gehabt hätte.... 8o - hat dann wohl erst mal ohne fremde Hilfe ;) nen einfarbigen 3x3x3 gebaut:

    Zitat von Freaky91

    ...hab ich mir erstmal einen 3x3x3 gebaut/selbstständig. SO siehst du erstmal die Problematik die da auftaucht, klar kannst du dir den Cube da oben nachbauen dann hast du aber nicht viel gelernt, oder kapiert. Wenn du so was wirklich machen willst brauchst du viel zeit gedult und gute Laune,denn du musst massenhaft datenblätter wälzen.

    Bilder gibt's leider keine davon....


    P.S.: mein alter (Cube mein' ich jetzt :D) steht eigentlich auch nur rum - aber halt in Betrieb.... ;)

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    Mal sehen, vor Freitag kann ich eh auf keinen Fall anfangen, daher warte ich jetzt nochmal die Woche über die Resonanz ab, mal sehen.
    Um euch das ganze nochmal etwas schmackhaft zu machen:
    Der Editor würde deutlich mächtiger als der Alte, von 3er über 4er bis hin zu 5er wäre alles möglich. Einfarbing, zweifarbig oder sogar RGB mit wählbarer Darstellungsgröße (x Bit pro Farbe). Die ganzen Informationen würde in einer Profildatei gespeichert, zusammen mit der Lage der einzelnen LED-Daten im Data-Feld. Das ganze wäre vorallem ganz praktisch wenn man mehrere Cubes oder ähnliches hat, denn dann könnte man die Daten dazu im Profil speichern und später neu laden.


    Also wie gesagt, wer Interesse hat, einfach hier melden :D


    Pesi: meiner steht nur doof in der Ecke rum, müsste ihm mal nen AVR verpassen, damit er auch autonom rumstehen kann, wobei er eigentlich nicht so hübsch ist, dass ich ihn mir jetzt wo hinstellen würde. Da ist die Pyramide doch was schicker. Dern Platine habe ich eben auch fertig gemacht, kriegt jetzt noch ne Software programmiert, Netzteil dran und dann irgendwo hingestellt.

    Das klingt gut - und ne Pyramide hat ja nicht jeder, ist nicht so verbreitet wie ein Cube - da würde ich dann schon gerne auch ein Video sehen!


    Also *mir* musst Du den Editor nicht schmackhaft machen! 8o - und es pressiert ja auch nix, keine Rede davon, dass Du nächste oder übernächste Woche anfangen "sollst" - wird ja eh' noch etwas dauern, bis der erste mal die Hardware fertig hat... ;)

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    Kaum schaue ich mal länger nicht rein, tut sich was in diesem Thread :D . Ich sollte daher wohl öfters mal länger nicht reinschauen ;) .


    Zitat

    und Du hast doch schon nen Cube gelötet, bist doch (im Gegensatz zum Neni) also wenigstens *grundsätzlich* schon selbst ein Freund des Drahtverhaus


    Naja, ganz jungfräulich bin ich auch nicht was den Cube angeht. EINEN einfarbigen 3x3x3 habe ich auch schon gelötet ;) , allerdings auch nur, um jemandem hier im Forum zu helfen :D .


    Pesi, das mit den 256 Stufen pro Farbe ist eher meinem persönlichen Ehrgeiz zu verdanken. Ich wollte einfach mal sehen, ob das mit einer gut getimten Assembler-Routine innerhalb von ansonsten BASCOM-Code zu schaffen ist, so dass sich eine noch genügend hohe Bildwiederholrate ergibt. Wie sich's herausgestellt hat, war's kein grosses Problem bei 20 MHz (ich erreiche so um die 150 Hz) oder auch bei 16 MHz. Bei 8 MHz (ATmega ohne Quarz) wird's dann schon knapp, extrapoliert ergibt es hier dann eine Bildwiederholrate von 60 Hz. Und das kann man dann u.U. schon flimmern sehen.
    Übrigens, was vielleicht hier noch interessant ist: Die Assembler-Routine hat bei mir einen Geschwindigkeitsvorteil gegnüber reinem BASCOM-Code um rund einen Faktor von 3 ergeben. Mann kann hier also BASCOM auch durchaus ein Kränzchen winden, denn gegenüber dem speziell angepassten Assembler-Code ist 'nur' ein Faktor von 3 langsamer gar nicht sooo schlecht. Ok, ich will mich da jetzt auch nicht selbst überschätzen, man könnte die Assemblerroutine durch weitere, geeignete Optimierungen wahrscheinlich noch leicht schneller machen.
    Jedenfalls war sicherlich die programmiertechnische Anforderung ein Ansporn für mich und nicht der Cube an sich ;) .


    Ja stimmt, was bei meiner 9x9-Matrix-Schaltung leider etwas blöd (ja so bin ich halt ;) ) gemacht und mir erst nachträglich aufgefallen ist, ist dass man die Reihen und Spalten besser vertauschen würde, so dass die Farbebenen (3 x rot, 3 x grün, 3 x blau) gemeinsam als Bus geschaltet und die 9 gemeinsamen Anoden- oder Kathoden-Stränge dann dafür einzeln durchgeschaltet würden. Das würde ermöglichen, die bei mir noch für jede einzelne RGB-LED vogesehenen Widerstände durch nur 9 Stück in den Ansteuerleitungen zu ersetzen. Man müsste dann je nach RGB-LEDs eher P-FETs statt N-FETs als Reihen-Schalter nehmen und den Code entsprechend ändern (1 mit 0 vertauschen ;) ), aber der Cube-Aufbau wäre deutlich einfacher.


    Und ja, die RGB-Steuerung läuft nach klassischem Muster ab. 9 x Software-PWM pro Reihe, und nach einem Zyklus die Reihe weiter schalten und den Datenpointer entsprechend auf den nächsten Bereich setzen, so läuft das auch bei mir.


    Gruss
    Neni

    Moin,


    also wenns darum geht, Leute zu finden die Interesse haben, da bin ich dabei.
    Mein Problem ist nur im Moment die Zeit uns das komplett fehlende Wissen in der Programmierung.
    Daher hab ich mich bisher nicht so mit der Sache beschäftigt - obwohl sehr begeistert von den Cubes.


    Wenn es also mal eine Software geben würde, mit der die Programmierung so kinderleicht wird, würde mich das sehr erfreuen.
    Das Löten des Cubes ist dann auch weniger ein technisches Problem, denn eher ein zeitliches Problem - würde ich dann aber auch hinbekommen....