Abstract—One of the most important things in the word is the

color, a diode LED RGB gives many colors into of visible light.

A RGB has three cathodes and an anode, when turn on more of

a cathode results a different color, also is possible to get many

colors with a PWM. In this paper shows an application with diode

LED RGB, a Cube 8x8x8 of them, with control of him.

Index Terms—Cube, RGB, microcontroller, shift register,

clock, saturation.

I. INTRODUCCIÓN

ODO cuanto nos rodea es color, es una sensación que agrega

emoción a nuestras vidas. Desde la ropa que se usa, las

pinturas que se admiran, están envueltas en color, es definitivo,

la ausencia del mismo haría de nuestro mundo un lugar menos

hermoso.

Es gracias a la luz que existe el color, es por eso que para

entender al color hay que entenderla. La luz básicamente está

formada por longitudes de onda a distintas frecuencias y

nuestros ojos solo pueden detectar una pequeña porción del

espectro de energía electromagnética, a esto se le conoce como

espectro de luz visible.

Si a la porción del espectro de luz se la dividiera en tres partes

los colores que predominarían serian el rojo, verde y azul. Estos

colores son considerados los colores primarios aditivos del

espectro de luz visible.

Un sistema de color aditivo involucra luz emitida

directamente de una fuente, antes de que un objeto refleje la luz.

La producción de una amplia gama de colores es el resultado de

una mezcla de distintas cantidades de luz de color rojo, verde y

azul. Las combinaciones de los colores primarios aditivos dan

como resultado los colores secundarios aditivos: cyan, magenta,

amarillo.

El resultado de combinar los tres colores primarios en

proporciones idénticas da origen al color blanco.

Los monitores de la televisión y del computador crean los

colores de sus imágenes usando los colores primarios de la luz.

Cada pixel de las pantallas empieza como negro. Cuando los

fósforos rojo, verde y azul de un pixel son iluminados

simultáneamente, permite que el pixel llegue a ser blanco. Este

fenómeno es llamado color aditivo.

II. DESCRIPCIÓN DE UN LED RGB

Un RGB es un diodo LED que tiene tres

semiconductores, cada uno con un color diferente. Los colores

son los colores primarios del espectro de luz visible, rojo,

verde y azul. Si se controla esta combinación de colores, se

puede obtener una amplia gama de colores en LEDs.

Un RGB bastante difundido es el que tiene 4 patas, como se

ve en la figura 1, donde se tiene tres catados (Rojo, verde y

azul) y un ánodo.

Fig. 1. RGB de 4 patas. Consta de 3 cátodos y un ánodo el cual es común.

A. Conexión de un RGB

Para conectar un RGB al igual que un diodo de uso general

es importante polarizarlo correctamente, adicionalmente para el

caso de un RGB se debe considerar los voltajes y corrientes con

los que se le debe polarizar para que funcione adecuadamente,

entiéndase por adecuadamente al hecho de que muestre la

intensidad luminosa afín.

Generador de Imágenes 3D en un Cubo LED

RGB 8x8x8

Katherine Aro, Estudiante, EPN, Gabriela Gamboa, Estudiante, EPN, Leandro Gualpa, Estudiante

EPN, Edgar Pavón, Estudiante EPN, Karla Portilla, Estudiante, EPN, y Víctor Santos, Estudiante,

EPN

T

Cuando se requiere hacer funcionar una cantidad

considerable de RGB, los cuales normalmente se conectarán en

paralelo por obvias razones, es importante tomar en

consideración principalmente la corriente que puede

suministrar la fuente.

En la siguiente tabla se muestran los requerimientos para que

un RGB funcione óptimamente.

B. Control de los colores de un RGB

El control de los colores de un RGB se lo consigue de las

siguientes maneras: Para conseguir colores secundarios

basta con combinar dos cátodos del RGB, sin embargo, si se

desea una gama más amplia de colores, esto se lo consigue

a través de distintos valores de corriente media que circulan

por cada uno de los cátodos y esto se traduce en una señal

PWM.

III. MATERIALES.

512 RGBs

Alambre de acero

1 fuente de 12V

1 Microcontrolador (ATMEGA 164P)

24 74LS164

8 Transistores TIP 127

8 resistencias de 10KΩ

8 resistencias de 330Ω

Cautín

Estaño

Crema para soldar

Acido férrico

Baquelita

Taladro

Madera

Silicón

Cables tipo macho hembra

Regla de 30 cm

IV. DISEÑO DEL SISTEMA IMPLEMENTADO

El Sistema que se implementó consto de las siguientes

etapas.

A. Construcción del Cubo de LEDs RGB

El Cubo tiene 8 caras cada una con 8 LDs RGB por lado,

dando como resultado un cubo de 512 LDs RGB.

Dado que estaba claro que se quería hacer primero se hizo la

construcción del mismo para posteriormente prestar el interés

necesario al diseño de la parte electrónica la cual consta de una

parte de potencia y una de control.

El proceso en la construcción de la maqueta fue el siguiente:

1) Una vez que se reunieron los materiales requeridos para

armar el cubo (LEDs RGB, alambre galvanizado, un cautín,

estaño y una regla de 30 cm). Se procedió a conectar una fila de

8 LEDs RGB estañando cada uno de los ánodos a un segmento

de alambre galvanizado cuidado distancias entre ellos con

ayuda de la regla. Esto se puede apreciar en la figura 2. Este

Proceso se llevó a cabo 7 veces más, para finalmente tener 8

filas de LEDs RGB.

Fig. 2. Conexión de los ánodos de 8 LEDs RGB.

2) Con 8 filas ya terminadas lo que se procedió a realizar fue

conectar en paralelo los cátodos de color rojo, de una fila con

las otras siete, el mismo procedimiento se realizó para el cátodo

de color azul y para el de color verde, sin deja a un lado el

ánodo, guardando la distancia entre ellos de igual manera con

una regla. Este proceso se puede evidenciar en la figura 3 y en

la figura 4.

TABLE I

VOLTAJES Y CORRIENTES ÓPTIMAS

Color del LED Corriente [mA] Voltaje [V]

Rojo 20mA

2.1

Verde

20mA

3.3

Azul

20mA

3.3

En esta tabla se muestra las Corrientes y Voltajes que permiten que el RGB

tenga una intensidad luminosa adecuada para sus colores.

Fig. 3. Se puede notar que conectadas las 8 filas siempre se trata de mantener

la misma distancia entre cada una de ellas.

Fig. 4. Conexión de las 8 filas de LEDs RGB.

3) El proceso 2) se realizó por 7 veces mas. Una vez que ya se

tuvo las 8 caras ahora con ayuda de un soporte de madera se

procedió, en primera instancia con un taladro a perforar en las

posiciones precisas 4 orificio por cada 8 columnas que tiene

cada cara.

Este proceso se lo realizo por 7 veces más y el resultado fue

el cubo que se tiene actualmente. El resultado se puede observar

en la figura 5.

Fig. 5. Resultado obtenido luego de haber terminado las 8 caras y haberlas

ubicado adecuadamente en soporte de madera. (Cambiar imagen)

B. Diseño Electrónico

1) Hardware

1.1 ) Análisis de entradas y salidas

Considerando la cantidad de pines que se tiene del cubo de

LEDs RGB se optó por un barrido el cual básicamente, permite

ahorrar una cantidad considerable de pines que se tendría que

manejar con un microcontrolador.

Sin embargo, aun considerando el barrido la cantidad de

pines que tenía que controlar un microcontrolador era

extremadamente grande, por lo que se decidió finalmente usar

registros de desplazamientos en este caso en particular se usó el

74LS164.

A través de esta decisión ya se podía dimensionar

adecuadamente a un microcontrolador.

TABLA II

ANÁLISIS DE ENTRADAS Y SALIDAS

Salidas Entradas Descripcion

8 0

Control de las filas

8

0

Control de las caras a

través de los registros de

desplazamientos.

1

0 Senal del clock

1 1 Comunicacion serial

20 1 Total

21

En esta tabla se muestra un análisis de las entradas y salidas que se van a

requerir de un microcontrolador.

Se decide escoger un microcontrolador ATMEGA 328

considerando la catidad de pines que se van a requerir y las

prestaciones que ofrece el mismo como por ejemplo un módulo

interno para poder realizar la comunicación serial que también

es requerida.

Por lo tanto, sobran 7 pines los cuales pueden ser de utilidad

para una implementación futura adicional.

1.2) Circuito a implementarse

Anexo 1 (Imprimir circuito en un formato A3)

1.3) Dimensionamiento de los Elementos del Circuito

1.3.1) Etapa de Control de las Caras (Barrido)

Se escogió el TIP 127 porque puede manejar una corriente

de colector en saturación de hasta 3[A] cuando la corriente

de base es de 12 mA, esto debido a que al tener 64 LEDs

RGB por cara que se van a estar barriendo en las peores

condiciones van consumir mucha corriente, como se detalla

a continuación.

Debido a que un RGB necesita 20 [mA], circulando por el

en polarización directa en las peores condiciones del barrido

se necesitara la siguiente corriente.

Imax = 20mA x 64 = 1.2 [A]

Fig. 6 Etapa para la sección de caras del cubo que se barren.

Los cálculos de las resistencias se detallan a continuación.

La corriente para que el transistor se sature es igual a 12mA

circulando por base con un factor de seguridad de 1.2 se tiene

una corriente de 14.4mA.

14.4𝑚𝐴 =7𝑉

𝑅𝐵

𝑅𝐵 = 486 𝛺

Se escoge una resistencia de 330 Ω porque de esta manera

se asegura la saturación.

La resistencia de 10KΩ conectada a base emisor es una

recomendación empírica para mejorar el switcheo.

Adicionalmente, cabe mencionar que se utilizó un transistor

PNP para que sea la fuente la provea de corriente al sistema de

LEDs RGB por lo cual la fuente también tiene que ser

dimensionada, considerando la corriente Imax que ya se

calculó.

1.3.3) Selección de los registros de desplazamiento.

La selección de los registros de desplazamiento básicamente

depende del voltaje máximo con el que pueden trabajar ya que

estos serán los que den el voltaje de polarización a los

transistores de potencia que se está utilizando (TIP 122)

2) Software

2.1) Diagrama de flujo

2.2) Código

El código que se empleo es lenguaje de alto nivel (C), esto

principalmente porque el especio de memoria que se requería

para el código era lo suficientemente pequeño como para

requerir programar en lenguaje Ensamblador, al igual que no

hay problema con los tiempos que se maneja en la ejecución de

cada instrucción.

Anexo 1

V. SIMULACIONES

Anexo 2

VI. IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE

A. Diseño de las Placas

Una vez que ya se tuvo el diseño del hardware se procedió

a diseñar las placas las cuales fueron ruteados con ayuda del

software ARES, una plataforma que es un complemento de

ISIS Proteus.

El enrutamiento se puede ver en la figura 8.

Fig. 7 Proceso de planchado para pasar la pista ruteada a la baquelita.

Fig. 8 El enrutamiento se puede observar que ya fue debidamente

planchado a la baquelita.

En la figura 9 se puede apreciar el proceso que se llevó a

cabo para quitar el cobre de las placas.

Fig. 9 En esta figura se puede ver como las placas ya se encuentran en el

ácido para quitar el cobre que no es necesario para la pista.

En la figura 10 se pueden observar a las palcas una vez que

fueron extraídas del ácido. Se debe estar pendientes de las

mismas ya que no hay un tiempo fijado para retirarlas ya que

dependen de algunos factores como para que el cobre se

retire con más o menos rapidez como por ejemplo

temperatura o cantidad del ácido férrico.

Fig. 10 Resultado de las baquelitas luego de salir del ácido.

Una vez que las pistas de las baquelitas ya estaban listas

se procedió a perforar los huecos donde debían ir los pines

de cada integrado como se puede apreciar en la figura 11.

Fig. 11 Perforación de la baquelita para ubicar los elementos.

En la figura 12 se puede ver que una vez que se terminó el

proceso de perforar y soldar los elementos se procedió a

limpiarlos con tañer, esto se lo hace porque al usar la crema

para soldar esta también puede conducir y puede existir

cortocircuitos.

Fig. 12 Limpiado de impurezas de la baquelita.

B. Adecuación de La Maqueta para Acoplarla al Circuito

electrónico

Para facilitar el proceso de conexión de la maqueta, fue

necesario poner extensiones de cables a la salida de como se

observa en la figura 13. Estos cables son macho-hembra y

fueron debidamente soldados.

Fig. 13 Conexión de cables macho –hembra a las terminales de la

maqueta.

El resultado de este proceso se puede apreciar en la

figura 14 donde ya todos los cables fueron conectados, los

mismos que permitirán conectar más fácil a al circuito

electrónico diseñado.

Fig. 14 Cables macho – hembra conectados a las terminales

de la maqueta.

Una vez conectados debidamente las terminales macho-

hembra a las terminales de la maqueta, se procedió a formar

buses como se muestra en la figura 16, esto, en efecto para

facilitar en lo posterior las conexiones entre lo que sería el cubo

RGB, con la circuitería que permitirá controlarlo.

Fig. 15 Creación de buses para facilitar el proceso de conexión.

Fig. 16 Ensamblaje de la Maqueta al Circuito Electrónico

Fig. 17 Presentación finalmente de la maqueta.

VII. PRUEBAS DEL CUBO RGB IMPLEMENTADO

Fig. 18 Prueba 1

Fig. 19 Prueba 2

Fig. 20 Prueba 3

VIII. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Se pudo notar que para el desarrollo del proyecto gran

cantidad del tiempo se consume en el desarrollo de hardware.

En cuanto al software básicamente se tienen varias

funciones que permiten el barrido de las caras del cubo. Es

importante tener cuidado con la frecuencia con que se hace

el barrido para que la visualización sea la deseada.

IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se concluye que una aplicación de los LEDs RGB

brinda una amplia comprensión de cómo se crean los

colores en una pantalla de televisor.

Se pudo notar que el dimensionamiento de los

transistores que permitirán el control de las caras en el

barrido es importante tanto para manejar la corriente de

saturación como para el voltaje necesario para los LEDs

RGB.

Se recomienda utilizar registros de desplazamiento para

el barrido ya que estos evitan el uso de una gran cantidad

de pines del microcontrolador.

Se recomienda hacer las pruebas necesarias para ajustar

la frecuencia de barrido y se pueda obtener los resultados

esperados.

Se recomienda hacer buses a las terminales del cubo

para facilitar el trabajo en cuanto a eficiencia de

conexiones y estética.

REFERENCES

[1] SOTOMAYOR, Nelson; Apuntes de la Asigantura de Control con

Microprocesadores; 2016.

[2] http://www.ledfacil.com.ar/LEDs%20RGB%20demo.pdf

[3] http://www.st.com/st-web-

ui/static/active/jp/resource/technical/document/application_note/CD001

57323.pdf

[4] http://www.areatecnologia.com/electronica/como-es-un-led.html

[5] https://www.rgbworld.com/color#add