用 Arduino Uno 和 1Sheeld 构建 4x4x4 LED 立方体 - 互动音乐可视化项目

元器件清单

项目简介

这是一个令人惊叹的 4x4x4 LED 立方体，通过 1Sheeld 和 Arduino Uno 与智能手机连接。利用手机麦克风捕捉声音，让音乐控制 LED 立方体的灯光效果，实现声光同步的互动体验。

立方体构建指南

请参考 Instructables 教程 的步骤 3、4、5 进行立方体焊接组装。需要具备基本的焊接技能。注意：该教程中的元器件清单仅供参考，实际所需元件请以本项目清单为准。

工作原理

若为每个 LED 单独引线控制阳极，显然不切实际。解决方案是将立方体分为 4 层，每层包含 16 个 LED：

• 同一垂直列的所有 LED 共用一个阳极 (+)
• 同一水平层的所有 LED 共用一个阴极 (-)

点亮特定 LED 时，只需给该层提供低电平 (GND)，给该列提供高电平 (5V)。通过快速扫描各层，利用视觉暂留效应实现全立方体控制。

接线说明

组装完成后，你将得到 16 个列控制引脚和 4 个层控制引脚：

• 列控制引脚：每个引脚串联一个 220Ω 电阻，另一端连接到覆盖在 Arduino 上的 1Sheeld。引脚顺序对应 Arduino 数字引脚 13~0 和模拟引脚 A4、A5（参考原理图）。各列连接顺序可自由组合，代码中会对应控制。
• 层控制引脚：连接到模拟引脚 A0、A1、A2、A3。根据代码逻辑，最底层接 A0，依次向上为 A1、A2、A3（最顶层）。

接线完成后上传代码，通过 1Sheeld App 连接手机即可运行。1Sheeld 入门教程可帮助初学者快速上手。

核心代码

/* 使用 1Sheeld 和 Arduino Uno 控制 4x4x4 LED 矩阵，通过手机麦克风实现声控
 * 电路：64 个 LED 组成 4x4x4 立方体，连接 1Sheeld 和 Arduino
 * 列控制引脚：数字引脚 0-13、模拟引脚 A4、A5
 * 层控制引脚：模拟引脚 A0-A3
 * 作者：Hassan Ibrahim */
#define CUSTOM_SETTINGS
#define INCLUDE_PUSH_BUTTON_SHIELD
#define INCLUDE_MIC_SHIELD
#include 

// 定义列引脚
int col[16] = {13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,A4,A5};
// 定义层引脚（A0 最底层，A3 最顶层）
int layer[4] = {A0, A1, A2, A3};
int counter;

void setup() {
  OneSheeld.begin();
  Serial.begin(115200);
  // 初始化所有引脚为输出
  for (int i=0; i<16; i++) pinMode(col[i], OUTPUT);
  for (int i=0; i<4; i++) pinMode(layer[i], OUTPUT);
}

void loop() {
  // 所有列拉高 (5V)
  for (int i=0; i<16; i++) digitalWrite(col[i], HIGH);
  delay(30);

  // 根据麦克风音量控制各层拉低 (GND)
  // 阈值需根据手机麦克风灵敏度校准
  int micVal = Mic.getValue();
  if (micVal > 70)  { digitalWrite(layer[0], LOW); delay(50); } else digitalWrite(layer[0], HIGH);
  if (micVal > 76)  { digitalWrite(layer[1], LOW); delay(50); } else digitalWrite(layer[1], HIGH);
  if (micVal > 82)  { digitalWrite(layer[2], LOW); delay(50); } else digitalWrite(layer[2], HIGH);
  if (micVal > 88)  { digitalWrite(layer[3], LOW); delay(50); } else digitalWrite(layer[3], HIGH);
}

原理图

提示：原理图中未画出列控制电阻，实际焊接时务必串联 220Ω 电阻保护 LED 和驱动引脚。