DIY Αυτοκίνητο Σήμα στροφής με κινούμενα σχέδια: 7 βήματα

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Πρόσφατα, τα κινούμενα σχέδια LED εμπρός και πίσω έχουν γίνει κανόνας στην αυτοκινητοβιομηχανία. Αυτά τα μοτίβα LED που λειτουργούν συχνά αντιπροσωπεύουν το σήμα κατατεθέν των κατασκευαστών αυτοκινήτων και χρησιμοποιούνται επίσης για οπτική αισθητική. Οι κινούμενες εικόνες μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων εκτέλεσης και μπορούν να εφαρμοστούν χωρίς κανένα MCU χρησιμοποιώντας διάφορα διακριτά IC.

Οι κύριες απαιτήσεις τέτοιων σχεδίων είναι: αναπαραγώγιμη απόδοση κατά την κανονική λειτουργία, επιλογή ενεργοποίησης όλων των LED, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, απενεργοποίηση του χρησιμοποιούμενου ρυθμιστή LDO κατά τη διάρκεια βλάβης, φόρτωση του οδηγού LED πριν την ενεργοποίηση κ.λπ. Επιπλέον, οι απαιτήσεις μπορεί να διαφέρουν από τον έναν κατασκευαστή στον άλλο. Επιπλέον, συνήθως σε εφαρμογές αυτοκινήτων, τα IC TSSOP προτιμώνται συνήθως λόγω της ανθεκτικότητάς τους σε σύγκριση με τα IC QFN, καθώς είναι γνωστό ότι είναι επιρρεπή σε προβλήματα κόπωσης, ειδικά σε σκληρά περιβάλλοντα. Ευτυχώς για αυτήν την εφαρμογή αυτοκινήτου, το Dialog Semiconductor παρέχει ένα κατάλληλο CMIC, δηλαδή SLG46620, διαθέσιμο τόσο σε πακέτα QFN όσο και σε πακέτα TSSOP.

Όλες οι απαιτήσεις για τα κινούμενα σχέδια LED μοτίβων πληρούνται επί του παρόντος στην αυτοκινητοβιομηχανία χρησιμοποιώντας διακριτά IC. Ωστόσο, το επίπεδο ευελιξίας που παρέχει το CMIC είναι ασύγκριτο και μπορεί εύκολα να καλύψει τις διαφορετικές απαιτήσεις πολλών κατασκευαστών χωρίς καμία αλλαγή στο σχεδιασμό υλικού. Επιπλέον, επιτυγχάνεται επίσης σημαντική μείωση του αποτυπώματος PCB και εξοικονόμηση κόστους.

Σε αυτό το Instructable, παρουσιάζεται μια λεπτομερής περιγραφή της επίτευξης διαφορετικών κινούμενων προτύπων φωτεινών ενδείξεων χρησιμοποιώντας το SLG46620.

Παρακάτω περιγράψαμε τα βήματα που απαιτούνται για να κατανοήσουμε πώς έχει προγραμματιστεί η λύση για να δημιουργήσει το σήμα στροφής αυτοκινήτου με κινούμενα σχέδια. Ωστόσο, εάν θέλετε απλώς να λάβετε το αποτέλεσμα προγραμματισμού, κατεβάστε το λογισμικό GreenPAK για να δείτε το ήδη ολοκληρωμένο GreenPAK Design File. Συνδέστε το GreenPAK Development Kit στον υπολογιστή σας και πατήστε το πρόγραμμα για να δημιουργήσετε το σήμα στροφής αυτοκινήτου με κινούμενα σχέδια.

Βήμα 1: Αξία βιομηχανίας

Τα μοτίβα των φλας που εμφανίζονται σε αυτό το Instructable εφαρμόζονται επί του παρόντος στην αυτοκινητοβιομηχανία χρησιμοποιώντας έναν αριθμό διακριτών IC για τον έλεγχο της ακολουθίας των προτύπων LED των αυτοκινήτων. Το επιλεγμένο CMIC SLG46620 θα αντικαταστήσει τουλάχιστον τα ακόλουθα στοιχεία στον τρέχοντα βιομηχανικό σχεδιασμό:

IC 1 Νο. 555 Χρονοδιακόπτης IC (π.χ. TLC555QDRQ1)

No. 1 No. Johnson Counter (π.χ. CD4017)

No. 2 No. D-Type Positive-Edge-Triggered Flip-Flop (π.χ. 74HC74)

No. 1 αριθ. Ή πύλη (π.χ. CAHCT1G32)

● Αρκετά παθητικά εξαρτήματα, δηλαδή επαγωγείς, πυκνωτές, αντιστάσεις κ.λπ.

Ο Πίνακας 1 παρέχει το πλεονέκτημα κόστους που λαμβάνεται με τη χρήση του επιλεγμένου διαλόγου CMIC, για τα διαδοχικά μοτίβα φλας, σε σύγκριση με μια τρέχουσα βιομηχανική λύση.

Το επιλεγμένο CMIC SLG46620 θα κοστίζει λιγότερο από 0,50 $, οπότε το συνολικό κόστος των κυκλωμάτων ελέγχου LED μειώνεται σημαντικά. Επιπλέον, επιτυγχάνεται επίσης σημαντική συγκριτική μείωση του αποτυπώματος PCB.

Βήμα 2: Σχεδιασμός συστήματος

Το σχήμα 1 δείχνει το διάγραμμα του πρώτου προτεινόμενου σχήματος. Τα κύρια συστατικά του προγράμματος περιλαμβάνουν έναν ρυθμιστή τάσης LDO, ένα πρόγραμμα οδήγησης LED αυτοκινήτου, ένα CMIC SLG46620, 11 MOSFET λογικού επιπέδου και 10 LED. Ο ρυθμιστής τάσης LDO διασφαλίζει ότι παρέχεται η κατάλληλη τάση στο CMIC και εάν η τάση της μπαταρίας πέσει από ένα ορισμένο επίπεδο, το CMIC επαναφέρεται μέσω του πείρου PG (Power Good). Κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε κατάστασης σφάλματος, που εντοπίστηκε από το πρόγραμμα οδήγησης LED, ο ρυθμιστής τάσης LDO απενεργοποιείται. Το SLG46620 CMIC παράγει τα ψηφιακά σήματα για να οδηγήσει τις ενδεικτικές λυχνίες LED με την ένδειξη 1-10 μέσω των MOSFET. Επιπλέον, το επιλεγμένο CMIC παράγει επίσης το σήμα ενεργοποίησης για το πρόγραμμα οδήγησης ενός καναλιού το οποίο με τη σειρά του οδηγεί ένα MOSFET Q1 για να φορτώσει το πρόγραμμα οδήγησης που λειτουργεί σε κατάσταση σταθερού ρεύματος.

Μια παραλλαγή αυτού του σχήματος είναι επίσης δυνατή, όταν χρησιμοποιείται ένας οδηγός πολλαπλών καναλιών, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Σε αυτήν την επιλογή, το ρεύμα οδήγησης κάθε καναλιού μειώνεται σε σύγκριση με το πρόγραμμα οδήγησης ενός καναλιού.

Βήμα 3: Σχεδιασμός GreenPak

Ένας κατάλληλος τρόπος για την επίτευξη του στόχου των ευέλικτων προτύπων LED είναι η χρήση μιας έννοιας μηχανής πεπερασμένης κατάστασης (FSM). Ο ημιαγωγός διαλόγου παρέχει πολλά CMIC που περιέχουν ενσωματωμένο μπλοκ ASM. Ωστόσο, δυστυχώς όλα αυτά τα CMIC είναι διαθέσιμα σε πακέτα QFN δεν συνιστώνται για σκληρά περιβάλλοντα. Επιλέγεται λοιπόν το SLG46620 το οποίο είναι διαθέσιμο τόσο σε συσκευασία QFN όσο και σε TSSOP.

Τρία παραδείγματα παρουσιάζονται για τρία διαφορετικά κινούμενα σχέδια LED. Για τα δύο πρώτα παραδείγματα, εξετάζουμε ένα πρόγραμμα οδήγησης ενός καναλιού όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Για το τρίτο παράδειγμα, υποθέτουμε ότι είναι διαθέσιμα προγράμματα οδήγησης πολλαπλών καναλιών, όπως φαίνεται στο σχήμα 2, και κάθε κανάλι χρησιμοποιείται για την οδήγηση ενός ξεχωριστού LED. Άλλα μοτίβα μπορούν επίσης να ληφθούν χρησιμοποιώντας την ίδια έννοια.

Στο πρώτο παράδειγμα σχεδίασης, οι λυχνίες LED από το 1-10 ανάβουν διαδοχικά το ένα μετά το άλλο μόλις λήξει μια συγκεκριμένη προγραμματιζόμενη χρονική περίοδος όπως φαίνεται στο σχήμα 3.

Στο δεύτερο παράδειγμα σχεδιασμού, 2 LED προστίθενται διαδοχικά στο μοτίβο όπως φαίνεται στο σχήμα 4.

Το σχήμα 5 απεικονίζει τον τρόπο με τον οποίο εναλλακτικά LED προστίθενται διαδοχικά στο μοτίβο στον τρίτο προτεινόμενο σχεδιασμό.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχει ενσωματωμένο μπλοκ ASM διαθέσιμο στο SLG46620, μια Πεπερασμένη κατάσταση Moore Machine αναπτύσσεται χρησιμοποιώντας τα διαθέσιμα μπλοκ, συγκεκριμένα μετρητή, DFF και LUT. Μια μηχανή Moore 16 καταστάσεων αναπτύσσεται χρησιμοποιώντας τον Πίνακα 2 για τα τρία παραδείγματα. Στον Πίνακα 2, δίνονται όλα τα bits της παρούσας κατάστασης και της επόμενης κατάστασης. Επιπλέον, παρέχονται επίσης τα bits για όλα τα σήματα εξόδου. Από τον Πίνακα 2 οι εξισώσεις της επόμενης κατάστασης και όλες οι εξόδους αξιολογούνται με βάση τα δυαδικά ψηφία κατάστασης.

Στον πυρήνα της ανάπτυξης του 4-bit Moore Machine υπάρχουν 4 μπλοκ DFF. Κάθε μπλοκ DFF αντιπροσωπεύει λειτουργικά ένα bit των τεσσάρων bits: ABCD. Όταν το σήμα ένδειξης είναι υψηλό (αντιστοιχεί σε διακόπτη ένδειξης ενεργοποίησης), απαιτείται μετάβαση από τη μία κατάσταση στην άλλη σε κάθε παλμό ρολογιού, δημιουργώντας έτσι διαφορετικά μοτίβα LED ως αποτέλεσμα. Από την άλλη πλευρά, όταν το σήμα ένδειξης είναι χαμηλό, ο στόχος είναι ένα στάσιμο μοτίβο, με όλες τις λυχνίες LED σε κάθε παράδειγμα σχεδίασης.

Το Σχήμα 3 δείχνει τη λειτουργικότητα της μηχανής Moore 4-bit (ABCD) για κάθε παράδειγμα. Η βασική ιδέα της ανάπτυξης ενός τέτοιου FSM είναι να αντιπροσωπεύει κάθε bit της επόμενης κατάστασης, το σήμα ενεργοποίησης και κάθε σήμα ακίδων εξόδου (εκχωρημένο για τα LED) σε σχέση με την παρούσα κατάσταση. Εδώ συμβάλλουν τα LUT. Και τα 4 bits της παρούσας κατάστασης τροφοδοτούνται σε διαφορετικά LUT για να επιτευχθεί βασικά το απαιτούμενο σήμα στην επόμενη κατάσταση στην άκρη ενός παλμού ρολογιού. Για τον παλμό του ρολογιού, ένας μετρητής έχει διαμορφωθεί για να παρέχει μια παλμική αμαξοστοιχία με μια κατάλληλη περίοδο.

Για κάθε παράδειγμα, κάθε bit της επόμενης κατάστασης αξιολογείται ως προς την παρούσα κατάσταση χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες εξισώσεις που προέρχονται από τους K-Maps:

A = D '(C' + C (A B) ') & IND + IND'

B = C 'D + C D' (A B) '& IND + IND'

C = B 'C D + B (C' + A 'D') & IND + IND '

D = A B ' + A' B C D + A B C '& IND + IND'

όπου το IND αντιπροσωπεύει το σήμα ένδειξης.

Περισσότερες λεπτομέρειες για καθένα από τα τρία παραδείγματα δίνονται παρακάτω.

Βήμα 4: Παράδειγμα σχεδίασης 1

Οι εξισώσεις του σήματος ενεργοποίησης και των σημάτων οδήγησης LED για το 1ο παράδειγμα, με κάθε LED να ανάβει διαδοχικά χρησιμοποιώντας το σχήμα στο Σχήμα 1, είναι όπως φαίνεται παρακάτω.

En = A + A 'B (C + D)

DO1 = A 'B C' D

DO2 = A 'B C D'

DO3 = A 'B C D

DO4 = A B 'C' D '

DO5 = A B 'C' D

DO6 = A B 'C D'

DO7 = A B 'C D

DO8 = A B C 'D'

DO9 = A B C 'D

DO10 = A B C

Στο Σχήμα 7, φαίνεται ο σχεδιασμός Matrix-0 GreenPAK του Παραδείγματος 1. 4 DFF χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη της μηχανής Moore 4 bit. Επιλέγονται DFF με επιλογή επαναφοράς (3 από το Matrix-0 και 1 από το Matrix-1), έτσι ώστε να γίνεται εύκολη επαναφορά του Moore Machine. Ένας μετρητής, με κατάλληλη χρονική περίοδο 72 mS, έχει διαμορφωθεί για να αλλάζει την κατάσταση του μηχανήματος μετά από κάθε περίοδο. Τα LUT με τις κατάλληλες διαμορφώσεις χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή λειτουργιών για τις εισόδους DFF, το σήμα ενεργοποίησης προγράμματος οδήγησης (En) και τις ακίδες εξόδου: DO1-DO10.

Στο Matrix που φαίνεται στο σχήμα 8, οι υπόλοιποι πόροι του GreenPAK χρησιμοποιούνται για την ολοκλήρωση του σχεδιασμού χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία που περιγράφηκε προηγουμένως. Οι αριθμοί είναι κατάλληλα επισημασμένοι για λόγους σαφήνειας.

Βήμα 5: Παράδειγμα σχεδίασης 2

Οι εξισώσεις του σήματος ενεργοποίησης και των σημάτων οδήγησης LED για το 2ο παράδειγμα, με δύο LED που προστίθενται στο διαδοχικό μοτίβο χρησιμοποιώντας το σχήμα στο σχήμα 1, είναι όπως φαίνεται παρακάτω.

En = D '(A' B C + A B 'C' + A B 'C + A B) + A B C

DO1 = 0

DO2 = A 'B C D'

DO3 = 0

DO4 = A B 'C' D '

DO5 = 0

DO6 = A B 'C D'

DO7 = 0

DO8 = A B C 'D'

DO9 = 0

DO10 = A B C

Στο Σχήμα 9 και στο Σχήμα 10, παρουσιάζονται τα σχέδια Matrix-0 & 1 GreenPAK του Παραδείγματος 2. Ο βασικός σχεδιασμός είναι παρόμοιος με τον σχεδιασμό του Παραδείγματος 1. Οι κύριες διαφορές, σε σύγκριση, είναι στη λειτουργία Driver Enable (En) και δεν υπάρχουν συνδέσεις DO1, DO3, DO5, DO7 και DO10, οι οποίες ανατρέπονται σε αυτόν τον σχεδιασμό.

Βήμα 6: Παράδειγμα σχεδίασης 3

Οι εξισώσεις του σήματος ενεργοποίησης και των σημάτων οδήγησης LED για το 3ο παράδειγμα, που δημιουργούν εναλλακτικό μοτίβο διαδοχικής προσθήκης LED χρησιμοποιώντας το σχήμα στο σχήμα 2, δίνονται παρακάτω.

En1 = (A 'B C' + A B 'C' + B C) D

En2 = (A B 'C + A B) D

DO1 = D (A+B)

DO2 = A B C D

DO3 = D (A+ C B)

DO4 = A B C D

DO5 = D A

DO6 = A B C D

DO7 = D A (C 'B + C)

DO8 = A B C D

DO9 = D A B

DO10 = A B C D

Στο Σχήμα 11 και στο Σχήμα 12, παρουσιάζονται τα σχέδια Matrix-0 & 1 GreenPAK του Παραδείγματος 3. Σε αυτό το σχέδιο, υπάρχουν δύο ξεχωριστά σήματα Driver Enable Signals (En1 & En2) για το Driver 1 & 2. Επιπλέον, οι ακίδες εξόδου συνδέονται με τις εξόδους των κατάλληλα διαμορφωμένων LUT.

Αυτό ολοκληρώνει το σχεδιαστικό μέρος GreenPAK του Παραδείγματος 1, του Παραδείγματος 2 και του Παραδείγματος 3.

Βήμα 7: Αποτελέσματα πειραματισμού

Ένας βολικός τρόπος δοκιμής των σχεδίων του Παραδείγματος 1, του Παραδείγματος 2 και του Παραδείγματος 3 είναι ο πειραματισμός και η οπτική επιθεώρηση. Η χρονική συμπεριφορά κάθε σχήματος αναλύεται χρησιμοποιώντας έναν λογικό αναλυτή και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε αυτήν την ενότητα.

Το Σχήμα 13 δείχνει τη χρονική συμπεριφορά διαφορετικών σημάτων εξόδου για το Παράδειγμα 1 κάθε φορά που ο δείκτης είναι ενεργοποιημένος (IND = 1). Μπορεί να παρατηρηθεί ότι τα σήματα για τους πείρους εξόδου DO1-DO5 ενεργοποιούνται διαδοχικά μετά την άλλη μετά τη λήξη μιας καθορισμένης χρονικής περιόδου σύμφωνα με τον πίνακα 2. Το μοτίβο των σημάτων που παρέχονται στους πείρους DO6-DO10 είναι επίσης παρόμοιο. Το σήμα Driver Enable (En) ενεργοποιείται όταν οποιοδήποτε από τα σήματα DO1-DO10 είναι ενεργοποιημένο και διαφορετικά είναι απενεργοποιημένο. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, κάθε φορά που το σήμα ένδειξης χαμηλώνει (IND = 0), τα σήματα En και DO10 ενεργοποιούνται και παραμένουν λογικά υψηλά. Εν ολίγοις, τα αποτελέσματα πληρούν τις απαιτήσεις και επικυρώνουν τις θεωρητικές προτάσεις για το Παράδειγμα 1.

Στο Σχήμα 14, απεικονίζεται το διάγραμμα χρονισμού διαφορετικών σημάτων εξόδου για το Παράδειγμα 2, με το σήμα ένδειξης ενεργοποιημένο (IND = 1). Παρατηρείται ότι τα σήματα για τους πείρους εξόδου DO1-DO5 ενεργοποιούνται εναλλάξ κατά σειρά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα σε συμφωνία με τον Πίνακα 2. Οι ακίδες DO1, DO3 και DO5 παραμένουν χαμηλές, ενώ τα σήματα για DO2 και DO4 εναλλάσσονται διαδοχικά. Παρατηρούνται επίσης τα ίδια μοτίβα για το DO6-DO10 (δεν φαίνεται στο σχήμα λόγω περιορισμένου αριθμού εισόδων αναλυτή). Κάθε φορά που είναι ενεργοποιημένο κάποιο από τα σήματα DO1-DO10, ενεργοποιείται επίσης το σήμα Driver Enable (En), το οποίο κατά τα άλλα παραμένει απενεργοποιημένο. Καθ 'όλη τη διάρκεια της κινούμενης εικόνας, κάθε φορά που το ενδεικτικό σήμα χαμηλώνει (IND = 0), τα σήματα En και DO10 ενεργοποιούνται και παραμένουν λογικά υψηλά. Τα αποτελέσματα πληρούν ακριβώς τις απαιτήσεις και τις θεωρητικές ιδέες για το Παράδειγμα 2.

Το σχήμα 15 δείχνει, το διάγραμμα χρονισμού διαφορετικών σημάτων εξόδου για το Παράδειγμα 3, με το σήμα ένδειξης ενεργοποιημένο (IND = 1). Μπορεί να παρατηρηθεί ότι τα σήματα για τους πείρους εξόδου DO1-DO7 ενεργοποιούνται όπως φαίνεται στον Πίνακα 2. Επιπλέον, το σήμα PIN DO9 συμπεριφέρεται επίσης σύμφωνα με τον Πίνακα 2 (δεν φαίνεται στο σχήμα). Οι ακίδες DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 παραμένουν χαμηλές. Το En1 γίνεται λογικά υψηλό κάθε φορά που είναι ενεργοποιημένο ένα σήμα από DO1, DO3 και DO5 και το En2 γίνεται λογικό υψηλό κάθε φορά που ένα σήμα από DO7 και DO9 ανεβαίνει ψηλά. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της κινούμενης εικόνας, κάθε φορά που το σήμα ένδειξης είναι χαμηλό (IND = 0), όλα τα σήματα εξόδου: En1, En2 και DO1-DO10 ενεργοποιούνται και παραμένουν λογικά υψηλά. Ως εκ τούτου, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι τα αποτελέσματα πληρούν τις απαιτήσεις και τις θεωρητικές προτάσεις για το Παράδειγμα 3.

συμπέρασμα

Έχει παρουσιαστεί μια λεπτομερής περιγραφή των διαφόρων σχεδίων φλας αυτοκινήτου με κινούμενα σχέδια. Ένα κατάλληλο Dialog CMIC SLG46620 επιλέχθηκε για αυτήν την εφαρμογή, καθώς είναι επίσης διαθέσιμο σε πακέτο TSSOP, το οποίο ενδείκνυται για βιομηχανικές εφαρμογές σε σκληρό περιβάλλον. Δύο μεγάλα σχήματα, που χρησιμοποιούν οδηγούς αυτοκινήτων με ένα και πολλά κανάλια, παρουσιάζονται για την ανάπτυξη ευέλικτων διαδοχικών μοντέλων κινούμενων σχεδίων LED. Τα κατάλληλα μοντέλα πεπερασμένης κατάστασης Moore Machine αναπτύσσονται για να δημιουργήσουν τις επιθυμητές κινούμενες εικόνες. Για την επικύρωση του αναπτυγμένου μοντέλου, πραγματοποιήθηκε βολικός πειραματισμός. Έχει διαπιστωθεί ότι η λειτουργικότητα των αναπτυγμένων μοντέλων συμφωνεί με τον θεωρητικό σχεδιασμό.