DIY 4xN LED πρόγραμμα οδήγησης: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Οι οθόνες LED χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα που κυμαίνονται από ψηφιακά ρολόγια, μετρητές, χρονοδιακόπτες, ηλεκτρονικούς μετρητές, βασικούς υπολογιστές και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές ικανές να εμφανίζουν αριθμητικές πληροφορίες. Το σχήμα 1 απεικονίζει ένα παράδειγμα οθόνης LED 7 τμημάτων που μπορεί να εμφανίζει δεκαδικούς αριθμούς και χαρακτήρες. Καθώς κάθε τμήμα στην οθόνη LED μπορεί να ελεγχθεί ξεχωριστά, αυτός ο έλεγχος μπορεί να απαιτεί πολλά σήματα, ειδικά για πολλαπλά ψηφία. Αυτό το Instructable περιγράφει μια εφαρμογή βασισμένη στο GreenPAK για οδήγηση πολλαπλών ψηφίων με διεπαφή I2C 2-καλωδίων από MCU.

Παρακάτω περιγράφουμε τα βήματα που απαιτούνται για να κατανοήσουμε πώς έχει προγραμματιστεί το τσιπ GreenPAK για τη δημιουργία του προγράμματος οδήγησης LED 4xN. 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 προσαρμοσμένο IC για το πρόγραμμα οδήγησης LED 4xN.

Βήμα 1: Ιστορικό

Οι οθόνες LED χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Common Anode και Common Cathode. Σε μια κοινή διαμόρφωση ανόδου, οι ακροδέκτες ανόδου συνδέονται εσωτερικά μεταξύ τους όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Για να ενεργοποιήσετε τη λυχνία LED, ο κοινός ακροδέκτης ανόδου συνδέεται με την τάση τροφοδοσίας συστήματος VDD και οι ακροδέκτες καθόδου συνδέονται στη γείωση μέσω αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος.

Μια κοινή διαμόρφωση καθόδου είναι παρόμοια με μια κοινή διαμόρφωση ανόδου, εκτός αν οι ακροδέκτες καθόδου είναι βραχυκυκλωμένοι μεταξύ τους όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Για να ενεργοποιήσετε την οθόνη LED κοινής καθόδου, τα κοινά τερματικά καθόδου συνδέονται με τη γείωση και τα τερματικά ανόδου συνδέονται με το σύστημα τάση τροφοδοσίας VDD μέσω αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος.

Μια πολυψήφιστη οθόνη LED με ψηφία Ν μπορεί να επιτευχθεί με τη σύνδεση N μεμονωμένων οθονών LED 7 τμημάτων. Το Σχήμα 4 απεικονίζει ένα παράδειγμα μιας οθόνης LED 4x7 που λαμβάνεται συνδυάζοντας 4 μεμονωμένες οθόνες 7 τμημάτων σε μια κοινή διαμόρφωση ανόδου.

Όπως φαίνεται στο σχήμα 4, κάθε ψηφίο έχει έναν κοινό πείρο ανόδου / πλάτος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενεργοποιήσει ξεχωριστά κάθε ψηφίο. Οι ακίδες της καθόδου για κάθε τμήμα (A, B,… G, DP) πρέπει να βραχυκυκλωθούν εξωτερικά. Για τη διαμόρφωση αυτής της οθόνης LED 4x7, ο χρήστης απαιτεί μόνο 12 ακίδες (4 κοινές ακίδες για κάθε ψηφίο και καρφίτσες 8 τμημάτων) για τον έλεγχο και των 32 τμημάτων της πολυπλεγμένης οθόνης 4x7.

Ο σχεδιασμός GreenPAK, που περιγράφεται λεπτομερώς παρακάτω, δείχνει πώς δημιουργούνται τα σήματα ελέγχου για αυτήν την οθόνη LED. Αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να επεκταθεί για έλεγχο έως 4 ψηφίων και 16 τμημάτων. Ανατρέξτε στην ενότητα Αναφορές για έναν σύνδεσμο προς τα αρχεία σχεδιασμού του GreenPAK που διατίθενται στον ιστότοπο του Dialog.

Βήμα 2: Σχεδιασμός GreenPAK

Ο σχεδιασμός GreenPAK που εμφανίζεται στο Σχήμα 5 περιλαμβάνει τόσο την παραγωγή τμημάτων όσο και ψηφίων σε ένα σχέδιο. Τα σήματα τμημάτων παράγονται από το ASM και τα σήματα επιλογής ψηφίων δημιουργούνται από την αλυσίδα DFF. Τα σήματα τμημάτων συνδέονται με τις ακίδες τμήματος μέσω αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος, αλλά τα σήματα επιλογής ψηφίων συνδέονται με τις κοινές ακίδες της οθόνης.

Βήμα 3: Δημιουργία ψηφιακού σήματος

Όπως περιγράφεται στην ενότητα 4, κάθε ψηφίο σε μια πολυπλεγμένη οθόνη έχει ένα μεμονωμένο πίσω πλάνο. Στο GreenPAK, τα σήματα για κάθε ψηφίο δημιουργούνται από την εσωτερική αλυσίδα DFF που κινείται από ταλαντωτές.

Αυτά τα σήματα οδηγούν τις κοινές ακίδες της οθόνης. Το σχήμα 6 εμφανίζει τα σήματα επιλογής ψηφίων.

Κανάλι 1 (Κίτρινο) - Καρφίτσα 6 (itηφίο 1)

Κανάλι 2 (Πράσινο) - Καρφίτσα 3 (itηφίο 2)

Κανάλι 3 (Μπλε) - Καρφίτσα 4 (itηφίο 3)

Κανάλι 4 (Ματζέντα) - Καρφίτσα 5 (itηφίο 4)

Βήμα 4: Δημιουργία σήματος τμήματος

Το GreenPAK ASM δημιουργεί διαφορετικά μοτίβα για την οδήγηση των σημάτων τμημάτων. Ένας μετρητής 7,5ms κάνει κύκλους μέσω των καταστάσεων ASM. Καθώς το ASM είναι ευαίσθητο σε επίπεδο, αυτός ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί ένα σύστημα ελέγχου που αποφεύγει τη δυνατότητα ταχείας εναλλαγής πολλαπλών καταστάσεων κατά τη διάρκεια της υψηλής περιόδου του ρολογιού των 7,5 ms. Αυτή η συγκεκριμένη εφαρμογή βασίζεται σε διαδοχικές καταστάσεις ASM που ελέγχονται από ανεστραμμένες πολικότητες ρολογιού. Τόσο τα τμηματικά όσο και τα ψηφιακά σήματα παράγονται από τον ίδιο εσωτερικό ταλαντωτή 25kHz.

Βήμα 5: Διαμόρφωση ASM

Το σχήμα 7 περιγράφει το διάγραμμα κατάστασης του ASM. Η κατάσταση 0 μεταβαίνει αυτόματα σε κατάσταση 1. Παρόμοιος διακόπτης συμβαίνει από την κατάσταση 2 στην κατάσταση 3, την κατάσταση 4 στην κατάσταση 5 και την κατάσταση 6 στην κατάσταση 7. Τα δεδομένα από την κατάσταση 0, την κατάσταση 2, την κατάσταση 4 και την κατάσταση 6 ασφαλίζονται αμέσως χρησιμοποιώντας DFF 1, DFF 2 και DFF 7 όπως φαίνεται στο σχήμα 5, πριν από τη μετάβαση του ASM στην επόμενη κατάσταση. Αυτά τα DFF συνδέουν τα δεδομένα από τις ζυγές καταστάσεις του ASM, το οποίο επιτρέπει στον χρήστη να ελέγχει μια εκτεταμένη οθόνη 4x11/4xN (N έως 16 τμήματα) χρησιμοποιώντας το ASM της GreenPAK.

Κάθε ψηφίο σε μια οθόνη 4xN ελέγχεται από δύο καταστάσεις του ASM. Η κατάσταση 0/1, η κατάσταση 2/3, η κατάσταση 4/5 και η κατάσταση 6/7 αντιστοίχως ελέγχουν το ψηφίο 1, το ψηφίο 2, το ψηφίο 3 και το ψηφίο 4. Ο πίνακας 1 περιγράφει τις καταστάσεις ASM μαζί με τις αντίστοιχες διευθύνσεις RAM για τον έλεγχο κάθε ψηφίο.

Κάθε κατάσταση της μνήμης RAM ASM αποθηκεύει ένα byte δεδομένων. Έτσι, για να διαμορφώσετε μια οθόνη 4x7, τρία τμήματα του ψηφίου 1 ελέγχονται από την κατάσταση 0 του ASM και πέντε τμήματα του ψηφίου 1 ελέγχονται από την κατάσταση 1 του ASM. Ως αποτέλεσμα, όλα τα τμήματα κάθε ψηφίου στην οθόνη LED λαμβάνονται με τη σύνδεση των τμημάτων από τις δύο αντίστοιχες καταστάσεις τους. Ο Πίνακας 2 περιγράφει τη θέση καθενός από τα τμήματα του itηφίου 1 στη μνήμη RAM ASM. Με παρόμοιο τρόπο, η κατάσταση ASM 2 έως την κατάσταση 7 περιλαμβάνει αντίστοιχα τις θέσεις τμημάτων του ψηφίου 2 έως του ψηφίου 4.

Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2, τα τμήματα OUT 3 έως OUT 7 της Κατάστασης 0 και OUT 0 έως OUT 2 τμήματα της Κατάστασης 1 δεν χρησιμοποιούνται. Ο σχεδιασμός GreenPAK στο Σχήμα 5 μπορεί να ελέγξει μια οθόνη 4x11 διαμορφώνοντας τα τμήματα OUT 0 έως OUT 2 όλων των περιττών καταστάσεων του ASM. Αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να επεκταθεί περαιτέρω για τον έλεγχο μιας εκτεταμένης οθόνης 4xN (Ν έως 16 τμήματα) χρησιμοποιώντας περισσότερα λογικά κελιά DFF και GPIO.

Βήμα 6: Δοκιμή

Το σχήμα 8 δείχνει το σχηματικό τεστ που χρησιμοποιείται για την εμφάνιση δεκαδικών αριθμών στην οθόνη LED 4x7 τμημάτων. Ένα Arduino Uno χρησιμοποιείται για επικοινωνία I2C με τους καταχωρητές RAM της GreenPAK ASM. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την επικοινωνία I2C, ανατρέξτε στο [6]. Οι κοινές ακίδες ανόδου της οθόνης συνδέονται με τους GPIO επιλογής ψηφίων. Οι ακίδες τμημάτων συνδέονται με το ASM μέσω αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος. Το μέγεθος αντίστασης που περιορίζει το ρεύμα είναι αντιστρόφως ανάλογο με τη φωτεινότητα της οθόνης LED. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει την ισχύ των αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος ανάλογα με το μέγιστο μέσο ρεύμα των GreenPAK GPIO και το μέγιστο ρεύμα DC της οθόνης LED.

Ο Πίνακας 3 περιγράφει δεκαδικούς αριθμούς 0 έως 9 σε δυαδική και δεκαεξαδική μορφή που θα εμφανίζονται στην οθόνη 4x7. 0 υποδηλώνει ότι ένα τμήμα είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ και το 1 δείχνει ότι το τμήμα είναι ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 3, απαιτούνται δύο byte για να εμφανιστεί ένας αριθμός στην οθόνη. Με τη συσχέτιση των Πίνακα 1, Πίνακας 2 και Πίνακας 3, ο χρήστης μπορεί να τροποποιήσει τους καταχωρητές RAM του ASM για να εμφανίζει διαφορετικούς αριθμούς στην οθόνη.

Ο Πίνακας 4 περιγράφει τη δομή εντολών I2C για το itηφίο 1 στην οθόνη LED 4x7. Οι εντολές I2C απαιτούν ένα bit έναρξης, byte ελέγχου, διεύθυνση λέξης, byte δεδομένων και bit διακοπής. Παρόμοιες εντολές I2C μπορούν να γραφτούν για ψηφία 2, ψηφία 3 και ψηφία 4.

Για παράδειγμα, για να γράψετε 1234 στην οθόνη LED 4x7, γράφονται οι ακόλουθες εντολές I2C.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Γράφοντας επανειλημμένα και τα οκτώ byte του ASM, ο χρήστης μπορεί να τροποποιήσει το εμφανιζόμενο μοτίβο. Για παράδειγμα, ένας κωδικός μετρητή περιλαμβάνεται στο αρχείο ZIP της σημείωσης εφαρμογής στον ιστότοπο του Dialog.

Συμπεράσματα

Η λύση GreenPAK που περιγράφεται σε αυτό το Instructable επιτρέπει στον χρήστη να ελαχιστοποιήσει το κόστος, τον αριθμό εξαρτημάτων, τον χώρο του σκάφους και την κατανάλωση ενέργειας.

Τις περισσότερες φορές οι μονάδες MCU έχουν περιορισμένο αριθμό GPIO, οπότε η εκφόρτωση των οδηγήσεων GPIO σε ένα μικρό και φθηνό GreenPAK IC επιτρέπει στον χρήστη να αποθηκεύει IO για πρόσθετες λειτουργίες.

Επιπλέον, τα ICs GreenPAK είναι εύκολο να ελεγχθούν. Η μνήμη RAM ASM μπορεί να τροποποιηθεί με ένα κλικ μερικών κουμπιών στο GreenPAK Designer Software, το οποίο υποδεικνύει ευέλικτες τροποποιήσεις σχεδιασμού. Με τη διαμόρφωση του ASM όπως περιγράφεται σε αυτό το Instructable, ο χρήστης μπορεί να ελέγξει τέσσερις οθόνες LED N-segment με έως και 16 τμήματα η κάθε μία.