Charlieplexing LEDs- The Theory: 7 Steps (with Pictures)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Αυτό το διδάξιμο είναι λιγότερο ένα έργο κατασκευής που χρησιμοποιείτε και περισσότερο μια περιγραφή της θεωρίας του charlieplexing. Είναι κατάλληλο για άτομα με βασικά ηλεκτρονικά, αλλά όχι για αρχάριους. Το έγραψα ως απάντηση στις πολλές ερωτήσεις που έλαβα στα προηγούμενα δημοσιευμένα Instructables.

Τι είναι το «Charlieplexing»; Οδηγεί πολλά LED με λίγες μόνο ακίδες. Σε περίπτωση που αναρωτιέστε το Charlieplexing πήρε το όνομά του από τον Charles Allen στο Maxim που ανέπτυξε την τεχνική. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο για πολλά πράγματα. Σως χρειαστεί να εμφανίσετε πληροφορίες κατάστασης σε έναν μικρό μικροελεγκτή, αλλά διαθέτετε μόνο λίγες πινέζες. Μπορεί να θέλετε να εμφανίσετε μια φανταχτερή μήτρα κουκκίδων ή οθόνη ρολογιού, αλλά δεν θέλετε να χρησιμοποιείτε πολλά στοιχεία. Μερικά άλλα έργα που δείχνουν charlieplexing που ίσως θέλετε να δείτε είναι: Πώς να οδηγήσετε πολλά LED από μερικές ακίδες μικροελεγκτή. από Westfw:- https://www.instructables.com/id/ED0NCY0UVWEP287ISO/ Και μερικά δικά μου έργα, το ρολόι Microdot:- https://www.instructables.com/id/EWM2OIT78OERWHR38Z/ Το ρολόι Minidot 2: - https://www.instructables.com/id/E11GKKELKAEZ7BFZAK/ Ένα άλλο δροσερό παράδειγμα χρήσης του charlieplexing είναι στη διεύθυνση: https://www.jsdesign.co.uk/charlie/ Το ρολόι Minidot 2 εισάγει ένα προηγμένο σχήμα Charlieplexing για ξεθώριασμα/σβήσιμο που δεν θα συζητηθεί εδώ. ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ 19 Αυγούστου 2008: Έχω προσθέσει ένα αρχείο zip με ένα κύκλωμα που μπορεί να είναι σε θέση να εκμεταλλευτεί το charliplexing μήτρας για LED υψηλής ισχύος που συζητήθηκε (σε βάθος:)) στην ενότητα σχολίων. Διαθέτει έναν κωδικοποιητή θέσης + για να κάνει μια διεπαφή χρήστη, καθώς και κυκλώματα για έλεγχο υπολογιστή USB ή RS232. Κάθε μία από τις ράγες υψηλής πλευρικής τάσης μπορεί να ρυθμιστεί σε μία από τις δύο τάσεις, ας πούμε 2,2V για RED LED και 3,4V για πράσινο/μπλε/λευκό. Η τάση για τις ψηλές πλευρικές ράγες μπορεί να ρυθμιστεί με trimpot. Θα οραματιζόμουν ένα καλώδιο κορδέλας IDC 20wire να συνδεθεί στην πλακέτα και να προστεθούν 20pin IDC συνδετήρες κατά μήκος της κορδέλας, κάθε πίνακας LED να έχει συνδέσεις με όποια καλώδια στη μήτρα είναι επιθυμητά. Το κύκλωμα είναι σε Eagle Cad και αποδίδεται στην παρακάτω εικόνα. Το κύκλωμα υψηλής πλευράς υλοποιείται με τη χρήση οπτικών ζευγών που πιστεύω ότι μπορεί να είναι κατάλληλα. Δεν έχω δοκιμάσει πραγματικά αυτό το κύκλωμα ούτε έχω γράψει κάποιο λογισμικό λόγω έλλειψης χρόνου, αλλά το έχω θέσει για σχόλιο, με ενδιαφέρει ιδιαίτερα η εφαρμογή του οπτικού ζεύγους. Όποιος είναι αρκετά γενναίος για να το κάνει … δημοσιεύστε τα αποτελέσματά σας. ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ 27 Αυγούστου 2008: Για όσους δεν χρησιμοποιούν το EagleCad…. Προστίθεται παρακάτω ένα pdf του σχηματικού

Βήμα 1: Κάποια θεωρία LED

Το Charlieplexing βασίζεται σε μια σειρά χρήσιμων πτυχών των LED και των σύγχρονων μικροελεγκτών.

Πρώτον τι συμβαίνει όταν συνδέετε ένα LED στην ηλεκτρική ενέργεια. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει αυτό που ονομάζεται καμπύλη If v Vf ενός τυπικού LED χαμηλής ισχύος 5 mm. Αν σημαίνει «εμπρός ρεύμα» Vf σημαίνει «εμπρός τάση» Ο κάθετος άξονας σε άλλες λέξεις δείχνει το ρεύμα που θα ρέει μέσω ενός LED εάν τοποθετήσετε την τάση του οριζόντιου άξονα στους ακροδέκτες του. Λειτουργεί και αντίστροφα, αν μετρήσετε ότι το ρεύμα έχει κάποια αξία, μπορείτε να κοιτάξετε στον οριζόντιο άξονα και να δείτε την τάση που θα παρουσιάσει το LED στους ακροδέκτες του. Το δεύτερο διάγραμμα δείχνει μια σχηματική αναπαράσταση ενός LED με την ένδειξη If και Vf. Από το κύριο διάγραμμα έχω επισημάνει επίσης περιοχές του γραφήματος που ενδιαφέρουν. - Η πρώτη περιοχή είναι όπου το LED είναι «σβηστό». Με μεγαλύτερη ακρίβεια το LED εκπέμπει φως τόσο αμυδρά που δεν θα μπορείτε να το δείτε αν δεν είχατε κάποιου είδους ενισχυτή εικόνας υπερβολικά σκληρού. - Η δεύτερη περιοχή έχει το LED που εκπέμπει ελαφρώς μια αμυδρή λάμψη. - Η τρίτη περιοχή είναι εκεί όπου χρησιμοποιείται συνήθως ένα LED και εκπέμπει φως στην αξιολόγηση των κατασκευαστών. - Η τέταρτη περιοχή είναι όπου μια λυχνία LED λειτουργεί πέρα από τα όρια λειτουργίας της, μάλλον λάμπει πολύ έντονα αλλά δυστυχώς για λίγο μόνο καιρό πριν φύγει ο μαγικός καπνός μέσα και δεν θα λειτουργήσει ξανά ……. Δηλ. Σε αυτήν την περιοχή καίγεται επειδή υπερβολικό ρεύμα ρέει μέσα του. Σημειώστε ότι η καμπύλη If/Vf ή η καμπύλη λειτουργίας της λυχνίας LED είναι μια «μη γραμμική» καμπύλη. Δηλαδή, δεν είναι μια ευθεία γραμμή… έχει μια κάμψη ή μια συστροφή μέσα της. Τέλος, αυτό το διάγραμμα είναι για ένα τυπικό κόκκινο LED 5mm σχεδιασμένο να λειτουργεί στα 20mA. Διαφορετικά LED από διαφορετικούς κατασκευαστές έχουν διαφορετικές καμπύλες λειτουργίας. Για παράδειγμα σε αυτό το διάγραμμα στα 20mA η εμπρόσθια τάση του LED θα είναι περίπου 1,9V. Για ένα μπλε LED 5mm στα 20mA η τάση προς τα εμπρός μπορεί να είναι 3,4V. Για ένα λευκό πολυτελές LED υψηλής ισχύος στα 350mA, η τάση προς τα εμπρός μπορεί να είναι περίπου 3,2V. Ορισμένα πακέτα LED ενδέχεται να είναι πολλά LED σε σειρά ή παράλληλα, αλλάζοντας ξανά την καμπύλη Vf/If. Συνήθως, ένας κατασκευαστής καθορίζει ένα ρεύμα λειτουργίας το οποίο είναι ασφαλές στη χρήση της λυχνίας LED και την προωθητική τάση σε αυτό το ρεύμα. Συνήθως (αλλά όχι πάντα) λαμβάνετε ένα γράφημα παρόμοιο με το παρακάτω στο φύλλο δεδομένων. Πρέπει να δείτε το φύλλο δεδομένων για τη λυχνία LED για να προσδιορίσετε ποια είναι η τάση εκπομπής σε διαφορετικά ρεύματα λειτουργίας. Γιατί είναι τόσο σημαντικό αυτό το γράφημα; Επειδή δείχνει ότι όταν μια τάση είναι στο LED, το ρεύμα που θα ρέει θα είναι σύμφωνα με το γράφημα. Μειώστε την τάση και θα ρέει λιγότερο ρεύμα…..και το LED θα είναι «σβηστό». Αυτό είναι μέρος της θεωρίας του charlieplexing, στην οποία θα φτάσουμε στο επόμενο βήμα.

Βήμα 2: Οι νόμοι (της ηλεκτρονικής)

Ακόμα δεν είμαι ακόμα στη μαγεία του charlieplexing…. Πρέπει να πάμε σε ορισμένες βασικές αρχές της ηλεκτρονικής νομοθεσίας. Ο πρώτος νόμος ενδιαφέροντος δηλώνει ότι η συνολική τάση σε οποιαδήποτε σειρά συνδεδεμένων εξαρτημάτων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ίση με το άθροισμα του ατόμου τάσεις στα εξαρτήματα. Αυτό φαίνεται στο κύριο διάγραμμα παρακάτω. Αυτό είναι χρήσιμο όταν χρησιμοποιείτε LED επειδή η μέση καρφίτσα εξόδου μπαταρίας ή μικροελεγκτή δεν θα είναι ποτέ η σωστή τάση για να τρέξει το LED σας στο συνιστώμενο ρεύμα. Για παράδειγμα, ένας μικροελεγκτής θα λειτουργεί συνήθως στα 5V και οι ακίδες εξόδου του θα είναι στα 5V όταν είναι ενεργοποιημένοι. Εάν συνδέσετε απλώς ένα LED στον πείρο εξόδου του μικροφώνου, θα δείτε από την καμπύλη λειτουργίας στην προηγούμενη σελίδα να ρέει πολύ ρεύμα στη λυχνία LED και να ζεσταθεί και να καεί (πιθανόν να καταστρέψει και το μικρόφωνο). Ωστόσο, εάν εισάγουμε ένα δεύτερο εξάρτημα σε σειρά με το LED, μπορούμε να αφαιρέσουμε μερικά από τα 5V έτσι ώστε η αριστερή τάση να είναι ακριβώς δεξιά για να λειτουργήσει το LED στο σωστό ρεύμα λειτουργίας. Αυτό είναι συνήθως μια αντίσταση και όταν χρησιμοποιείται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται αντίσταση περιορισμού ρεύματος. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται πολύ συχνά και οδηγεί σε αυτό που ονομάζεται «νόμος του Ωμ»….ονομάστηκε έτσι από τον κ. Ohm. Ο νόμος του Ohms ακολουθεί την εξίσωση V = I * R όπου V είναι η τάση που θα εμφανιστεί σε μια αντίσταση R όταν ένα ρεύμα Ι ρέει μέσα από την αντίσταση. Το V είναι σε βολτ, το I είναι σε ενισχυτές και το R είναι σε ωμ. Έτσι, αν έχουμε 5V για να δαπανήσουμε και θέλουμε 1,9V στο LED για να λειτουργήσει στα 20mA, τότε θέλουμε η αντίσταση να έχει 5-1,9 = 3,1 V απέναντί του. Αυτό μπορούμε να το δούμε στο δεύτερο διάγραμμα. Επειδή η αντίσταση είναι σε σειρά με το LED, το ίδιο ρεύμα θα ρέει μέσω της αντίστασης με το LED, δηλαδή 20mA. Έτσι, αναδιατάσσοντας την εξίσωση μπορούμε να βρούμε την αντίσταση που χρειαζόμαστε για να λειτουργήσει αυτό. V = I * RsoR = V / Αντικαθιστώντας τις τιμές στο παράδειγμά μας παίρνουμε: R = 3.1 / 0.02 = 155ohms (σημείωση 20mA = 0.02Amps) Ακόμα μαζί μου μεχρι τωρα … δροσερο. Τώρα κοιτάξτε το διάγραμμα 3. Έχει το LED στριμωγμένο ανάμεσα σε δύο αντιστάσεις. Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο που αναφέρθηκε παραπάνω, έχουμε την ίδια κατάσταση στο δεύτερο διάγραμμα. Έχουμε 1,9V σε όλη τη λυχνία LED, ώστε να λειτουργεί σύμφωνα με το φύλλο προδιαγραφών του. Έχουμε επίσης κάθε αντίσταση που αφαιρεί 1,55V η κάθε μία (συνολικά 3,1). Προσθέτοντας τις τάσεις μαζί έχουμε 5V (τον ακροδέκτη μικροελεγκτή) = 1,55V (R1) + 1,9V (το LED) + 1,55V (R2) και όλα εξισορροπούνται. Χρησιμοποιώντας το νόμο των ωμ βρίσκουμε ότι οι αντιστάσεις πρέπει να είναι 77,5 ωμ η κάθε μία, που είναι το ήμισυ του ποσού που υπολογίζεται από το δεύτερο διάγραμμα. Φυσικά στην πράξη θα δυσκολευτείτε να βρείτε μια αντίσταση 77,5ohm, οπότε θα αντικαταστήσατε την πλησιέστερη διαθέσιμη τιμή, ας πούμε 75ohms και θα καταλήξετε με λίγο περισσότερο ρεύμα το LED ή 82ohms για να είναι ασφαλές και να έχει λίγο λιγότερο. Γιατί στη γη πρέπει να κάνουμε αυτό το σάντουρ αντίστασης, το οποίο οδηγεί ένα απλό LED….. καλά, αν έχετε ένα LED, είναι λίγο ανόητο, αλλά αυτό είναι ένα διδακτικό για charlieplexing και είναι χρήσιμο για το επόμενο βήμα.

Βήμα 3: Παρουσίαση του «συμπληρωματικού Drive»

Ένα άλλο όνομα που είναι πιο ακριβές για να περιγράψει το «charlieplexing» είναι το «συμπληρωματική κίνηση».

Στον μέσο μικροελεγκτή σας μπορείτε στο υλικολογισμικό να πείτε στο μικρό να ρυθμίσει μια καρφίτσα εξόδου είτε «0» είτε «1», ή να παρουσιάζει τάση 0V στην έξοδο ή τάση 5V στην έξοδο. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τώρα το σάντουιτς LED με έναν αντίστροφο συνεργάτη…. Ή ένα LED συμπληρώματος, επομένως συμπληρωματική κίνηση. Στο πρώτο μισό του διαγράμματος, το micro εξάγει 5V στον ακροδέκτη Α και 0V στον ακροδέκτη Β. Το ρεύμα θα ρέει έτσι από το Α στο Β. Επειδή το LED2 είναι προσανατολισμένο προς τα πίσω στο LED1, δεν θα ρέει ρεύμα μέσα από αυτό και δεν θα λάμψη. Είναι αυτό που ονομάζεται αντίστροφη μεροληψία. Έχουμε το αντίστοιχο της κατάστασης στην προηγούμενη σελίδα. Μπορούμε βασικά να αγνοήσουμε το LED2. Τα βέλη δείχνουν την τρέχουσα ροή. Ένα LED είναι ουσιαστικά μια δίοδος (συνεπώς δίοδος εκπομπής φωτός). Η δίοδος είναι μια συσκευή που επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει προς τη μία κατεύθυνση, αλλά όχι προς την άλλη. Το σχήμα μιας λυχνίας LED το δείχνει αυτό, το ρεύμα θα ρέει προς την κατεύθυνση του βέλους …… αλλά μπλοκάρεται από την άλλη πλευρά. Αν δώσουμε εντολή στο μικρόφωνο να βγάλει τώρα 5V στον πείρο Β και 0V στον πείρο Α έχουμε το αντίθετο. Τώρα το LED1 είναι αντίστροφα προκατειλημμένο, το LED2 είναι μεροληπτικό προς τα εμπρός και θα επιτρέψει τη ροή ρεύματος. Το LED2 θα ανάψει και το LED1 θα είναι σκοτεινό. Τώρα θα μπορούσε να είναι μια καλή ιδέα να εξετάσουμε τα σχήματα των διαφόρων έργων που αναφέρονται στην εισαγωγή. Θα πρέπει να δείτε πολλά από αυτά τα συμπληρωματικά ζεύγη σε μια μήτρα. Φυσικά στο παρακάτω παράδειγμα οδηγούμε δύο LED με δύο ακίδες μικροελεγκτή….θα μπορούσατε να πείτε γιατί ενοχλείτε. Λοιπόν, η επόμενη ενότητα είναι το πού φτάνουμε στα κότσια του charlieplexing και πώς κάνει αποτελεσματική χρήση των ακίδων εξόδου μικροελεγκτών.

Βήμα 4: Τέλος…. Μια μήτρα Charlieplex

Όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, το charliplexing είναι ένας εύχρηστος τρόπος οδήγησης πολλών LED με μόνο μερικές ακίδες σε έναν μικροελεγκτή. Ωστόσο, στις προηγούμενες σελίδες δεν έχουμε αποθηκεύσει καμία καρφίτσα, οδηγώντας δύο LED με δύο ακίδες…. Μεγάλο ουρ!

Λοιπόν, μπορούμε να επεκτείνουμε την ιδέα της συμπληρωματικής οδήγησης σε μια μήτρα charlieplex. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει την ελάχιστη μήτρα charlieplex που αποτελείται από τρεις αντιστάσεις και έξι LED και χρησιμοποιεί μόνο τρεις ακίδες μικροελεγκτή. Τώρα βλέπετε πόσο βολική είναι αυτή η μέθοδος; Αν θέλατε να οδηγήσετε έξι LED με τον κανονικό τρόπο….θα χρειάζεστε έξι ακίδες μικροελεγκτή. Στην πραγματικότητα με N ακίδες ενός μικροελεγκτή μπορείτε δυνητικά να οδηγήσετε LED N * (N - 1). Για 3 ακίδες αυτό είναι 3 * (3-1) = 3 * 2 = 6 LED. Τα πράγματα συσσωρεύονται γρήγορα με περισσότερες καρφίτσες. Με 6 ακίδες μπορείτε να οδηγήσετε 6 * (6 - 1) = 6 * 5 = 30 LED…. Ουάου! Τώρα στο κομμάτι του Charlieplexing. Δείτε το παρακάτω διάγραμμα. Έχουμε τρία συμπληρωματικά ζεύγη, ένα ζευγάρι ανάμεσα σε κάθε συνδυασμό ακίδων μικροεξόδου. Ένα ζευγάρι μεταξύ A-B, ένα ζευγάρι μεταξύ B-C και ένα ζευγάρι μεταξύ A-C. Εάν αποσυνδέσατε τον ακροδέκτη C προς το παρόν, θα είχαμε την ίδια κατάσταση με πριν. Με 5V στον πείρο Α και 0V στον πείρο Β, το LED1 θα ανάψει, το LED2 είναι αντίστροφα προκατειλημμένο και δεν θα μεταφέρει ρεύμα. Με 5V στον πείρο B και 0V στον πείρο A LED2 θα ανάψει και το LED1 είναι αντίστροφα προκατειλημμένο. Αυτό ακολουθεί για τις άλλες μικρο -καρφίτσες. Εάν αποσυνδέσουμε τον πείρο Β και ορίσουμε τον πείρο Α σε 5V και τον ακροδέκτη C σε 0V, τότε το LED5 θα λάμπει. Αντιστρέφοντας έτσι ώστε ο πείρος Α να είναι 0V και ο πείρος C να είναι 5V τότε το LED6 θα λάμπει. Το ίδιο και για το συμπληρωματικό ζεύγος μεταξύ των ακίδων Β-Γ. Υπομονή, σε ακούω να λες. Ας δούμε τη δεύτερη περίπτωση λίγο πιο προσεκτικά. Έχουμε 5V στον πείρο Α και 0V στον πείρο C. Έχουμε αποσυνδέσει τον πείρο Β (τον μεσαίο). Εντάξει, έτσι ένα ρεύμα ρέει μέσω LED5, το ρεύμα δεν ρέει μέσω LED6 επειδή είναι αντίστροφα προκατειλημμένο (και το LED2 και LED4)…. Αλλά υπάρχει επίσης μια διαδρομή για το ρεύμα που πρέπει να ακολουθήσει από τον πείρο Α, μέσω των LED1 και LED3 δεν υπάρχει; Γιατί αυτά τα LED δεν λάμπουν επίσης. Εδώ βρίσκεται η καρδιά του σχεδίου Charlieplexing. Πράγματι, υπάρχει ένα ρεύμα που ρέει τόσο στο LED1 όσο και στο LED3, ωστόσο η τάση και στα δύο αυτά συνδυασμένα θα είναι ίση με την τάση στο LED5. Συνήθως θα έχουν τη μισή τάση σε σχέση με αυτά που έχει το LED5. Αν λοιπόν έχουμε 1,9V σε LED5, τότε μόνο 0,95V θα είναι σε LED1 και 0,95V σε LED3. Από την καμπύλη If/Vf που αναφέρεται στην αρχή αυτού του άρθρου μπορούμε να δούμε ότι το ρεύμα σε αυτή τη μισή τάση είναι πολύ πολύ χαμηλότερο από 20mA…..και αυτά τα LED δεν θα λάμψουν ορατά. Αυτό είναι γνωστό ως τρέχουσα κλοπή. Έτσι, το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος θα ρέει μέσω της λυχνίας LED που θέλουμε, η πιο άμεση διαδρομή μέσω του λιγότερου αριθμού LED (δηλαδή ενός LED), αντί για οποιονδήποτε συνδυασμό σειράς LED. Εάν εξετάσατε την τρέχουσα ροή για οποιονδήποτε συνδυασμό της τοποθέτησης 5V και 0V σε δύο ακίδες κίνησης της μήτρας charlieplex, θα δείτε το ίδιο πράγμα. Μόνο ένα LED θα ανάψει κάθε φορά. Ως άσκηση, κοιτάξτε την πρώτη κατάσταση. 5V στον πείρο Α και 0V στον πείρο Β, αποσυνδέστε τον πείρο C. Το LED1 είναι η συντομότερη διαδρομή που πρέπει να ακολουθήσει το ρεύμα και το LED 1 θα ανάψει. Ένα μικρό ρεύμα θα περάσει επίσης από το LED5, και στη συνέχεια θα δημιουργήσει αντίγραφα ασφαλείας για το LED4 στον ακροδέκτη Β….. αλλά και πάλι, αυτά τα δύο LED στη σειρά δεν θα μπορούν να εκτοξεύσουν αρκετό ρεύμα σε σύγκριση με το LED 1 για να λάμπουν έντονα. Έτσι γίνεται αντιληπτή η δύναμη του charlieplexing. Δείτε το δεύτερο διάγραμμα που είναι το σχηματικό για το ρολόι Microdot…..30 LED, με μόνο 6 ακίδες. Το ρολόι Minidot 2 είναι βασικά μια εκτεταμένη έκδοση του Microdot…. Ίδιες 30 λυχνίες LED διατεταγμένες σε μια συστοιχία. Για να δημιουργήσετε ένα μοτίβο στη συστοιχία, κάθε φωτιζόμενη λυχνία LED ανάβει για λίγο και, στη συνέχεια, το μικρό μετακινείται στο επόμενο. Εάν έχει προγραμματιστεί να φωτιστεί, ενεργοποιείται ξανά για σύντομο χρονικό διάστημα. Με τη γρήγορη σάρωση μέσω των LEDs αρκετά γρήγορα, μια αρχή που ονομάζεται «επιμονή της όρασης» θα επιτρέψει σε μια σειρά LED να δείχνουν ένα στατικό μοτίβο. Το άρθρο του Minidot 2 έχει μια μικρή εξήγηση σχετικά με αυτήν την αρχή. Αλλά περιμένετε ….. Φαινομενικά έχω ξεπεράσει λίγο την παραπάνω περιγραφή. Τι είναι αυτή η επιχείρηση "αποσύνδεση πείρου Β", "αποσύνδεση πείρου Γ". Επόμενη ενότητα παρακαλώ.

Βήμα 5: Τρι-κράτη (όχι Τρίκυκλα)

Στο προηγούμενο βήμα αναφέραμε ότι ένας μικροελεγκτής μπορεί να προγραμματιστεί για έξοδο τάσης 5V ή τάσης 0V. Για να λειτουργήσει η μήτρα charlieplex, επιλέγουμε δύο ακίδες στη μήτρα και αποσυνδέουμε τυχόν άλλες καρφίτσες.

Φυσικά, η χειροκίνητη αποσύνδεση των ακίδων είναι λίγο δύσκολο να γίνει, ιδιαίτερα αν σαρώνουμε πράγματα πολύ γρήγορα για να χρησιμοποιήσουμε την επίδραση της αντοχής στην όραση για να δείξουμε ένα μοτίβο. Ωστόσο, οι ακίδες εξόδου μικροελεγκτή μπορούν επίσης να προγραμματιστούν και ως ακίδες εισόδου. Όταν ένας μικροϋπολογιστής προγραμματίζεται να είναι μια είσοδος, πηγαίνει σε αυτό που ονομάζεται «υψηλή αντίσταση» ή «τρι-κατάσταση». Δηλαδή, παρουσιάζει μια πολύ υψηλή αντίσταση (της τάξης των μεγαχμών, ή εκατομμυρίων ωμ) στην ακίδα. Εάν υπάρχει πολύ υψηλή αντίσταση (δείτε διάγραμμα), τότε μπορούμε ουσιαστικά να θεωρήσουμε ότι ο πείρος είναι αποσυνδεδεμένος, και έτσι λειτουργεί το σχήμα charliplex. Το δεύτερο διάγραμμα δείχνει τους πείρους μήτρας για κάθε συνδυασμό που είναι δυνατό να φωτίσει καθένα από τα 6 LED στο παράδειγμά μας. Συνήθως μια τρι-κατάσταση υποδηλώνεται με ένα «Χ», τα 5V εμφανίζονται ως «1» (για το λογικό 1) και τα 0V ως «0». Στο μικροσυστήματα υλικολογισμικού για ένα '0' ή '1' θα προγραμματίζατε τις ακίδες να είναι έξοδο και η κατάστασή της είναι καλά καθορισμένη. Για τριπλή κατάσταση, προγραμματίζετε να είναι μια είσοδος και επειδή είναι μια είσοδος, δεν γνωρίζουμε στην πραγματικότητα ποια είναι η κατάσταση …. Παρόλο που μπορεί να διαθέσουμε μια καρφίτσα για να είναι τρι-κατάσταση ή μια είσοδος, δεν χρειάζεται να την διαβάσουμε. Απλώς εκμεταλλευόμαστε το γεγονός ότι μια ακίδα εισόδου σε έναν μικροελεγκτή είναι υψηλή εμπέδηση.

Βήμα 6: Μερικά πρακτικά θέματα

Η μαγεία του charlieplexing βασίζεται στο γεγονός ότι η μεμονωμένη τάση που παρουσιάζεται σε πολλαπλές λυχνίες LED σε σειρά θα είναι πάντα μικρότερη από αυτή σε ένα μόνο LED όταν το ενιαίο LED είναι παράλληλα με το συνδυασμό σειράς. Εάν η τάση είναι μικρότερη, τότε το ρεύμα είναι μικρότερο, και ελπίζουμε ότι το ρεύμα στο συνδυασμό σειράς θα είναι τόσο χαμηλό ώστε το LED να μην ανάβει. Αυτό δεν συμβαίνει πάντως πάντως. Ας υποθέσουμε ότι είχατε δύο κόκκινα LED με ένα τυπικό τάση προς τα εμπρός 1,9V στη μήτρα σας και ένα μπλε LED με τάση προς τα εμπρός 3,5V (ας πούμε LED1 = κόκκινο, LED3 = κόκκινο, LED5 = μπλε στο 6 παράδειγμα LED). Αν ανάψετε το μπλε LED, θα καταλήξετε με 3,5/2 = 1,75V για καθένα από τα κόκκινα LED. Αυτό μπορεί να είναι πολύ κοντά στην αμυδρή περιοχή λειτουργίας του LED. Μπορεί να διαπιστώσετε ότι τα κόκκινα LED θα λάμπουν αμυδρά όταν φωτίζεται το μπλε. Είναι επομένως καλή ιδέα να βεβαιωθείτε ότι η τάση προώθησης κάθε διαφορετικού χρώματος LED στη μήτρα σας είναι περίπου η ίδια στο ρεύμα λειτουργίας ή αλλιώς χρησιμοποιήστε το ίδιο χρώμα LED σε μια μήτρα. Στα έργα μου Microdot/Minidot δεν έπρεπε να ανησυχώ για αυτό, χρησιμοποίησα μπλε/πράσινα LED SMD υψηλής απόδοσης τα οποία ευτυχώς έχουν την ίδια τάση προς τα εμπρός με τα κόκκινα/κίτρινα. Ωστόσο, εάν υλοποιούσα το ίδιο πράγμα με LED 5mm, το αποτέλεσμα θα ήταν πιο προβληματικό. Σε αυτήν την περίπτωση θα είχα εφαρμόσει μια μπλε/πράσινη μήτρα charlieplex και ένα κόκκινο/κίτρινο matix ξεχωριστά. Θα έπρεπε να χρησιμοποιήσω περισσότερες καρφίτσες….αλλά προχωράτε. Ένα άλλο ζήτημα είναι να κοιτάξετε την τρέχουσα κλήρωση από το μικρόφωνο και πόσο φωτεινό θέλετε το LED. Εάν έχετε μια μεγάλη μήτρα και την σαρώνετε γρήγορα, τότε κάθε LED είναι αναμμένη μόνο για ένα σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό θα φαίνεται σχετικά αμυδρό σε σύγκριση με μια στατική οθόνη. Μπορείτε να εξαπατήσετε αυξάνοντας το ρεύμα μέσω της λυχνίας LED μειώνοντας τις αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος, αλλά μόνο σε ένα σημείο. Εάν αντλήσετε πάρα πολύ ρεύμα από το micro για πολύ καιρό, θα καταστρέψετε τις ακίδες εξόδου. Εάν έχετε μια μήτρα που κινείται αργά, ας πούμε μια κατάσταση κατάστασης ή κυκλώνας, μπορείτε να διατηρήσετε το ρεύμα σε ασφαλές επίπεδο, αλλά να έχετε μια φωτεινή οθόνη LED επειδή κάθε LED είναι αναμμένο για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, πιθανώς στατικό (στην περίπτωση δείκτης κατάστασης). Μερικά πλεονεκτήματα της φόρτισης charlieplex:- χρησιμοποιεί μόνο μερικές ακίδες σε έναν μικροελεγκτή για τον έλεγχο πολλών LED- μειώνει τον αριθμό εξαρτημάτων καθώς δεν χρειάζεστε πολλά τσιπ/αντιστάσεις κλπ. Μερικά μειονεκτήματα: τόσο η κατάσταση τάσης όσο και η κατάσταση εισόδου/εξόδου των ακίδων- πρέπει να είστε προσεκτικοί με την ανάμειξη διαφορετικών χρωμάτων- η διάταξη PCB είναι δύσκολη, επειδή η μήτρα LED είναι πιο πολύπλοκη.

Βήμα 7: Αναφορές

Υπάρχουν πολλές αναφορές σχετικά με το charlieplexing στο διαδίκτυο. Εκτός από τους συνδέσμους στο μπροστινό μέρος του άρθρου, μερικές από αυτές είναι: Το αρχικό άρθρο του Maxim, αυτό έχει πολλά να πει για την οδήγηση οθονών 7 τμημάτων, κάτι που είναι επίσης δυνατό. https://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1880Α καταχώρηση wikihttps://en.wikipedia.org/wiki/Charlieplexing