DIY 4xN LED draiveris: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

LED displeji tiek plaši izmantoti sistēmās, sākot no digitālajiem pulksteņiem, skaitītājiem, taimeriem, elektroniskajiem skaitītājiem, pamata kalkulatoriem un citām elektroniskām ierīcēm, kas spēj attēlot skaitlisku informāciju. 1. attēlā parādīts 7 segmentu LED displeja piemērs, kas var parādīt decimāldaļas un rakstzīmes. Tā kā katru LED displeja segmentu var kontrolēt atsevišķi, šī vadība var prasīt daudz signālu, it īpaši vairākiem cipariem. Šajā pamācībā aprakstīta uz GreenPAK ™ balstīta ieviešana, lai no MCU vadītu vairākus ciparus ar 2 vadu I2C saskarni.

Tālāk mēs aprakstījām darbības, kas vajadzīgas, lai saprastu, kā GreenPAK mikroshēma ir ieprogrammēta, lai izveidotu 4xN LED draiveri. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu pielāgotu IC 4xN LED draiverim.

1. darbība. Fons

LED displeji ir sadalīti divās kategorijās: parastais anods un kopējais katods. Parastā anoda konfigurācijā anoda spailes ir iekšēji saīsinātas kopā, kā parādīts 2. attēlā. Lai ieslēgtu gaismas diodi, kopējais anoda spailis ir pievienots sistēmas barošanas spriegumam VDD un katoda spaili ir savienoti ar zemi caur strāvas ierobežošanas rezistoriem.

Kopējā katoda konfigurācija ir līdzīga parastajai anoda konfigurācijai, izņemot to, ka katoda spailes ir saīsinātas kopā, kā parādīts 3. attēlā. Lai ieslēgtu kopējo katoda LED displeju, kopējie katoda spailes ir savienotas ar zemi un anoda spailes ir pievienotas sistēmai. barošanas spriegums VDD caur strāvas ierobežošanas rezistoriem.

N ciparu multipleksētu LED displeju var iegūt, savienojot N atsevišķus 7 segmentu LED displejus. 4. attēlā parādīts 4x7 LED displeja piemērs, kas iegūts, apvienojot 4 atsevišķus 7 segmentu displejus kopējā anoda konfigurācijā.

Kā redzams 4. attēlā, katram ciparam ir kopīga anoda tapa / aizmugurējā plakne, ko var izmantot, lai atsevišķi iespējotu katru ciparu. Katra segmenta katoda tapas (A, B,… G, DP) ārēji jāsavieno kopā. Lai konfigurētu šo 4x7 LED displeju, lietotājam ir nepieciešami tikai 12 tapas (4 kopējas tapas katram ciparam un 8 segmentu tapas), lai kontrolētu visus multipleksētā 4x7 displeja 32 segmentus.

GreenPAK dizains, kas detalizēti aprakstīts zemāk, parāda, kā ģenerēt vadības signālus šim LED displejam. Šo dizainu var paplašināt, lai kontrolētu līdz 4 cipariem un 16 segmentiem. Lūdzu, skatiet sadaļu Atsauces, lai iegūtu saiti uz GreenPAK dizaina failiem, kas pieejami Dialog vietnē.

2. solis: GreenPAK dizains

GreenPAK dizains, kas parādīts 5. attēlā, ietver gan segmenta, gan ciparu signāla ģenerēšanu vienā dizainā. Segmenta signāli tiek ģenerēti no ASM, un ciparu izvēles signāli tiek veidoti no DFF ķēdes. Segmenta signāli ir savienoti ar segmenta tapām caur strāvas ierobežošanas rezistoriem, bet ciparu izvēles signāli ir pievienoti displeja kopējām tapām.

3. darbība: ciparu signālu ģenerēšana

Kā aprakstīts 4. sadaļā, katram multipleksētā displeja ciparam ir atsevišķa aizmugures plāksne. GreenPAK signāli katram ciparam tiek ģenerēti no iekšējās oscilatora vadītās DFF ķēdes.

Šie signāli virza displeja kopējās tapas. 6. attēlā parādīti ciparu izvēles signāli.

1. kanāls (dzeltens) - 6. tapa (1. cipars)

2. kanāls (zaļš) - 3. tapa (2. cipars)

3. kanāls (zils) - 4. tapa (3. cipars)

4. kanāls (fuksīna krāsa) - 5. tapa (4. cipars)

4. darbība: signālu ģenerēšana segmentos

GreenPAK ASM ģenerē dažādus modeļus, lai vadītu segmenta signālus. 7,5 ms skaitītājs cikli cauri ASM stāvokļiem. Tā kā ASM ir jutīgs pret līmeni, šajā dizainā tiek izmantota vadības sistēma, kas novērš iespēju ātri pārslēgties vairākos stāvokļos 7,5 ms pulksteņa augstajā periodā. Šī īpašā ieviešana balstās uz secīgiem ASM stāvokļiem, kurus kontrolē apgrieztā pulksteņa polaritāte. Gan segmenta, gan ciparu signālus ģenerē tas pats 25 kHz iekšējais oscilators.

5. darbība: ASM konfigurācija

7. attēlā ir aprakstīta ASM stāvokļa diagramma. Valsts 0 automātiski pārslēdzas uz 1. stāvokli. Līdzīgs pārslēgšanās notiek no 2. valsts uz 3. valsti, 4. valsts uz 5. valsti un 6. valsts uz 7. valsti. Dati no 0, 2., 4. un 6. valsts tiek uzreiz bloķēti, izmantojot DFF 1, DFF 2 un DFF 7, kā parādīts 5. attēlā, pirms ASM pāriet uz nākamo stāvokli. Šie DFF fiksē datus no vienmērīgajiem ASM stāvokļiem, kas ļauj lietotājam kontrolēt paplašinātu 4x11/4xN (N līdz 16 segmentu) displeju, izmantojot GreenPAK ASM.

Katru 4xN displeja ciparu kontrolē divi ASM stāvokļi. Štats 0/1, valsts 2/3, štats 4/5 un štats 6/7 attiecīgi kontrolē 1. ciparu, 2. ciparu, 3. ciparu un 4. ciparu. 1. tabulā ir aprakstīti ASM stāvokļi un to attiecīgās RAM adreses, lai kontrolētu katru cipars.

Katrs ASM RAM stāvoklis saglabā vienu baitu datu. Tātad, lai konfigurētu 4x7 displeju, trīs 1.cipara segmentus kontrolē ASM 0 stāvoklis un piecus 1.cipara segmentus kontrolē ASM 1. stāvoklis. Rezultātā visi katra displeja katra cipara segmenti tiek iegūti, savienojot segmentus no tiem atbilstošajiem diviem stāvokļiem. 2. tabulā ir aprakstīta katra ciparu 1 segmenta atrašanās vieta ASM RAM. Līdzīgā veidā ASM 2. – 7. Stāvoklis attiecīgi ietver 2. – 4.

Kā redzams no 2. tabulas, 1. stāvokļa OUT 3 līdz OUT 7 segmenti un 1. stāvokļa OUT 0 līdz OUT 2 segmenti ir neizmantoti. GreenPAK dizains 5. attēlā var kontrolēt 4x11 displeju, konfigurējot visu ASM nepāra stāvokļu segmentus OUT 0 līdz OUT 2. Šo dizainu var vēl paplašināt, lai kontrolētu paplašinātu 4xN (N līdz 16 segmentu) displeju, izmantojot vairāk DFF loģisko šūnu un GPIO.

6. darbība: pārbaude

8. attēlā parādīta testa shēma, ko izmanto decimāldaļu parādīšanai 4x7 segmentu LED displejā. Arduino Uno tiek izmantots I2C saziņai ar GreenPAK ASM RAM reģistriem. Plašāku informāciju par I2C komunikāciju skatiet [6]. Displeja kopējās anoda tapas ir savienotas ar ciparu atlases GPIO. Segmenta tapas ir savienotas ar ASM caur strāvas ierobežošanas rezistoriem. Strāvas ierobežojošā rezistora izmērs ir apgriezti proporcionāls LED displeja spilgtumam. Lietotājs var izvēlēties strāvas ierobežošanas rezistoru stiprumu atkarībā no GreenPAK GPIO maksimālās vidējās strāvas un LED displeja maksimālās līdzstrāvas.

3. tabulā ir aprakstīti decimālie skaitļi no 0 līdz 9 gan binārā, gan heksadecimālā formātā, kas jāparāda 4x7 displejā. 0 norāda, ka segments ir ieslēgts, un 1 norāda, ka segments ir izslēgts. Kā parādīts 3. tabulā, lai parādītu skaitli displejā, nepieciešami divi baiti. Saskaņojot 1., 2. un 3. tabulu, lietotājs var modificēt ASM RAM reģistrus, lai ekrānā parādītu dažādus skaitļus.

4. tabulā ir aprakstīta I2C komandu struktūra 1. ciparam 4x7 LED displejā. I2C komandām ir nepieciešams sākuma bits, vadības baits, vārdu adrese, datu baits un apturēšanas bits. Līdzīgas I2C komandas var rakstīt cipariem 2, 3 un 4.

Piemēram, lai 4x7 LED displejā ierakstītu 1234, tiek ierakstītas šādas I2C komandas.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Atkārtoti ierakstot visus astoņus ASM baitus, lietotājs var mainīt parādīto modeli. Piemēram, skaitītāja kods ir iekļauts lietojumprogrammas piezīmes ZIP failā Dialog vietnē.

Secinājumi

Šajā instrukcijā aprakstītais GreenPAK risinājums ļauj lietotājam samazināt izmaksas, komponentu skaitu, plates platību un enerģijas patēriņu.

Vairumā gadījumu MCU ir ierobežots GPIO skaits, tāpēc, izkraujot LED, kas virza GPIO, uz mazu un lētu GreenPAK IC, lietotājs var saglabāt IO papildu funkcijām.

Turklāt GreenPAK IC ir viegli pārbaudīt. ASM RAM var mainīt, noklikšķinot uz dažām GreenPAK Designer programmatūras pogām, kas norāda uz elastīgām dizaina izmaiņām. Konfigurējot ASM, kā aprakstīts šajā instrukcijā, lietotājs var kontrolēt četrus N segmenta LED displejus ar līdz pat 16 segmentiem katrā.