DIY Automotive -merkkivalo animaatiolla: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Viime aikoina animoidut merkkivalot edessä ja takana ovat yleistyneet autoteollisuudessa. Nämä käynnissä olevat LED -kuviot edustavat usein autovalmistajien tavaramerkkiä, ja niitä käytetään myös visuaaliseen estetiikkaan. Animaatiot voivat olla erilaisia käynnissä ja ne voidaan toteuttaa ilman MCU: ta käyttämällä useita erillisiä IC: itä.

Tällaisten mallien tärkeimmät vaatimukset ovat: toistettava suorituskyky normaalikäytössä, mahdollisuus pakottaa kaikki LEDit päälle, pieni virrankulutus, käytetyn LDO -säätimen poistaminen käytöstä vian aikana, LED -ohjaimen lataaminen ennen sen ottamista käyttöön jne. Lisäksi vaatimukset voivat vaihdella valmistajalta toiselle. Lisäksi yleensä autoteollisuuden sovelluksissa TSSOP -IC: t ovat yleensä parempia niiden kestävyyden vuoksi verrattuna QFN -IC -laitteisiin, koska niiden tiedetään olevan alttiita juotosväsymysongelmille erityisesti ankarissa ympäristöissä. Onneksi tähän autosovellukseen Dialog Semiconductor tarjoaa sopivan CMIC: n, nimittäin SLG46620, joka on saatavana sekä QFN- että TSSOP -paketteina.

Kaikki animoitujen LED -merkkivalokuvioiden vaatimukset täyttyvät tällä hetkellä autoteollisuudessa erillisiä IC: itä käyttäen. CMIC: n tarjoama joustavuustaso on kuitenkin vertaansa vailla, ja se pystyy helposti vastaamaan useiden valmistajien erilaisiin vaatimuksiin ilman laitteiston suunnittelun muutoksia. Lisäksi PCB -jalanjälki pienenee merkittävästi ja kustannussäästöjä.

Tässä opetusohjelmassa on yksityiskohtainen kuvaus eri animoitujen merkkivalokuvioiden saavuttamisesta SLG46620: n avulla.

Alla kuvailimme vaiheita, jotka tarvitsivat ymmärtääksesi, kuinka ratkaisu on ohjelmoitu luomaan autojen suuntavilkku animaatiolla. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK -kehityssarja tietokoneeseesi ja paina ohjelmaa luodaksesi autojen suuntavilkun animaatiolla.

Vaihe 1: Teollisuuden arvo

Tässä ohjeessa esitetyt suuntavalomallit toteutetaan tällä hetkellä autoteollisuudessa käyttämällä useita erillisiä IC: itä ohjaamaan autojen merkkivalojen LED -kuvioiden järjestystä. Valittu CMIC SLG46620 korvaa ainakin seuraavat komponentit nykyisessä teollisessa suunnittelussa:

● 1 nro 555 Ajastimen IC (esim. TLC555QDRQ1)

● 1 nro Johnson -laskuri (esim. CD4017)

● 2 Nro D-tyypin positiivisen reunan laukaisu Flip-Flop (esim. 74HC74)

● 1 Nro TAI portti (esim. CAHCT1G32)

● Useita passiivisia komponentteja, esim. Induktorit, kondensaattorit, vastukset jne.

Taulukossa 1 esitetään kustannusetu, joka saadaan käyttämällä valittua Dialog CMIC: tä merkkivalojen peräkkäisille suuntamallimalleille verrattuna nykyiseen teollisuusratkaisuun.

Valittu CMIC SLG46620 maksaisi alle 0,50 dollaria, joten LED -ohjauspiirin kokonaiskustannukset pienenevät merkittävästi. Lisäksi saavutetaan merkittävä vertailukelpoinen piirilevyjalanjäljen pienentäminen.

Vaihe 2: Järjestelmän suunnittelu

Kuva 1 esittää ensimmäisen ehdotetun kaavion kaaviota. Järjestelmän pääkomponentteja ovat LDO-jännitesäädin, autojen LED-ohjain, CMIC SLG46620, 11 logiikkatason MOSFET-laitetta ja 10 LED-valoa. LDO -jännitesäädin varmistaa, että CMIC: lle syötetään sopiva jännite ja jos akun jännite laskee tietystä tasosta, CMIC nollataan PG (Power Good) -tapin kautta. LED -ohjaimen havaitsemien vikatilanteiden aikana LDO -jännitesäädin poistuu käytöstä. SLG46620 CMIC tuottaa digitaalisia signaaleja ohjatakseen merkkivalot 1-10 merkityillä MOSFET-laitteilla. Lisäksi valittu CMIC tuottaa myös sallimissignaalin yksikanavaiselle ohjaimelle, joka puolestaan ajaa MOSFET Q1: tä lataamaan vakiovirtatilassa käynnissä olevan ohjaimen.

Tämän järjestelmän vaihtoehto on myös mahdollinen, kun käytetään monikanavaista ohjainta, kuten kuviossa 2 esitetään. Tässä vaihtoehdossa kunkin kanavan käyttövirta pienenee verrattuna yksikanavaiseen ohjaimeen.

Vaihe 3: GreenPakin suunnittelu

Sopiva tapa saavuttaa joustavien LED -merkkivalokuvioiden tavoite on käyttää Finite State Machine (FSM) -konseptia. Dialog-puolijohde tarjoaa useita CMIC-kortteja, jotka sisältävät sisäänrakennetun ASM-lohkon. Valitettavasti kaikkia näitä CMIC -kortteja ei ole saatavilla QFN -paketeissa, mutta niitä ei suositella ankariin ympäristöihin. Joten SLG46620 on valittu, joka on saatavana sekä QFN- että TSSOP -pakkauksissa.

Kolme eri esimerkkiä esitetään kolmesta eri LED -animaatiosta. Kahdessa ensimmäisessä esimerkissä tarkastellaan yhden kanavan ohjainta, kuten kuvassa 1. Kolmannessa esimerkissä oletamme, että käytettävissä on useita kanava -ohjaimia, kuten kuvassa 2 esitetään, ja kutakin kanavaa käytetään erillisen LED -valon ohjaamiseen. Myös muita malleja voidaan saada käyttämällä samaa konseptia.

Ensimmäisessä esimerkkisuunnittelussa LEDit 1-10 sytytetään peräkkäin peräkkäin tietyn ohjelmoitavan ajanjakson päätyttyä, kuten kuvassa 3 on esitetty.

Toisessa esimerkkisuunnittelussa kuvioon 4 lisätään peräkkäin kaksi LEDiä kuvioon.

Kuva 5 kuvaa, kuinka vaihtoehtoisia LED -valoja lisätään peräkkäin kuvioon kolmannessa ehdotetussa mallissa.

Koska SLG46620: ssa ei ole sisäänrakennettua ASM-lohkoa, Finite State Moore Machine kehitetään käyttämällä käytettävissä olevia lohkoja, nimittäin laskuria, DFF: itä ja LUT: ita. 16 -tilan Moore -kone kehitetään käyttämällä taulukkoa 2 kolmen esimerkin osalta. Taulukossa 2 on esitetty kaikki nykyisen tilan ja seuraavan tilan bitit. Lisäksi tarjotaan myös kaikkien lähtösignaalien bitit. Taulukosta 2 seuraavan tilan yhtälöt ja kaikki lähdöt arvioidaan nykyisten tilabittien suhteen.

4-bittisen Moore-koneen kehityksen ytimessä ovat 4 DFF-lohkoa. Jokainen DFF -lohko edustaa toiminnallisesti yhtä bittiä neljästä bitistä: ABCD. Kun indikaattorisignaali on korkea (vastaa päällä olevaa merkkivalokytkintä), kullakin kellopulssilla tarvitaan siirtyminen tilasta toiseen, jolloin syntyy erilaisia LED -kuvioita. Toisaalta, kun indikaattorisignaali on heikko, tavoite on kiinteä kuvio, jossa kaikki LEDit palavat kussakin suunnitteluesimerkissä.

Kuva 3 esittää kehitetyn 4-bittisen (ABCD) Moore-koneen toiminnallisuuden jokaisessa esimerkissä. Tällaisen FSM: n kehittämisen perusajatus on edustaa seuraavan tilan kutakin bittiä, aktivointisignaalia ja jokaista lähtösignaalia (osoitettu LEDeille) nykyisessä tilassa. Tässä LUT: t osallistuvat. Kaikki nykyisen tilan 4 bittiä syötetään eri LUT: ille, jotta saavutetaan periaatteessa vaadittu signaali seuraavassa tilassa kellopulssin reunalla. Kellopulssia varten laskuri on konfiguroitu tarjoamaan pulssijono sopivalla jaksolla.

Jokaisessa esimerkissä kunkin seuraavan tilan jokainen bitti arvioidaan nykyisen tilan perusteella käyttämällä seuraavia K-Mapsista johdettuja yhtälöitä:

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'

jossa IND edustaa indikaattorisignaalia.

Alla on lisätietoja jokaisesta kolmesta esimerkistä.

Vaihe 4: Suunnitteluesimerkki 1

Ensimmäisen esimerkin aktivointisignaalin ja LED -ohjaussignaalien yhtälöt, kun jokainen LED -valo syttyy peräkkäin käyttäen kuvion 1 kaaviota, ovat alla esitetyt.

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

Kuviossa 7 esitetään esimerkin 1 mukainen Matrix-0 GreenPAK -rakenne. 4 DFF: ää käytetään 4-bittisen Moore-koneen kehittämiseen. DFF: t, joissa on nollausvaihtoehto (3 Matrix-0: sta ja 1 Matrix-1: stä), valitaan siten, että Moore Machine voidaan nollata kätevästi. Laskin, jolla on sopiva ajanjakso 72 mS, on määritetty muuttamaan koneen tilaa jokaisen jakson jälkeen. Sopivilla kokoonpanoilla varustettuja LUT-laitteita käytetään toimintojen johtamiseen DFF-tuloille, kuljettajan käyttöönottosignaalille (En) ja lähtönastoille: DO1-DO10.

Kuviossa 8 esitetyssä Matrixissa loput GreenPAK -resurssit hyödynnetään suunnittelun viimeistelyssä käyttäen aiemmin kuvattua menetelmää. Luvut on merkitty selvyyden vuoksi asianmukaisesti.

Vaihe 5: Suunnitteluesimerkki 2

Toisen esimerkin aktivointisignaalin ja LED -ohjaussignaalien yhtälöt, joissa kaksi LEDiä lisätään peräkkäiseen kuvioon käyttäen kuvion 1 kaaviota, ovat alla esitetyt.

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

Kuvioissa 9 ja 10 on esitetty esimerkin 2 mukaiset Matrix-0 & 1 GreenPAK -mallit. Perussuunnittelu on samanlainen kuin esimerkin 1 malli. Suurimmat erot ovat verrattuna kuljettajan käyttöön (En) -toimintoon eikä DO1-, DO3-, DO5-, DO7- ja DO10 -liitäntöihin, jotka on poistettu tässä mallissa.

Vaihe 6: Suunnitteluesimerkki 3

Alla on esitetty aktivointisignaalin ja LED -ajosignaalien yhtälöt, jotka muodostavat vaihtoehtoisen LED -peräkkäisen lisäyskuvion käyttämällä kuvion 2 kaaviota.

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

Kuvioissa 11 ja 12 on esitetty esimerkin 3 mukaiset Matrix-0 & 1 GreenPAK -mallit. Tässä mallissa on kaksi erillistä kuljettajan käyttöönottosignaalia (En1 & En2) ohjaimille 1 ja 2. Lisäksi ulostulonapit on kytketty asianmukaisesti määritettyjen LUT: ien lähtöihin.

Tämä päättää esimerkin 1, esimerkin 2 ja esimerkin 3 GreenPAK -suunnitteluosan.

Vaihe 7: Kokeilun tulokset

Kätevä tapa testata esimerkin 1, esimerkin 2 ja esimerkin 3 malleja on kokeilu ja silmämääräinen tarkastus. Kunkin järjestelmän ajallinen käyttäytyminen analysoidaan logiikka -analysaattorilla ja tulokset esitetään tässä osiossa.

Kuva 13 esittää esimerkin 1 eri lähtösignaalien ajallista käyttäytymistä aina, kun ilmaisin kytketään päälle (IND = 1). Voidaan havaita, että lähtötappien DO1-DO5 signaalit kytkeytyvät peräkkäin päälle toisensa jälkeen, kun asetettu aika on kulunut loppuun taulukon 2 mukaisesti. Myös nastoille DO6-DO10 lähetettyjen signaalien kuvio on samanlainen. Driver Enable (En) -signaali syttyy, kun jokin signaaleista DO1-DO10 kytketään päälle ja muuten se on pois päältä. Animaation aikana aina, kun indikaattorisignaali laskee (IND = 0), En- ja DO10 -signaalit syttyvät ja pysyvät loogisesti korkeina. Lyhyesti sanottuna tulokset täyttävät vaatimukset ja vahvistavat esimerkin 1 teoreettiset ehdotukset.

Kuvassa 14 on esitetty esimerkin 2 eri lähtösignaalien ajoituskaavio, kun indikaattorisignaali on päällä (IND = 1). On havaittu, että lähtötappien DO1-DO5 signaalit kytketään vuorotellen päälle järjestyksessä jonkin ajan kuluttua taulukon 2 mukaisesti. Nastat DO1, DO3 ja DO5 pysyvät alhaisina, kun taas DO2- ja DO4-signaalit kääntyvät vuorotellen päälle peräkkäin. Samat mallit havaitaan myös DO6-DO10: lle (ei esitetty kuvassa, koska analysaattorin tuloja on vähän). Aina kun jokin signaaleista DO1-DO10 on päällä, myös kuljettajan käyttöönotto (En) -signaali syttyy, mikä muuten jää pois päältä. Kun animaatiosignaali heikkenee (IND = 0), En- ja DO10 -signaalit kytkeytyvät päälle ja pysyvät loogisesti korkeana koko animaation ajan. Tulokset täyttävät tarkasti esimerkin 2 vaatimukset ja teoreettiset ajatukset.

Kuvassa 15 esitetään esimerkin 3 eri lähtösignaalien ajoituskaavio, kun indikaattorisignaali on päällä (IND = 1). Voidaan havaita, että lähtötappien DO1-DO7 signaalit kytkeytyvät päälle taulukon 2 mukaisesti. Lisäksi nastan DO9 signaali käyttäytyy myös taulukon 2 mukaisesti (ei esitetty kuvassa). Nastat DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 pysyvät alhaisina. En1 muuttuu loogiseksi korkealle aina, kun DO1-, DO3- ja DO5 -signaali on päällä, ja En2 muuttuu loogiseksi korkealle aina, kun DO7: n ja DO9: n signaali nousee korkealle. Koko animaation aikana aina, kun indikaattorisignaali laskee (IND = 0), kaikki lähtösignaalit: En1, En2 ja DO1-DO10 kytkeytyvät päälle ja pysyvät loogisesti korkeina. Siksi voidaan päätellä, että tulokset täyttävät esimerkin 3 vaatimukset ja teoreettiset ehdotukset.

Johtopäätös

Yksityiskohtainen kuvaus erilaisista autojen suuntavilkkujärjestelmistä animaatiolla on esitetty. Sovellukseen valittiin sopiva Dialog CMIC SLG46620, koska se on saatavana myös TSSOP -paketissa, mikä on suositeltavaa vaativiin ympäristöolosuhteisiin. Kaksi suurta järjestelmää, joissa käytetään yksikanavaisia ja monikanavaisia auto -ohjaimia, esitetään joustavien peräkkäisten LED -animaatiomallien kehittämiseksi. Sopivia Finite State Moore Machine -malleja kehitetään haluttujen animaatioiden luomiseksi. Kehitetyn mallin validoimiseksi on tehty käteviä kokeiluja. On todettu, että kehitettyjen mallien toiminnallisuus vastaa teoreettista suunnittelua.