DIY 4xN LED -ohjain: 6 vaihetta

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

LED -näyttöjä käytetään laajalti järjestelmissä, jotka vaihtelevat digitaalisista kelloista, laskureista, ajastimista, elektronisista mittareista, peruslaskimista ja muista elektronisista laitteista, jotka pystyvät näyttämään numeerista tietoa. Kuva 1 kuvaa esimerkkiä 7-segmenttisestä LED-näytöstä, joka voi näyttää desimaalilukuja ja -merkkejä. Koska jokainen LED -näytön segmentti voidaan ohjata erikseen, tämä ohjaus voi vaatia paljon signaaleja, erityisesti useiden numeroiden osalta. Tässä oppaassa kuvataan GreenPAK ™ -pohjainen toteutus, joka ohjaa useita numeroita 2-johtimisella I2C-liitännällä MCU: sta.

Seuraavassa kuvataan vaiheet, joita tarvitaan ymmärtämään, miten GreenPAK -siru on ohjelmoitu luomaan 4xN LED -ohjain. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK -kehityssarja tietokoneeseen ja luo ohjelma 4xN LED -ohjaimelle napsauttamalla ohjelmaa.

Vaihe 1: Taustaa

LED -näytöt on jaettu kahteen luokkaan: Yhteinen anodi ja Yhteinen katodi. Yleisessä anodikokoonpanossa anodiliittimet on oikosuljettu yhteen kuvan 2 mukaisesti. LED -valon sytyttämiseksi yhteinen anodiliitin kytketään järjestelmän syöttöjännitteeseen VDD ja katodiliittimet maadoitukseen virranrajoitusvastuksilla.

Yleinen katodikonfiguraatio on samanlainen kuin tavallinen anodikonfiguraatio, paitsi että katodiliittimet on oikosuljettu yhteen kuvan 3 mukaisesti. Yhteisen katodin LED -näytön kytkemiseksi päälle yhteiset katodiliittimet on kytketty maahan ja anodiliittimet on kytketty järjestelmään syöttöjännite VDD virranrajoitusvastuksien kautta.

N-numeroinen multipleksoitu LED-näyttö voidaan saada yhdistämällä N yksittäistä 7-segmenttistä LED-näyttöä. Kuva 4 esittää esimerkkiä 4x7 LED -näytöstä, joka on saatu yhdistämällä 4 yksittäistä 7 -segmenttistä näyttöä yhteiseen anodikokoonpanoon.

Kuten kuviosta 4 nähdään, jokaisella numerolla on yhteinen anoditappi / taustalevy, jota voidaan käyttää kunkin numeron yksilölliseen käyttöön ottamiseen. Kunkin segmentin (A, B,… G, DP) katoditapit tulee oikosulkea yhteen ulkoisesti. Tämän 4x7 LED-näytön konfiguroimiseksi käyttäjä tarvitsee vain 12 nastaa (4 yhteistä nastaa kullekin numerolle ja 8-segmenttiset nastat) hallitakseen multipleksoidun 4x7-näytön kaikkia 32 segmenttiä.

GreenPAK -malli, joka on kuvattu alla, näyttää kuinka ohjaussignaalit luodaan tälle LED -näytölle. Tätä mallia voidaan laajentaa ohjaamaan jopa 4 numeroa ja 16 segmenttiä. Katso Viitteet -osiosta linkki GreenPAK -suunnittelutiedostoihin, jotka ovat saatavilla Dialogin verkkosivustolla.

Vaihe 2: GreenPAK -suunnittelu

Kuvassa 5 esitetty GreenPAK -malli sisältää sekä segmentti- että numerosignaalin muodostamisen yhdessä mallissa. Segmenttisignaalit generoidaan ASM: stä ja numeroiden valintasignaalit luodaan DFF -ketjusta. Segmenttisignaalit on kytketty segmenttien nastoihin virranrajoitusvastuksien kautta, mutta numeroiden valintasignaalit on kytketty näytön yhteisiin nastoihin.

Vaihe 3: Digitaalisen signaalin luominen

Kuten kohdassa 4 on kuvattu, jokaisella multipleksoidun näytön numerolla on oma taustalevy. GreenPAKissa kunkin numeron signaalit luodaan sisäisestä oskillaattorikäyttöisestä DFF-ketjusta.

Nämä signaalit ohjaavat näytön yhteisiä nastoja. Kuva 6 näyttää numeroiden valintasignaalit.

Kanava 1 (keltainen) - nasta 6 (numero 1)

Kanava 2 (vihreä) - nasta 3 (numero 2)

Kanava 3 (sininen) - nasta 4 (numero 3)

Kanava 4 (magenta) - nasta 5 (numero 4)

Vaihe 4: Segmentoi signaalin luominen

GreenPAK ASM luo erilaisia kuvioita segmenttisignaalien ohjaamiseksi. 7,5 ms: n laskuri kiertää ASM -tilojen läpi. Koska ASM on tasoherkkä, tämä rakenne käyttää ohjausjärjestelmää, joka välttää mahdollisuuden vaihtaa nopeasti useiden tilojen läpi 7,5 ms: n kellon korkean jakson aikana. Tämä erityinen toteutus perustuu peräkkäisiin ASM -tiloihin, joita ohjaavat käänteiset kellon napaisuudet. Sekä segmentti- että numerosignaalit generoidaan samalla 25 kHz: n sisäisellä oskillaattorilla.

Vaihe 5: ASM -määritykset

Kuva 7 kuvaa ASM: n tilakaaviota. Tila 0 vaihtaa automaattisesti tilaan 1. Samanlainen vaihto tapahtuu tilasta 2 tilaan 3, valtiosta 4 valtioon 5 ja tilasta 6 tilaan 7. Valtion 0, osavaltion 2, osavaltion 4 ja valtion 6 tiedot lukitaan välittömästi käyttämällä DFF 1, DFF 2 ja DFF 7, kuten kuvassa 5 on esitetty, ennen kuin ASM siirtyy seuraavaan tilaan. Nämä DFF -tiedostot lukitsevat ASM: n parillisten tilojen tiedot, minkä ansiosta käyttäjä voi ohjata laajennettua 4x11/4xN (N jopa 16 segmenttiä) näyttöä GreenPAKin ASM: n avulla.

Kaikkia 4xN -näytön numeroita ohjaavat kaksi ASM -tilaa. Tila 0/1, osavaltio 2/3, valtio 4/5 ja valtio 6/7 ohjaavat vastaavasti numeroa 1, numeroa 2, numeroa 3 ja numeroa 4. Taulukko 1 kuvaa ASM -tiloja sekä niiden RAM -osoitteita hallitakseen kutakin numero.

Jokainen ASM RAM -muistin tila tallentaa yhden tavun dataa. Joten 4x7 -näytön konfiguroimiseksi ASM: n tila 0 ohjaa kolmea numeron 1 segmenttiä ja ASM: n tila 1 ohjaa viittä numeron 1 segmenttiä. Tämän seurauksena LED -näytön jokaisen numeron kaikki segmentit saadaan yhdistämällä segmentit vastaavista kahdesta tilasta. Taulukko 2 kuvaa kunkin Digit 1: n segmentin sijainnin ASM RAM -muistissa. Samalla tavalla ASM: n tila 2 - tila 7 sisältävät vastaavasti numeron 2 - numeron 4 segmentin sijainnit.

Kuten taulukosta 2 näkyy, tilan 0 OUT 3 - OUT 7 segmentit ja tilan 1 OUT 0 - OUT 2 segmentit ovat käyttämättömiä. Kuvan 5 GreenPAK -rakenne voi ohjata 4x11 -näyttöä määrittämällä ASM: n kaikkien parittomien tilojen OUT 0 - OUT 2 -segmentit. Tätä mallia voidaan laajentaa edelleen ohjaamaan laajennettua 4xN (N jopa 16 segmenttiä) -näyttöä käyttämällä enemmän DFF -logiikkasoluja ja GPIO: ita.

Vaihe 6: Testaus

Kuva 8 esittää testikaaviota, jota käytetään desimaalilukujen näyttämiseen 4x7-segmenttisessä LED-näytössä. Arduino Unoa käytetään I2C: hen, joka kommunikoi GreenPAKin ASM RAM -rekisterien kanssa. Lisätietoja I2C -viestinnästä on kohdassa [6]. Näytön yleiset anodinapit on kytketty numerovalinta -GPIO: iin. Segmenttitapit on kytketty ASM: ään virranrajoitusvastuksien kautta. Virtaa rajoittava vastuksen mitoitus on kääntäen verrannollinen LED-näytön kirkkauteen. Käyttäjä voi valita virranrajoitusvastuksien voimakkuuden GreenPAK GPIO: iden keskimääräisen maksimivirran ja LED -näytön suurimman tasavirran mukaan.

Taulukossa 3 kuvataan desimaaliluvut 0–9 sekä binääri- että heksadesimaalimuodossa, jotka näytetään 4x7 -näytöllä. 0 osoittaa, että segmentti on PÄÄLLÄ ja 1 osoittaa, että segmentti on POIS PÄÄLTÄ. Kuten taulukossa 3 esitetään, numeron näyttämiseen tarvitaan kaksi tavua. Korreloimalla taulukot 1, 2 ja 3, käyttäjä voi muokata ASM: n RAM -rekistereitä näyttämään erilaisia numeroita näytöllä.

Taulukko 4 kuvaa 4x7 LED -näytön numeron 1 I2C -komentorakennetta. I2C -komennot edellyttävät aloitusbittiä, ohjaustavu, sanaosoite, datatavu ja pysäytysbitti. Samanlaisia I2C -komentoja voidaan kirjoittaa numeroille 2, 3 ja 4.

Esimerkiksi kirjoittaaksesi 1234 4x7 LED -näyttöön seuraavat I2C -komennot kirjoitetaan.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Kirjoittamalla toistuvasti kaikki kahdeksan ASM -tavua käyttäjä voi muokata näytettyä kaavaa. Esimerkiksi laskurikoodi sisältyy sovelluksen huomautuksen ZIP -tiedostoon Dialogin verkkosivustolla.

Päätelmät

Tässä ohjeessa kuvatun GreenPAK -ratkaisun avulla käyttäjä voi minimoida kustannukset, komponenttien määrän, levytilan ja virrankulutuksen.

Useimmiten MCU -laitteissa on rajoitettu määrä GPIO -laitteita, joten LED -ohjaavien GPIO -laitteiden purkaminen pieneen ja halpaan GreenPAK -IC -järjestelmään antaa käyttäjälle mahdollisuuden tallentaa IO: t lisätoimintoja varten.

Lisäksi GreenPAK -piirit on helppo testata. ASM -RAM -muistia voidaan muokata muutamalla painikkeella GreenPAK -suunnitteluohjelmistossa, mikä osoittaa joustavia suunnittelumuutoksia. Konfiguroimalla ASM tässä oppaassa kuvatulla tavalla, käyttäjä voi ohjata neljää N-segmentin LED-näyttöä, joissa on enintään 16 segmenttiä.