DIY Automotive Turn Signal with Animation: 7 Steps

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

V poslední době se animované indikátory předních a zadních LED diod staly normou v automobilovém průmyslu. Tyto běžící vzory LED často představují ochrannou známku výrobců automobilů a používají se také pro vizuální estetiku. Animace mohou mít různé běžící vzory a lze je implementovat bez jakéhokoli MCU pomocí několika diskrétních integrovaných obvodů.

Mezi hlavní požadavky těchto návrhů patří: reprodukovatelný výkon při normálním provozu, možnost zapnutí všech LED diod, nízká spotřeba energie, deaktivace použitého regulátoru LDO během poruchy, načtení ovladače LED před jeho povolením atd. Kromě toho se požadavky mohou lišit od jednoho výrobce k druhému. Navíc, obvykle v automobilových aplikacích, jsou integrované obvody TSSOP obvykle upřednostňovány kvůli své robustnosti ve srovnání s integrovanými obvody QFN, protože je známo, že jsou náchylné k problémům s únavou pájky, zejména v drsných prostředích. Naštěstí pro tuto automobilovou aplikaci poskytuje Dialog Semiconductor vhodný CMIC, konkrétně SLG46620, dostupný v balíčcích QFN i TSSOP.

Všechny požadavky na animované vzory indikátorů LED jsou v současné době v automobilovém průmyslu splněny pomocí diskrétních integrovaných obvodů. Úroveň flexibility poskytovaná CMIC je však bezkonkurenční a může snadno vyhovět různým požadavkům několika výrobců bez jakékoli změny designu hardwaru. Kromě toho je také dosaženo významného snížení stopy PCB a úspor nákladů.

V tomto Instructable je uveden podrobný popis dosažení různých animovaných vzorů indikátorů pomocí SLG46620.

Níže jsme popsali potřebné kroky, abychom porozuměli tomu, jak bylo řešení naprogramováno k vytvoření automobilového směrového signálu s animací. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program a vytvořte automobilový směrový signál s animací.

Krok 1: Průmyslová hodnota

Vzory směrových světel uvedené v tomto Návodu jsou v současné době implementovány v automobilovém průmyslu pomocí řady diskrétních integrovaných obvodů k ovládání posloupnosti obrazců LED indikátorů automobilového provozu. Vybraný CMIC SLG46620 by v současném průmyslovém designu nahradil alespoň následující součásti:

● 1 IC časovače č. 555 (např. TLC555QDRQ1)

● 1 č. Johnson Counter (např. CD4017)

● 2 č. Klopný obvod s kladnou hranou typu D (např. 74HC74)

● 1 č. NEBO brána (např. CAHCT1G32)

● Několik pasivních komponent, tj. Tlumivky, kondenzátory, odpory atd.

Tabulka 1 poskytuje cenovou výhodu získanou použitím vybraného Dialog CMIC pro sekvenční obrazce směrových světel ve srovnání se současným průmyslovým řešením.

Vybraný CMIC SLG46620 by stál méně než 0,50 $, takže celkové náklady na ovládací obvody LED se výrazně snižují. Kromě toho je také dosaženo významného srovnatelného snížení stopy PCB.

Krok 2: Návrh systému

Obrázek 1 ukazuje diagram prvního navrhovaného schématu. Mezi hlavní součásti schématu patří regulátor napětí LDO, automobilový ovladač LED, CMIC SLG46620, 11 logických úrovní MOSFET a 10 LED. Regulátor napětí LDO zajišťuje, že je do CMIC přiváděno příslušné napětí, a pokud napětí baterie klesne z určité úrovně, CMIC se resetuje pomocí kolíku PG (Power Good). Během jakýchkoli poruchových stavů detekovaných ovladačem LED se regulátor napětí LDO deaktivuje. SLG46620 CMIC generuje digitální signály pro řízení LED diod s označením 1-10 skrz MOSFETy. Kromě toho vybraný CMIC také produkuje signál povolení pro jednokanálový ovladač, který zase pohání MOSFET Q1 k načtení ovladače běžícího v režimu konstantního proudu.

Je také možná varianta tohoto schématu, kde je použit vícekanálový budič, jak je znázorněno na obrázku 2. V této možnosti se hnací proud každého kanálu snižuje ve srovnání s jednokanálovým budičem.

Krok 3: GreenPak Design

Vhodným způsobem, jak dosáhnout cíle flexibilních indikátorů LED, je použití konceptu konečného stavu stroje (FSM). Dialogový polovodič poskytuje několik CMIC, které obsahují vestavěný blok ASM. Bohužel všechny tyto CMIC jsou k dispozici v balíčcích QFN se nedoporučují pro drsná prostředí. Je tedy vybrán SLG46620, který je k dispozici v balení QFN i TSSOP.

Jsou uvedeny tři příklady pro tři různé LED animace. U prvních dvou příkladů uvažujeme jednokanálový ovladač, jak je znázorněno na obrázku 1. U třetího příkladu předpokládáme, že jsou k dispozici vícekanálové ovladače, jak je znázorněno na obrázku 2, a každý kanál je použit k pohonu samostatné LED. Pomocí stejného konceptu lze také získat další vzory.

V prvním příkladu provedení se diody LED 1-10 postupně rozsvěcují jeden po druhém, jakmile vyprší určité programovatelné časové období, jak ukazuje obrázek 3.

Ve druhém příkladném provedení jsou do schématu postupně přidávány 2 LED diody, jak je znázorněno na obrázku 4.

Obrázek 5 ukazuje, jak se alternativní LED diody postupně přidávají do vzoru ve třetím navrhovaném návrhu.

Protože v SLG46620 není k dispozici žádný vestavěný blok ASM, byl vyvinut konečný stav Moore Machine s využitím dostupných bloků, konkrétně čítače, DFF a LUT. Pro tyto tři příklady je pomocí tabulky 2 vyvinut 16 stavový stroj Moore. V tabulce 2 jsou uvedeny všechny bity současného stavu a dalšího stavu. Kromě toho jsou také poskytovány bity pro všechny výstupní signály. Z tabulky 2 jsou rovnice dalšího stavu a všechny výstupy vyhodnoceny z hlediska současných stavových bitů.

Jádrem vývoje 4bitového stroje Moore jsou 4 bloky DFF. Každý blok DFF funkčně představuje jeden bit ze čtyř bitů: ABCD. Když je signál indikátoru vysoký (odpovídá zapnutému přepínači indikátoru), je při každém hodinovém impulsu nutný přechod z jednoho stavu do druhého, čímž se generují různé obrazce LED. Na druhou stranu, když je signál indikátoru nízký, je cílem stacionární obrazec se všemi LED diodami v každém příkladu návrhu.

Obrázek 3 ukazuje funkčnost vyvinutého 4bitového (ABCD) Moore Machine pro každý příklad. Základní myšlenkou vývoje takového FSM je reprezentovat každý bit dalšího stavu, povolovací signál a každý výstupní pinový signál (přiřazený LED diodám) ve smyslu současného stavu. Zde přispívají LUT. Všechny 4 bity současného stavu jsou přiváděny do různých LUT, aby se v podstatě dosáhlo požadovaného signálu v dalším stavu na okraji hodinového impulsu. Pro hodinový impuls je čítač konfigurován tak, aby poskytoval sled impulsů s vhodnou periodou.

Pro každý příklad je každý bit dalšího stavu vyhodnocen z hlediska současného stavu pomocí následujících rovnic odvozených z K-Maps:

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'

kde IND představuje signál indikátoru.

Další podrobnosti o každém ze tří příkladů jsou uvedeny níže.

Krok 4: Příklad návrhu 1

Rovnice povolovacího signálu a řídících signálů LED pro 1. příklad, přičemž každá LED se postupně zapíná podle schématu na obrázku 1, jsou uvedeny níže.

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

Na obrázku 7 je zobrazen návrh Matrix-0 GreenPAK z příkladu 1. K vývoji 4bitového stroje Moore jsou použity 4 DFF. DFF s možností resetování (3 z Matrix-0 a 1 z Matrix-1) jsou vybrány tak, aby bylo možné Moore Machine pohodlně resetovat. Počitadlo s vhodným časovým obdobím 72 mS je nakonfigurováno tak, aby po každé periodě změnilo stav stroje. LUT s vhodnou konfigurací se používají k odvozování funkcí pro vstupy DFF, Driver Enable Signal (En) a výstupní piny: DO1-DO10.

V Matrixu znázorněném na obrázku 8 jsou ostatní prostředky GreenPAK použity k dokončení návrhu pomocí dříve popsané metodiky. Obrázky jsou pro přehlednost příslušně označeny.

Krok 5: Příklad návrhu 2

Rovnice povolovacího signálu a řídících signálů LED pro 2. příklad, se dvěma LED přidávajícími sekvenční vzor pomocí schématu na obrázku 1, jsou uvedeny níže.

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

Na obrázku 9 a obrázku 10 jsou uvedeny návrhy Matrix-0 & 1 GreenPAK z příkladu 2. Základní provedení je podobné návrhu z Příkladu 1. Hlavní rozdíly ve srovnání jsou ve funkci Driver Enable (En) a bez připojení DO1, DO3, DO5, DO7 a DO10, které jsou v tomto provedení staženy.

Krok 6: Příklad návrhu 3

Rovnice povolovacího signálu a řídících signálů LED pro 3. příklad generující alternativní sekvenční vzor přidávání LED podle schématu na obrázku 2 jsou uvedeny níže.

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

Na obrázku 11 a obrázku 12 jsou uvedeny návrhy Matrix-0 & 1 GreenPAK z příkladu 3. V tomto provedení existují dva samostatné signály povolení ovladače (En1 a En2) pro ovladač 1 a 2. Kromě toho jsou výstupní piny připojeny k výstupům příslušně konfigurovaných LUT.

Tím je část návrhu GreenPAK z příkladu 1, příkladu 2 a příkladu 3 ukončena.

Krok 7: Výsledky experimentů

Pohodlný způsob testování návrhů z příkladů 1, příkladu 2 a příkladu 3 je experimentování a vizuální kontrola. Časové chování každého schématu je analyzováno pomocí logického analyzátoru a výsledky jsou uvedeny v této části.

Obrázek 13 ukazuje časové chování různých výstupních signálů pro příklad 1, kdykoli je indikátor zapnutý (IND = 1). Lze pozorovat, že signály pro výstupní piny DO1-DO5 se postupně zapínají po sobě po uplynutí nastaveného časového období v souladu s tabulkou 2. Vzorec signálů poskytovaných piny DO6-DO10 je také podobný. Signál Driver Enable (En) se zapne, když je zapnut jakýkoli ze signálů DO1-DO10 a jinak je vypnutý. Během animace, kdykoli signál indikátoru klesne (IND = 0), signály En a DO10 se zapnou a zůstanou logicky vysoké. Stručně řečeno, výsledky splňují požadavky a potvrzují teoretické návrhy pro příklad 1.

Na obrázku 14 je zobrazen časový diagram různých výstupních signálů pro příklad 2 se zapnutým indikátorovým signálem (IND = 1). Je pozorováno, že signály pro výstupní piny DO1-DO5 jsou zapnuty střídavě v sekvenci po určitém časovém období v souladu s tabulkou 2. Piny DO1, DO3 a DO5 zůstávají nízké, zatímco signály pro DO2 a DO4 se střídavě střídají postupně. Rovněž jsou pozorovány stejné vzorce pro DO6-DO10 (na obrázku není znázorněno kvůli omezenému počtu vstupů analyzátoru). Kdykoli je některý ze signálů DO1-DO10 zapnutý, zapne se také signál Driver Enable (En), který jinak zůstane vypnutý. V průběhu animace, kdykoli signál indikátoru klesne (IND = 0), signály En a DO10 se zapnou a zůstanou logicky vysoké. Výsledky přesně splňují požadavky a teoretické myšlenky pro příklad 2.

Obrázek 15 ukazuje časový diagram různých výstupních signálů pro příklad 3 se zapnutým indikátorovým signálem (IND = 1). Lze pozorovat, že signály pro výstupní piny DO1-DO7 se zapínají, jak ukazuje Tabulka 2. Kromě toho se signál DO9 pinu chová také podle tabulky 2 (na obrázku není znázorněno). Piny DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 zůstávají nízké. En1 změní logickou výšku, kdykoli je signál z DO1, DO3 a DO5 zapnutý, a En2 se změní na logickou výšku, kdykoli signál z DO7 a DO9 půjde vysoko. Během celé animace, kdykoli je signál indikátoru nízký (IND = 0), všechny výstupní signály: En1, En2 a DO1-DO10 se zapnou a zůstanou logicky vysoké. Lze tedy učinit závěr, že výsledky splňují požadavky a teoretické návrhy pro příklad 3.

Závěr

Byl představen podrobný popis různých schémat automobilových ukazatelů směru s animací. Pro tuto aplikaci byl vybrán vhodný Dialog CMIC SLG46620, protože je také k dispozici v balíčku TSSOP, který je vhodný pro průmyslové aplikace v drsném prostředí. Jsou představena dvě hlavní schémata využívající jednokanálové a vícekanálové automobilové ovladače k vývoji flexibilních sekvenčních modelů LED animací. Pro generování požadovaných animací jsou vyvinuty vhodné modely Moore Machine s konečným stavem. Pro validaci vyvinutého modelu bylo provedeno praktické experimentování. Je prokázáno, že funkčnost vyvinutých modelů odpovídá teoretickému návrhu.