DIY 4xN LED Driver: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

LED displeje jsou široce používány v systémech od digitálních hodin, čítačů, časovačů, elektronických měřidel, základních kalkulaček a dalších elektronických zařízení schopných zobrazovat číselné informace. Obrázek 1 zobrazuje příklad 7segmentového LED displeje, který může zobrazovat desetinná čísla a znaky. Protože každý segment na LED displeji lze ovládat jednotlivě, může toto ovládání vyžadovat mnoho signálů, zejména pro více číslic. Tento Instructable popisuje implementaci založenou na GreenPAK ™ pro řízení více číslic pomocí 2vodičového rozhraní I2C z MCU.

Níže jsme popsali potřebné kroky, abychom pochopili, jak byl čip GreenPAK naprogramován tak, aby vytvořil ovladač 4xN LED. 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 vlastní integrovaný obvod pro ovladač 4xN LED.

Krok 1: Pozadí

LED displeje jsou rozděleny do dvou kategorií: společná anoda a společná katoda. Ve společné konfiguraci anody jsou anodové svorky vnitřně zkratovány dohromady, jak je znázorněno na obrázku 2. Pro zapnutí LED diody je společná anodová svorka připojena k napájecímu napětí systému VDD a katodové svorky jsou připojeny k zemi pomocí proudových omezovacích odporů.

Běžná konfigurace katody je podobná běžné konfiguraci anod, kromě toho, že katodové svorky jsou zkratovány dohromady, jak je znázorněno na obrázku 3. Aby se zapnul LED displej společné katody, jsou společné katodové svorky připojeny k zemi a anodové svorky jsou připojeny k systému napájecí napětí VDD přes odpory omezující proud.

N-místný multiplexovaný LED displej lze získat spojením N jednotlivých 7-segmentových LED displejů. Obrázek 4 zobrazuje příklad LED displeje 4x7 získaného kombinací 4 samostatných 7segmentových displejů ve společné konfiguraci anody.

Jak je vidět na obrázku 4, každá číslice má společný anodový pin / backplane, který lze použít k individuálnímu povolení každé číslice. Katodové kolíky pro každý segment (A, B, … G, DP) by měly být externě zkratovány. Ke konfiguraci tohoto LED displeje 4x7 potřebuje uživatel pouze 12 pinů (4 společné piny pro každou číslici a 8 segmentové piny) k ovládání všech 32 segmentů multiplexovaného displeje 4x7.

Níže popsaný design GreenPAK ukazuje, jak generovat řídicí signály pro tento LED displej. Tento design lze rozšířit na ovládání až 4 číslic a 16 segmentů. Odkaz na návrhové soubory GreenPAK dostupné na webových stránkách Dialogu najdete v sekci Reference.

Krok 2: GreenPAK Design

Design GreenPAK zobrazený na obrázku 5 zahrnuje generování segmentového i číslicového signálu v jednom provedení. Signály segmentů jsou generovány z ASM a signály výběru číslic jsou vytvářeny z řetězce DFF. Signály segmentů jsou připojeny k pinům segmentu prostřednictvím odporů omezujících proud, ale signály pro výběr číslic jsou připojeny ke společným kolíkům displeje.

Krok 3: Generování digitálního signálu

Jak je popsáno v části 4, každá číslice na multiplexovaném displeji má samostatnou propojovací rovinu. V GreenPAK jsou signály pro každou číslici generovány z vnitřního řetězce DFF poháněného oscilátory.

Tyto signály pohání běžné kolíky displeje. Obrázek 6 zobrazuje signály pro výběr číslic.

Kanál 1 (žlutý) - kolík 6 (číslice 1)

Kanál 2 (zelený) - pin 3 (číslice 2)

Kanál 3 (modrý) - Pin 4 (číslice 3)

Kanál 4 (purpurový) - kolík 5 (číslice 4)

Krok 4: Generování signálu segmentu

GreenPAK ASM generuje různé vzory pro řízení segmentových signálů. Čítač 7,5 ms cykluje stavy ASM. Protože je ASM citlivý na úroveň, využívá tento design řídicí systém, který se vyhýbá možnosti rychlého přepínání mezi více stavy během vysoké doby 7,5 ms. Tato konkrétní implementace závisí na po sobě jdoucích stavech ASM řízených polaritou invertovaných hodin. Signály segmentů i číslic jsou generovány stejným 25kHz interním oscilátorem.

Krok 5: Konfigurace ASM

Obrázek 7 popisuje stavový diagram ASM. Stát 0 se automaticky přepne do stavu 1. K podobnému přepnutí dojde ze stavu 2 do stavu 3, stavu 4 do stavu 5 a stavu 6 do stavu 7. Data ze stavu 0, stavu 2, stavu 4 a stavu 6 jsou okamžitě zablokována pomocí DFF 1, DFF 2 a DFF 7, jak je znázorněno na obrázku 5, před přechodem ASM do dalšího stavu. Tyto DFF zachycují data ze sudých stavů ASM, což umožňuje uživateli ovládat rozšířený displej 4x11/4xN (N až 16 segmentů) pomocí ASM společnosti GreenPAK.

Každá číslice na displeji 4xN je řízena dvěma stavy ASM. Stavy 0/1, Stavy 2/3, Stavy 4/5 a Stavy 6/7 respektive řídí číslice 1, číslice 2, číslice 3 a číslice 4. Tabulka 1 popisuje stavy ASM spolu s jejich příslušnými adresami RAM pro ovládání každého číslice.

Každý stav paměti ASM RAM ukládá jeden bajt dat. Pro konfiguraci displeje 4x7 jsou tedy tři segmenty Digit 1 ovládány stavem 0 ASM a pět segmentů Digit 1 jsou ovládány stavem 1 ASM. Výsledkem je, že všechny segmenty každé číslice na LED displeji jsou získány zřetězením segmentů z jejich odpovídajících dvou stavů. Tabulka 2 popisuje umístění každého ze segmentů Digit 1 v paměti ASM RAM. Podobným způsobem zahrnují stavy 2 až 7 ASM příslušná umístění segmentů číslice 2 až číslice 4.

Jak je patrné z tabulky 2, segmenty OUT 3 až OUT 7 stavu 0 a OUT 0 až OUT 2 segmenty stavu 1 nejsou použity. Design GreenPAK na obrázku 5 může ovládat displej 4x11 konfigurací segmentů OUT 0 až OUT 2 všech lichých stavů ASM. Tento design lze dále rozšířit o ovládání rozšířeného displeje 4xN (N až 16 segmentů) pomocí více logických buněk DFF a GPIO.

Krok 6: Testování

Obrázek 8 ukazuje testovací schéma používané k zobrazení desetinných čísel na segmentovém LED displeji 4x7. Pro komunikaci I2C s registry ASM RAM GreenPAK se používá Arduino Uno. Další informace o komunikaci I2C naleznete v [6]. Společné anodové kolíky displeje jsou připojeny k GPIO pro výběr číslic. Segmentové piny jsou připojeny k ASM prostřednictvím odporů omezujících proud. Dimenzování odporu omezujícího proud je nepřímo úměrné jasu LED displeje. Uživatel si může vybrat sílu odporů omezujících proud v závislosti na maximálním průměrném proudu GreenPAK GPIO a maximálním stejnosměrném proudu LED displeje.

Tabulka 3 popisuje desetinná čísla 0 až 9 v binárním i hexadecimálním formátu, která se mají zobrazit na displeji 4x7. 0 znamená, že segment je ZAPNUTÝ a 1 znamená, že segment je VYPNUT. Jak ukazuje tabulka 3, k zobrazení čísla na displeji jsou zapotřebí dva bajty. Pomocí korelace tabulky 1, tabulky 2 a tabulky 3 může uživatel upravit registry RAM ASM tak, aby na obrazovce zobrazovaly různá čísla.

Tabulka 4 popisuje strukturu příkazů I2C pro Digit 1 na LED displeji 4x7. Příkazy I2C vyžadují počáteční bit, řídicí bajt, adresu slova, datový bajt a stop bit. Podobné příkazy I2C lze zapsat pro číslice 2, číslice 3 a číslice 4.

Například pro zápis 1234 na LED displej 4x7 se zapisují následující příkazy I2C.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Opakovaným zápisem všech osmi bajtů ASM může uživatel upravit zobrazený vzor. Jako příklad je v souboru ZIP poznámky k aplikaci na webových stránkách Dialogu zahrnut čítací kód.

Závěry

Řešení GreenPAK popsané v tomto Instructable umožňuje uživateli minimalizovat náklady, počet komponent, místo na desce a spotřebu energie.

MCU mají většinou omezený počet GPIO, takže vyložení LED pohánějících GPIO na malý a levný GreenPAK IC umožňuje uživateli uložit IO pro další funkce.

Integrované obvody GreenPAK se navíc snadno testují. RAM ASM lze upravit kliknutím na několik tlačítek v programu GreenPAK Designer Software, což naznačuje flexibilní úpravy designu. Konfigurací ASM, jak je popsáno v tomto Instructable, může uživatel ovládat čtyři N-segmentové LED displeje s až 16 segmenty.