DIY 4xN LED upravljački program: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

LED zasloni široko se koriste u sustavima, od digitalnih satova, brojača, mjerača vremena, elektroničkih brojila, osnovnih kalkulatora i drugih elektroničkih uređaja koji mogu prikazati numeričke podatke. Slika 1 prikazuje primjer 7-segmentnog LED zaslona koji može prikazati decimalne brojeve i znakove. Kako se svaki segment na LED zaslonu može upravljati pojedinačno, ova kontrola može zahtijevati mnogo signala, posebno za više znamenki. Ovaj Instructable opisuje implementaciju temeljenu na GreenPAK ™ -u za pogon više znamenki s 2-žičnim I2C sučeljem iz MCU-a.

U nastavku smo opisali korake potrebne za razumijevanje kako je GreenPAK čip programiran za stvaranje 4xN LED upravljačkog programa. Međutim, ako samo želite dobiti rezultat programiranja, preuzmite GreenPAK softver kako biste vidjeli već dovršenu datoteku za dizajn GreenPAK. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i hit program za stvaranje prilagođenog IC -a za 4xN LED upravljački program.

Korak 1: Pozadina

LED zasloni podijeljeni su u dvije kategorije: zajednička anoda i zajednička katoda. U zajedničkoj konfiguraciji anode, anodni terminali su interno kratko spojeni zajedno kao što je prikazano na slici 2. Za uključivanje LED diode, zajednički anodni terminal spojen je na mrežni napon sustava VDD, a katodni stezaljki spojeni su na masu preko otpornika za ograničavanje struje.

Uobičajena konfiguracija katode slična je konfiguraciji zajedničke anode, osim što su katodni terminali spojeni zajedno kao što je prikazano na slici 3. Za uključivanje LED zaslona zajedničke katode, zajednički katodni terminali spojeni su na masu, a anodni terminali u sustav napon napajanja VDD kroz otpornike za ograničavanje struje.

Multipleksirani LED zaslon s N znamenki može se dobiti spajanjem N pojedinačnih 7-segmentnih LED zaslona. Slika 4 prikazuje primjer 4x7 LED zaslona dobivenog kombiniranjem 4 pojedinačna 7 -segmentna zaslona u zajedničkoj konfiguraciji anode.

Kao što se vidi na slici 4, svaka znamenka ima zajednički anodni pin / stražnju ploču koja se može koristiti za pojedinačno omogućavanje svake znamenke. Igle katode za svaki segment (A, B, … G, DP) trebaju biti spojene zajedno izvana. Za konfiguraciju ovog 4x7 LED zaslona, korisniku je potrebno samo 12 pinova (4 zajednička pina za svaku znamenku i 8-segmentni pinovi) za kontrolu svih 32 segmenta multipleksiranog 4x7 zaslona.

GreenPAK dizajn, dolje detaljan, prikazuje kako generirati upravljačke signale za ovaj LED zaslon. Ovaj se dizajn može proširiti za kontrolu do 4 znamenke i 16 segmenata. Molimo pogledajte odjeljak Reference za vezu do datoteka dizajna GreenPAK -a dostupnih na web stranici Dialoga.

Korak 2: GreenPAK dizajn

GreenPAK dizajn prikazan na slici 5 uključuje generiranje segmenta i znamenkastog signala u jednom dizajnu. Signali segmenata generiraju se iz ASM -a, a signali za odabir znamenki iz lanca DFF. Signali segmenata povezani su na segmentne pinove preko otpornika za ograničavanje struje, ali su signali za odabir znamenki povezani s uobičajenim pinovima zaslona.

Korak 3: Generiranje digitalnog signala

Kao što je opisano u odjeljku 4, svaka znamenka na multipleksiranom zaslonu ima zasebnu stražnju ploču. U GreenPAK-u, signali za svaku znamenku generiraju se iz internog lanca DFF-a koji pokreće oscilator.

Ovi signali pokreću uobičajene pinove zaslona. Slika 6 prikazuje signale za odabir znamenki.

Kanal 1 (žuti) - pin 6 (znamenka 1)

Kanal 2 (zeleno) - pin 3 (znamenka 2)

Kanal 3 (plavi) - pin 4 (znamenka 3)

Kanal 4 (magenta) - pin 5 (znamenka 4)

Korak 4: Generiranje signala segmenta

GreenPAK ASM generira različite uzorke za pokretanje signala segmenta. Brojač od 7,5 ms kruži kroz ASM stanja. Kako je ASM osjetljiv na razinu, ovaj dizajn koristi upravljački sustav koji izbjegava mogućnost brzog prebacivanja kroz više stanja tijekom visokog razdoblja takta od 7,5 ms. Ova specifična implementacija oslanja se na uzastopna ASM stanja kontrolirana obrnutim polaritetom sata. I segmentni i znamenkasti signal generira isti unutarnji oscilator od 25 kHz.

Korak 5: ASM konfiguracija

Slika 7 opisuje dijagram stanja ASM -a. Stanje 0 automatski se prebacuje u stanje 1. Slično prebacivanje iz stanja 2 u stanje 3, stanje 4 u stanje 5 i stanje 6 u stanje 7. Podaci iz stanja 0, stanja 2, stanja 4 i stanja 6 trenutno se zaključavaju pomoću DFF 1, DFF 2 i DFF 7 kako je prikazano na slici 5, prije nego ASM prijeđe u sljedeće stanje. Ovi DFF -ovi hvataju podatke iz parnih stanja ASM -a, što korisniku omogućuje kontrolu proširenog prikaza 4x11/4xN (N do 16 segmenata) pomoću GreenPAK -ovog ASM -a.

Svakom znamenkom na 4xN zaslonu upravljaju dva stanja ASM -a. Stanje 0/1, stanje 2/3, stanje 4/5 i stanje 6/7, odnosno, kontroliraju znamenku 1, znamenku 2, znamenku 3 i znamenku 4. Tablica 1 opisuje stanja ASM -a zajedno s odgovarajućim adresama RAM -a za kontrolu svakog broj.

Svako stanje ASM RAM -a pohranjuje jedan bajt podataka. Dakle, za konfiguriranje prikaza 4x7, tri segmenta znamenke 1 kontrolira stanje 0 ASM -a, a pet segmenata znamenke 1 kontrolira stanje 1 ASM -a. Kao rezultat toga, svi segmenti svake znamenke na LED zaslonu dobivaju se spajanjem segmenata iz odgovarajuća dva stanja. Tablica 2 opisuje mjesto svakog segmenta znamenke 1 u ASM RAM -u. Na sličan način, ASM -ovo stanje 2 do stanje 7 respektivno uključuje lokacije segmenata od znamenke 2 do znamenke 4.

Kao što se vidi iz tablice 2, segmenti stanja 0 od OUT 3 do OUT 7 i stanja OUT 0 do OUT 2 ne koriste se. GreenPAK dizajn na slici 5 može upravljati zaslonom 4x11 konfiguriranjem OUT 0 do OUT 2 segmenata svih neparnih stanja ASM -a. Ovaj se dizajn može dodatno proširiti za kontrolu proširenog prikaza 4xN (N do 16 segmenata) korištenjem više DFF logičkih ćelija i GPIO -a.

Korak 6: Testiranje

Slika 8 prikazuje shemu testa koja se koristi za prikaz decimalnih brojeva na 4-segmentnom segmentnom LED zaslonu. Arduino Uno koristi se za I2C komunikaciju s GreenPAK -ovim ASM RAM registrima. Više informacija o I2C komunikaciji potražite u [6]. Uobičajeni anodni pinovi zaslona povezani su s GPIO -ovima za odabir znamenki. Igle segmenata spojene su na ASM preko otpornika za ograničavanje struje. Veličina otpornika koja ograničava struju obrnuto je proporcionalna svjetlini LED zaslona. Korisnik može odabrati snagu otpornika za ograničavanje struje ovisno o najvećoj prosječnoj struji GreenPAK GPIO -a i maksimalnoj istosmjernoj struji LED zaslona.

Tablica 3 opisuje decimalne brojeve od 0 do 9 u binarnom i heksadecimalnom formatu koji se prikazuju na zaslonu 4x7. 0 označava da je segment UKLJUČEN, a 1 da je segment isključen. Kao što je prikazano u tablici 3, potrebna su dva bajta za prikaz broja na zaslonu. Usporedbom tablica 1, tablice 2 i tablice 3, korisnik može izmijeniti ASM -ove RAM registre za prikaz različitih brojeva na ekranu.

Tablica 4 opisuje strukturu naredbi I2C za znamenku 1 na 4x7 LED zaslonu. I2C naredbe zahtijevaju početni bit, kontrolni bajt, adresu riječi, bajt podataka i bit za zaustavljanje. Slične I2C naredbe mogu se napisati za znamenku 2, znamenku 3 i znamenku 4.

Na primjer, za pisanje 1234 na 4x7 LED zaslonu, zapisuju se sljedeće I2C naredbe.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Uzastopnim upisivanjem svih osam bajtova ASM -a, korisnik može izmijeniti prikazani uzorak. Na primjer, kôd brojača uključen je u ZIP datoteku bilješke o prijavi na web stranici Dialoga.

Zaključci

Rješenje GreenPAK opisano u ovom Uputu omogućuje korisniku smanjenje troškova, broja komponenti, prostora na ploči i potrošnje energije.

U većini slučajeva MCU -ovi imaju ograničen broj GPIO -ova, pa iskrcavanje LED upravljačkih GPIO -ova na malu i jeftinu GreenPAK IC omogućuje korisniku spremanje IO -a za dodatne funkcionalnosti.

Štoviše, GreenPAK -ove IC -ove je lako testirati. ASM RAM može se promijeniti pritiskom na nekoliko gumba u softveru GreenPAK Designer, što ukazuje na fleksibilne izmjene dizajna. Konfiguriranjem ASM-a kako je opisano u ovoj uputi, korisnik može kontrolirati četiri LED zaslona u N segmentu sa po 16 segmenata svaki.