Senyal de gir automotriu de bricolatge amb animació: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Recentment, els patrons de leds anteriors i posteriors d'animació s'han convertit en una norma en la indústria de l'automòbil. Aquests patrons de LED en funcionament solen representar una marca comercial dels fabricants d'automòbils i també s'utilitzen per a l'estètica visual. Les animacions poden tenir diferents patrons d’execució i es poden implementar sense cap MCU mitjançant diversos circuits integrats discrets.

Els requisits principals d’aquests dissenys són: rendiment reproduïble durant el funcionament normal, una opció per forçar tots els LEDs, baix consum d’energia, desactivació del regulador LDO utilitzat durant una falla, càrrega del controlador de LED abans d’habilitar-lo, etc. A més, els requisits poden variar d’un fabricant a un altre. A més, normalment en aplicacions automotrius, els IC TSSOP solen ser preferits per la seva robustesa en comparació amb els IC QFN, ja que se sap que són propensos a problemes de fatiga de soldadura, especialment en entorns difícils. Afortunadament per a aquesta aplicació automotriu, Dialog Semiconductor proporciona un CMIC adequat, és a dir, SLG46620, disponible tant en paquets QFN com TSSOP.

Tots els requisits per als patrons de LED d’indicadors animats es compleixen actualment a la indústria de l’automòbil mitjançant ICs discrets. Tot i això, el nivell de flexibilitat que proporciona CMIC és inigualable i pot atendre fàcilment els diferents requisits de diversos fabricants sense cap canvi en el disseny del maquinari. A més, també s’aconsegueix una reducció important de la petjada de PCB i un estalvi de costos.

En aquesta instrucció, es presenta una descripció detallada de l’assoliment de diferents patrons de llum indicadora animats mitjançant SLG46620.

A continuació, es descriuen els passos necessaris per entendre com s'ha programat la solució per crear el senyal de gir automotriu amb animació. Tot i això, si només voleu obtenir el resultat de la programació, descarregueu-vos el programari GreenPAK per veure el fitxer de disseny GreenPAK ja completat. Connecteu el kit de desenvolupament GreenPAK a l'ordinador i premeu el programa per crear el senyal de gir automotriu amb animació.

Pas 1: valor de la indústria

Els patrons de senyals de gir que es mostren en aquest manual instructiu s’implementen actualment a la indústria de l’automòbil mitjançant un nombre de circuits integrats discrets per controlar la seqüència de patrons de LED d’indicadors d’automoció. El CMIC SLG46620 seleccionat substituiria almenys els components següents en el disseny industrial actual:

● 1 IC de temporitzador núm. 555 (per exemple, TLC555QDRQ1)

● 1 núm. Comptador Johnson (per exemple, CD4017)

● 2 xancletes de tipus D positiu de vora positiva (p. Ex., 74HC74)

● 1 núm. O porta (p. Ex. CAHCT1G32)

● Diversos components passius, és a dir, inductors, condensadors, resistències, etc.

La taula 1 proporciona l'avantatge de cost obtingut mitjançant l'ús del Dialog CMIC seleccionat, per als patrons de senyals de torn seqüencial de llum indicadora, en comparació amb una solució industrial actual.

El CMIC SLG46620 seleccionat costaria menys de 0,50 $, de manera que el cost total dels circuits de control de LED disminueix significativament. A més, també s’aconsegueix una reducció significativa de la petjada de PCB comparativa.

Pas 2: disseny del sistema

La figura 1 mostra l’esquema del primer esquema proposat. Els components principals de l’esquema inclouen un regulador de voltatge LDO, un controlador LED per a automoció, un CMIC SLG46620, 11 MOSFET de nivell lògic i 10 LED. El regulador de tensió LDO assegura que es proporciona una tensió adequada al CMIC i, si la tensió de la bateria baixa d’un cert nivell, el CMIC es restableix a través del pin PG (Power Good). Durant qualsevol condició d'error, detectada pel controlador LED, el regulador de tensió LDO es desactiva. El SLG46620 CMIC genera els senyals digitals per accionar els indicadors de gir dels LED etiquetats 1-10 a través dels MOSFET. A més, el CMIC seleccionat també produeix el senyal d’habilitació per al controlador d’un sol canal que al seu torn condueix un MOSFET Q1 per carregar el controlador que s’executa en mode de corrent constant.

També és possible una variant d’aquest esquema quan s’utilitza un controlador de múltiples canals, tal com es mostra a la figura 2. En aquesta opció, el corrent de conducció de cada canal es redueix en comparació amb el controlador de canal únic.

Pas 3: disseny de GreenPak

Una manera adequada d’assolir l’objectiu dels patrons de LED d’indicadors flexibles és utilitzar un concepte de màquina d’estats finits (FSM). Dialog semiconductor proporciona diversos CMIC que contenen un bloc ASM incorporat. Tot i això, malauradament tots aquests CMIC estan disponibles en paquets QFN, no es recomana per a entorns difícils. Així es tria SLG46620, que està disponible tant en envasos QFN com TSSOP.

Es presenten tres exemples de tres animacions LED diferents. Per als dos primers exemples, considerem un controlador de canal únic com es mostra a la figura 1. Per al tercer exemple, suposem que hi ha disponibles diversos controladors de canal, tal com es mostra a la figura 2, i cada canal s’utilitza per conduir un LED independent. També es poden obtenir altres patrons utilitzant el mateix concepte.

Al primer exemple de disseny, els LED de l'1 al 10 s'encenen seqüencialment un darrere l'altre un cop expira un determinat període de temps programable, tal com es mostra a la figura 3.

Al segon exemple de disseny, s’afegeixen 2 LED de manera seqüencial al patró tal com es mostra a la figura 4.

La figura 5 mostra com s’afegeixen seqüencialment LED alternatius al patró del tercer disseny proposat.

Com que no hi ha cap bloc ASM incorporat disponible a SLG46620, es desenvolupa una màquina Moore State Finite utilitzant els blocs disponibles, és a dir, comptador, DFF i LUT. Una màquina Moore de 16 estats es desenvolupa utilitzant la taula 2 per als tres exemples. A la taula 2, es donen tots els bits de l’estat actual i del següent. A més, també es proporcionen els bits per a tots els senyals de sortida. A partir de la taula 2, les equacions del següent estat i totes les sortides s’avaluen en funció dels bits d’estat actuals.

Al nucli del desenvolupament de la màquina Moore de 4 bits hi ha 4 blocs DFF. Cada bloc DFF representa funcionalment un bit dels quatre bits: ABCD. Quan el senyal indicador és alt (corresponent a un interruptor d’indicador encès), es necessita una transició d’un estat a l’altre a cada pols de rellotge, generant així diferents patrons de LED. D'altra banda, quan el senyal de l'indicador és baix, l'objectiu és un patró estacionari que tingui tots els LED encesos en cada exemple de disseny.

La figura 3 mostra la funcionalitat de la màquina Moore de 4 bits (ABCD) desenvolupada per a cada exemple. La idea bàsica del desenvolupament d’aquest FSM és representar cada bit del següent estat, el senyal d’habilitació i cada senyal de pin de sortida (assignat als LED) en funció de l’estat actual. Aquí contribueixen les LUT. Tots els 4 bits d’estat actual s’alimenten a diferents LUT per aconseguir bàsicament el senyal requerit en el següent estat a la vora d’un pols de rellotge. Per al pols del rellotge, es configura un comptador per proporcionar un tren de polsos amb un període adequat.

Per a cada exemple, cada bit del següent estat s'avalua en termes de l'estat actual mitjançant les següents equacions derivades de K-Maps:

A = D '(C' + C (A B) ') i IND + IND'

B = C 'D + C D' (A B) '& IND + IND'

C = B 'C D + B (C' + A 'D') i IND + IND '

D = A B '+ A' B C D + A B C 'i IND + IND'

on IND representa el senyal indicador.

A continuació es detallen més detalls de cadascun dels tres exemples.

Pas 4: disseny de l'exemple 1

Les equacions del senyal d'activació i dels senyals de conducció del LED per al primer exemple, amb cada LED encès de manera seqüencial mitjançant l'esquema de la figura 1, són les que es mostren a continuació.

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

A la figura 7, es mostra el disseny GreenPAK de Matrix-0 de l'exemple 1. S’utilitzen 4 DFF per desenvolupar la màquina Moore de 4 bits. Els DFF amb opció de restabliment (3 de Matrix-0 i 1 de Matrix-1) se seleccionen perquè la màquina Moore es pugui reiniciar convenientment. Un comptador, amb un període de temps adequat de 72 mS, està configurat per canviar l'estat de la màquina després de cada període. Els LUT amb configuracions adequades s’utilitzen per derivar funcions per a les entrades DFFs, Driver Enable Signal (En) i els pins de sortida: DO1-DO10.

A Matrix que es mostra a la figura 8, la resta de recursos de GreenPAK s’utilitzen per completar el disseny mitjançant la metodologia descrita anteriorment. Les figures s’etiqueten adequadament per a més claredat.

Pas 5: disseny de l'exemple 2

Les equacions del senyal d’habilitació i dels senyals de conducció del LED per al segon exemple, amb dos LED que s’afegeixen al patró seqüencial mitjançant l’esquema de la figura 1, són les que es mostren a continuació.

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

A la figura 9 i la figura 10 es presenten els dissenys GreenPAK de Matrix-0 i 1 de l’exemple 2. El disseny bàsic és similar al disseny de l’exemple 1. Les diferències principals, en comparació, es troben en la funció Driver Enable (En) i no hi ha connexions de DO1, DO3, DO5, DO7 i DO10, que es descarreguen en aquest disseny.

Pas 6: disseny de l'exemple 3

Les equacions del senyal d’habilitació i dels senyals de conducció del LED per al tercer exemple, que generen un patró d’addició seqüencial de LED alternatiu mitjançant l’esquema de la figura 2, es donen a continuació.

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

A la figura 11 i la figura 12 es presenten els dissenys GreenPAK de Matrix-0 i 1 de l’exemple 3. En aquest disseny, hi ha dos senyals d'activació de controladors separats (En1 i En2) per als controladors 1 i 2. A més, els pins de sortida estan connectats a les sortides dels LUT configurats adequadament.

D’aquesta manera es conclou la part de disseny de GreenPAK de l’exemple 1, l’exemple 2 i l’exemple 3.

Pas 7: Resultats de l'experimentació

Una manera convenient de provar els dissenys de l'exemple 1, l'exemple 2 i l'exemple 3 és l'experimentació i la inspecció visual. El comportament temporal de cada esquema s’analitza mitjançant un analitzador lògic i els resultats es presenten en aquesta secció.

La figura 13 mostra el comportament temporal de diferents senyals de sortida per a l'exemple 1 sempre que s'encén l'indicador (IND = 1). Es pot observar que els senyals dels pins de sortida DO1-DO5 s’encenen seqüencialment després de l’altre després que expira un període de temps establert d’acord amb la Taula 2. El patró dels senyals proporcionats als pins DO6-DO10 també és similar. El senyal Driver Enable (En) s’activa quan s’activa qualsevol dels senyals DO1-DO10 i, en cas contrari, està apagat. Durant l'animació, sempre que el senyal indicador es baixa (IND = 0), els senyals En i DO10 s'encenen i es mantenen lògics. En resum, els resultats compleixen els requisits i validen les propostes teòriques de l’exemple 1.

A la figura 14, es representa el diagrama de temps de diferents senyals de sortida per a l'exemple 2, amb el senyal indicador activat (IND = 1). S'observa que els senyals dels pins de sortida DO1-DO5 s'encenen alternativament en una seqüència després d'un període de temps d'acord amb la Taula 2. Els pins DO1, DO3 i DO5 romanen baixos, mentre que els senyals del DO2 i DO4 giren alternativament en seqüencialment. També s’observen els mateixos patrons per a DO6-DO10 (no es mostren a la figura a causa del nombre limitat d’entrades de l’analitzador). Sempre que algun dels senyals DO1-DO10 està activat, també s’encén el senyal Driver Enable (En) que, en cas contrari, queda apagat. Al llarg de l’animació, sempre que el senyal indicador es baixa (IND = 0), els senyals En i DO10 s’encenen i continuen sent lògics. Els resultats compleixen exactament els requisits i les idees teòriques de l'exemple 2.

A la figura 15 es mostra el diagrama de temps de diferents senyals de sortida per a l'exemple 3, amb el senyal indicador activat (IND = 1). Es pot observar que els senyals dels pins de sortida DO1-DO7 s’encenen com es mostra a la taula 2. A més, el senyal del pin DO9 també es comporta segons la taula 2 (no es mostra a la figura). Els pins DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 continuen baixos. L'En1 torna a ser lògic quan el senyal de DO1, DO3 i DO5 està activat i En2 torna a ser lògic quan el senyal de DO7 i DO9 augmenta. Durant tota l'animació, sempre que el senyal indicador es redueixi (IND = 0), tots els senyals de sortida: En1, En2 i DO1-DO10 s'encenen i es mantenen lògics. Per tant, es pot concloure que els resultats compleixen els requisits i les propostes teòriques de l'exemple 3.

Conclusió

S'ha presentat una descripció detallada de diversos esquemes de senyals de torn d'automoció amb animació. Es va triar un Dialog CMIC SLG46620 adequat per a aquesta aplicació, ja que també està disponible en el paquet TSSOP, que és recomanable per a aplicacions industrials amb entorns durs. Es presenten dos esquemes principals, que utilitzen controladors automotors d’un i diversos canals, per desenvolupar models d’animació LED seqüencials flexibles. Es desenvolupen models adequats de màquina Moore State Finite per generar les animacions desitjades. Per validar el model desenvolupat, s’ha dut a terme una experimentació convenient. S’estableix que la funcionalitat dels models desenvolupats concorda amb el disseny teòric.