Controlador LED DIY 4xN: 6 passos

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

Les pantalles LED s’utilitzen àmpliament en sistemes que van des de rellotges digitals, comptadors, temporitzadors, comptadors electrònics, calculadores bàsiques i altres dispositius electrònics capaços de mostrar informació numèrica. La figura 1 mostra un exemple de pantalla LED de 7 segments que pot mostrar nombres decimals i caràcters. Com que cada segment de la pantalla LED es pot controlar individualment, aquest control pot requerir molts senyals, especialment per a diversos dígits. Aquesta instrucció descriu una implementació basada en GreenPAK ™ per generar diversos dígits amb una interfície I2C de 2 fils des d’una MCU.

A continuació, es descriuen els passos necessaris per entendre com s'ha programat el xip GreenPAK per crear el controlador LED 4xN. 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 l'IC personalitzat per al controlador LED 4xN.

Pas 1: antecedents

Les pantalles LED es divideixen en dues categories: ànode comú i càtode comú. En una configuració d’ànode comuna, els terminals de l’ànode s’internalitzen junts com es mostra a la figura 2. Per engegar el LED, el terminal d’ànode comú està connectat a la tensió d’alimentació del sistema VDD i els terminals del càtode es connecten a terra mitjançant resistències de limitació de corrent.

Una configuració de càtode comuna és similar a una configuració d'ànode comuna, tret que els terminals del càtode estiguin en curt com es mostra a la figura 3. Per activar la pantalla LED del càtode comú, els terminals del càtode comú estan connectats a terra i els terminals de l'ànode estan connectats al sistema. tensió d'alimentació VDD a través de resistències de limitació de corrent.

Es pot obtenir una pantalla LED multiplexada de N dígits concatenant N pantalles LED individuals de 7 segments. La figura 4 retrata una instància d'una pantalla LED 4x7 obtinguda mitjançant la combinació de 4 pantalles individuals de 7 segments en una configuració d'ànode comuna.

Com es pot veure a la figura 4, cada dígit té un pin / fons posterior d’ànode comú que es pot utilitzar per habilitar individualment cada dígit. Els passadors de càtode per a cada segment (A, B, … G, DP) haurien de ser curts junts externament. Per configurar aquesta pantalla LED 4x7, l'usuari només necessita 12 pins (4 pins comuns per a cada dígit i pins de 8 segments) per controlar tots els 32 segments de la pantalla 4x7 multiplexada.

El disseny GreenPAK, detallat a continuació, mostra com generar els senyals de control per a aquesta pantalla LED. Aquest disseny es pot ampliar per controlar fins a 4 dígits i 16 segments. Consulteu la secció Referències per obtenir un enllaç als fitxers de disseny de GreenPAK disponibles al lloc web de Dialog.

Pas 2: disseny de GreenPAK

El disseny GreenPAK que es mostra a la figura 5 inclou tant el segment com la generació de senyals de dígits en un disseny. Els senyals de segment es generen a partir de l’ASM i els senyals de selecció de dígits es creen a partir de la cadena DFF. Els senyals de segment es connecten als pins de segment mitjançant resistències de limitació de corrent, però els senyals de selecció de dígits es connecten als pins comuns de la pantalla.

Pas 3: Generació de senyals de dígits

Tal com es descriu a la secció 4, cada dígit d'una pantalla multiplexada té un fons posterior individual. A GreenPAK, els senyals de cada dígit es generen a partir de la cadena DFF interna impulsada per l’oscil·lador.

Aquests senyals condueixen els pins comuns de la pantalla. La figura 6 mostra els senyals de selecció de dígits.

Canal 1 (groc) - Pin 6 (dígit 1)

Canal 2 (verd) - Pin 3 (dígit 2)

Canal 3 (blau) - Pin 4 (dígit 3)

Canal 4 (Magenta) - Pin 5 (dígit 4)

Pas 4: Segmentació de la generació de senyals

El GreenPAK ASM genera diferents patrons per conduir els senyals del segment. Un comptador de 7,5 ms a través dels estats ASM. Com que l'ASM és sensible al nivell, aquest disseny utilitza un sistema de control que evita la possibilitat de canviar ràpidament per diversos estats durant el període alt del rellotge de 7,5 ms. Aquesta implementació específica es basa en estats ASM consecutius controlats per polaritats de rellotge invertit. Tant el segment com els senyals de dígits són generats pel mateix oscil·lador intern de 25 kHz.

Pas 5: Configuració ASM

La figura 7 descriu el diagrama d'estats de l'ASM. L'estat 0 canvia automàticament a l'estat 1. Es produeix un canvi similar de l'estat 2 a l'estat 3, l'estat 4 a l'estat 5 i l'estat 6 a l'estat 7. Les dades de l'estat 0, estat 2, estat 4 i estat 6 es bloquegen instantàniament mitjançant DFF 1, DFF 2 i DFF 7 com es mostra a la figura 5, abans que l'ASM passi al següent estat. Aquests DFF contenen les dades dels estats parells de l’ASM, cosa que permet a l’usuari controlar una pantalla 4x11 / 4xN estesa (N fins a 16 segments) mitjançant l’ASM de GreenPAK.

Cada dígit d'una pantalla 4xN està controlat per dos estats de l'ASM. Estat 0/1, estat 2/3, estat 4/5 i estat 6/7 controlen respectivament el dígit 1, el dígit 2, el dígit 3 i el dígit 4. La taula 1 descriu els estats ASM juntament amb les seves respectives adreces RAM per controlar cadascun dígit.

Cada estat de la RAM ASM emmagatzema un byte de dades. Per tant, per configurar una pantalla 4x7, tres segments del dígit 1 estan controlats per l’estat 0 de l’ASM i cinc segments del dígit 1 estan controlats per l’estat 1 de l’ASM. Com a resultat, tots els segments de cada dígit de la pantalla LED s’obtenen concatenant els segments des dels seus dos estats corresponents. La taula 2 descriu la ubicació de cadascun dels segments del dígit 1 a la memòria RAM ASM. De manera similar, els estats 2 a 7 de l'ASM inclouen respectivament les ubicacions del segment del dígit 2 al dígit 4.

Com es veu a la taula 2, els segments OUT 3 a OUT 7 de l’estat 0 i OUT 0 a OUT 2 segments de l’estat 1 no s’utilitzen. El disseny GreenPAK de la figura 5 pot controlar una pantalla 4x11 configurant els segments OUT 0 a OUT 2 de tots els estats senars de l'ASM. Aquest disseny es pot ampliar per controlar una pantalla 4xN estesa (N fins a 16 segments) mitjançant l'ús de més cel·les lògiques DFF i GPIO.

Pas 6: proves

La figura 8 mostra l’esquema de prova utilitzat per mostrar números decimals a la pantalla LED de 4x7 segments. Un Arduino Uno s’utilitza per comunicar-se amb I2C amb els registres RAM ASM de GreenPAK. Per obtenir més informació sobre la comunicació I2C, consulteu [6]. Els pins d'ànode comuns de la pantalla estan connectats als GPIO de selecció de dígits. Els pins del segment estan connectats a l'ASM mitjançant resistències de limitació de corrent. La mida de la resistència que limita el corrent és inversament proporcional a la brillantor de la pantalla LED. L'usuari pot seleccionar la intensitat de les resistències limitadores de corrent en funció del corrent mitjà màxim de GreenPAK GPIO i del corrent continu màxim de la pantalla LED.

La taula 3 descriu els números decimals del 0 al 9 en format binari i hexadecimal que es mostraran a la pantalla 4x7. 0 indica que un segment està ACTIVAT i 1 indica que el segment està DESACTIVAT. Com es mostra a la taula 3, calen dos bytes per mostrar un número a la pantalla. En correlacionar la Taula 1, la Taula 2 i la Taula 3, l'usuari pot modificar els registres RAM de l'ASM per mostrar diferents números a la pantalla.

La taula 4 descriu l'estructura d'ordres I2C per al dígit 1 a la pantalla LED 4x7. Les ordres I2C requereixen un bit d’inici, un byte de control, una adreça de paraula, un byte de dades i un bit d’aturada. Es poden escriure ordres I2C similars per als dígits 2, 3 i 4.

Per exemple, per escriure 1234 a la pantalla LED 4x7, s’escriuen les ordres I2C següents.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

En escriure repetidament els vuit bytes de l'ASM, l'usuari pot modificar el patró mostrat. Com a exemple, s'inclou un codi de comptador al fitxer ZIP de la nota de l'aplicació al lloc web de Dialog.

Conclusions

La solució GreenPAK descrita en aquest document instructiu permet a l'usuari minimitzar els costos, el recompte de components, l'espai de la placa i el consum d'energia.

La majoria de les vegades les MCU tenen un nombre limitat de GPIO, de manera que descarregar els LED que condueixen GPIO a un IC GreenPAK petit i econòmic permet a l’usuari estalviar E / S per a funcionalitats addicionals.

A més, els IC GreenPAK són fàcils de provar. La memòria RAM ASM es pot modificar fent clic en uns quants botons del programari de disseny GreenPAK, que indica modificacions de disseny flexibles. En configurar l'ASM tal com es descriu en aquest manual, l'usuari pot controlar quatre pantalles LED de segment N amb un màxim de 16 segments cadascuna.