DIY 4xN LED upravljački program: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

LED ekrani se široko koriste u sistemima, od digitalnih satova, brojača, mjerača vremena, elektronskih brojila, osnovnih kalkulatora i drugih elektroničkih uređaja koji mogu prikazati numeričke informacije. Slika 1 prikazuje primjer 7-segmentnog LED ekrana koji može prikazati decimalne brojeve i znakove. Kako se svaki segment na LED zaslonu može pojedinačno kontrolirati, ova kontrola može zahtijevati mnogo signala, posebno za više znamenki. Ovaj Instructable opisuje implementaciju zasnovanu 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 da biste vidjeli već završenu GreenPAK datoteku za dizajn. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i pritisnite program za kreiranje prilagođenog IC -a za 4xN LED upravljački program.

Korak 1: Pozadina

LED ekrani su podijeljeni u dvije kategorije: zajednička anoda i zajednička katoda. U zajedničkoj konfiguraciji anode, anodni terminali su interno spojeni zajedno kao što je prikazano na slici 2. Za uključivanje LED diode, zajednička anodna stezaljka je spojena na mrežni napon sistema VDD, a katodni terminali su spojeni 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 ekrana zajedničke katode, zajednički katodni terminali su spojeni na masu, a anodni terminali u sistem napon napajanja VDD preko otpornika za ograničavanje struje.

Multipleksirani LED ekran sa N znamenki može se dobiti spajanjem N pojedinačnih 7-segmentnih LED ekrana. Na slici 4 prikazan je primjer 4x7 LED ekrana dobijenog kombinovanjem 4 pojedinačna 7 -segmentna ekrana 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) treba spolja spojiti zajedno. Za konfiguriranje 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 dizajn se 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 i segmentni i digitalni signal u jednom dizajnu. Signali segmenata generiraju se iz ASM -a, a signali za odabir znamenki iz lanca DFF. Signali segmenata su povezani na segmentne pinove preko otpornika za ograničavanje struje, ali su signali za odabir znamenki povezani sa zajedničkim pinovima ekrana.

Korak 3: Generiranje digitalnog signala

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

Ovi signali pokreću uobičajene pinove ekrana. 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 nivo, ovaj dizajn koristi kontrolni sistem koji izbjegava mogućnost brzog prebacivanja kroz više stanja tokom visokog perioda takta od 7,5 ms. Ova specifična implementacija oslanja se na uzastopna ASM stanja kontrolirana obrnutim polaritetom sata. I segmentni i digitalni signal generiše isti unutrašnji oscilator od 25 kHz.

Korak 5: ASM konfiguracija

Slika 7 opisuje dijagram stanja ASM -a. Stanje 0 se automatski 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 kao što je prikazano na slici 5, prije nego ASM prijeđe u sljedeće stanje. Ovi DFF -ovi hvataju podatke iz parnih stanja ASM -a, što omogućuje korisniku da kontrolira prošireni prikaz 4x11/4xN (N do 16 segmenata) koristeći GreenPAK -ov ASM.

Svakom znamenkom na displeju 4xN upravljaju dva stanja ASM -a. Stanje 0/1, stanje 2/3, stanje 4/5 i stanje 6/7 kontrolišu redom znamenke 1, znamenke 2, znamenke 3 i znamenke 4. Tablica 1 opisuje stanja ASM -a zajedno s pripadajućim RAM adresama za kontrolu svakog cifra.

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 lokaciju svakog od segmenata 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 Tabele 2, segmenti stanja OUT 3 do OUT 7 i 0 OUT 0 do OUT 2 segmenti stanja 1 su neiskorišteni. GreenPAK dizajn na slici 5 može kontrolirati prikaz 4x11 konfiguriranjem OUT 0 do OUT 2 segmenata svih neparnih stanja ASM -a. Ovaj dizajn se 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 prikazivanje decimalnih brojeva na 4x7-segmentnom LED displeju. Arduino Uno se koristi za I2C komunikaciju s GreenPAK -ovim ASM RAM registrima. Više informacija o I2C komunikaciji potražite u [6]. Uobičajeni anodni pinovi ekrana povezani su sa GPIO -ovima za izbor cifara. Igle segmenata su spojene na ASM preko otpornika za ograničavanje struje. Veličina otpornika koja ograničava struju obrnuto je proporcionalna svjetlini LED ekrana. Korisnik može odabrati jačinu otpornika za ograničavanje struje ovisno o maksimalnoj 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 ekranu 4x7. 0 označava da je segment UKLJUČEN, a 1 da je segment isključen. Kao što je prikazano u Tabeli 3, potrebna su dva bajta za prikaz broja na ekranu. Korelacijom Tabela 1, Tabela 2 i Tabela 3, korisnik može izmijeniti ASM -ove RAM registre tako da prikazuju različite brojeve na ekranu.

Tablica 4 opisuje strukturu naredbi I2C za znamenku 1 na 4x7 LED zaslonu. I2C komande 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 ekranu, zapisuju se sljedeće I2C naredbe.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

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

Zaključci

Rješenje GreenPAK opisano u ovom uputstvu omogućava korisniku da smanji troškove, broj komponenti, prostor na ploči i potrošnju energije.

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

Štaviše, GreenPAK IC -ovi se lako testiraju. ASM RAM može se promijeniti pritiskom na nekoliko tipki u softveru GreenPAK Designer, što ukazuje na fleksibilne izmjene dizajna. Konfiguriranjem ASM-a kako je opisano u ovom Instructable, korisnik može kontrolirati četiri LED displeja u N segmentu sa po 16 segmenata svaki.