Автомобильный указатель поворота с анимацией своими руками: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

В последнее время анимированные светодиодные индикаторы спереди и сзади стали нормой в автомобильной промышленности. Эти бегущие светодиодные узоры часто представляют собой товарный знак производителей автомобилей и также используются для визуальной эстетики. Анимации могут иметь разные шаблоны выполнения и могут быть реализованы без какого-либо MCU с использованием нескольких дискретных микросхем.

Основными требованиями к таким конструкциям являются: воспроизводимая производительность во время нормальной работы, возможность принудительного включения всех светодиодов, низкое энергопотребление, отключение используемого стабилизатора LDO во время сбоя, загрузка драйвера светодиода перед его включением и т. Д. Кроме того, требования могут различаться. от одного производителя к другому. Более того, обычно в автомобильных приложениях микросхемы TSSOP обычно предпочтительнее из-за их надежности по сравнению с микросхемами QFN, поскольку они, как известно, склонны к проблемам усталости припоя, особенно в суровых условиях. К счастью, для этого автомобильного применения Dialog Semiconductor предлагает подходящую CMIC, а именно SLG46620, доступную как в пакетах QFN, так и в TSSOP.

Все требования к анимированным светодиодным индикаторам в настоящее время удовлетворяются в автомобильной промышленности с использованием дискретных микросхем. Однако уровень гибкости, обеспечиваемый CMIC, не имеет себе равных и может легко удовлетворить различные требования нескольких производителей без каких-либо изменений в конструкции оборудования. Кроме того, достигается значительное сокращение занимаемой площади печатной платы и экономия затрат.

В этом руководстве представлено подробное описание создания различных анимированных шаблонов световых индикаторов с помощью SLG46620.

Ниже мы описали шаги, необходимые для понимания того, как было запрограммировано решение для создания автомобильного сигнала поворота с анимацией. Однако, если вы просто хотите получить результат программирования, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже заполненный файл дизайна GreenPAK. Подключите GreenPAK Development Kit к компьютеру и запустите программу для создания автомобильного сигнала поворота с анимацией.

Шаг 1. Значение отрасли

Шаблоны сигналов поворота, показанные в этой инструкции, в настоящее время реализованы в автомобильной промышленности с использованием ряда дискретных микросхем для управления последовательностью шаблонов светодиодных индикаторов автомобиля. Выбранный CMIC SLG46620 заменит по крайней мере следующие компоненты в текущем промышленном образце:

● 1 микросхема таймера № 555 (например, TLC555QDRQ1)

● 1 счетчик Джонсона № (например, CD4017)

● 2 триггера типа D с положительным фронтом (например, 74HC74)

● 1 вентиль № ИЛИ (например, CAHCT1G32)

● Несколько пассивных компонентов, например катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. Д.

В таблице 1 показано экономическое преимущество, полученное при использовании выбранной системы Dialog CMIC для последовательностей указателей поворота по сравнению с существующим промышленным решением.

Выбранная CMIC SLG46620 будет стоить менее 0,50 доллара США, поэтому общая стоимость схемы управления светодиодами значительно снизится. Кроме того, достигается значительное сравнительное сокращение занимаемой площади на печатной плате.

Шаг 2: проектирование системы

На рисунке 1 представлена схема первой предложенной схемы. Основные компоненты схемы включают стабилизатор напряжения LDO, драйвер автомобильного светодиода, CMIC SLG46620, 11 полевых МОП-транзисторов логического уровня и 10 светодиодов. Стабилизатор напряжения LDO обеспечивает подачу соответствующего напряжения на CMIC, и если напряжение батареи падает с определенного уровня, CMIC сбрасывается через вывод PG (Power Good). При любой неисправности, обнаруженной драйвером светодиода, стабилизатор напряжения LDO отключается. CMIC SLG46620 генерирует цифровые сигналы для управления светодиодами поворота, обозначенными 1-10, через полевые МОП-транзисторы. Кроме того, выбранный CMIC также выдает разрешающий сигнал для одноканального драйвера, который, в свою очередь, приводит в действие полевой МОП-транзистор Q1 для загрузки драйвера, работающего в режиме постоянного тока.

Также возможен вариант этой схемы, в котором используется многоканальный драйвер, как показано на рисунке 2. В этом варианте ток возбуждения каждого канала уменьшается по сравнению с одноканальным драйвером.

Шаг 3: Дизайн GreenPak

Подходящим способом достижения цели гибких шаблонов светодиодных индикаторов является использование концепции конечного автомата (FSM). Dialog semiconductor предоставляет несколько карт CMIC, которые содержат встроенный блок ASM. Однако, к сожалению, все эти CMIC, доступные в пакетах QFN, не рекомендуются для использования в суровых условиях. Поэтому был выбран SLG46620, который доступен как в упаковке QFN, так и в TSSOP.

Представлены три примера для трех различных светодиодных анимаций. В первых двух примерах мы рассматриваем одноканальный драйвер, как показано на рисунке 1. В третьем примере мы предполагаем, что доступны несколько канальных драйверов, как показано на рисунке 2, и каждый канал используется для управления отдельным светодиодом. Используя ту же концепцию, можно получить и другие узоры.

В первом примере конструкции светодиоды 1-10 последовательно включаются один за другим по истечении определенного программируемого периода времени, как показано на рисунке 3.

Во втором примере конструкции 2 светодиода последовательно добавляются в узор, как показано на рисунке 4.

На рисунке 5 показано, как альтернативные светодиоды последовательно добавляются в рисунок в третьем предложенном дизайне.

Поскольку в SLG46620 нет встроенного блока ASM, конечный автомат Мура разработан с использованием доступных блоков, а именно счетчиков, DFF и LUT. Машина Мура с 16 состояниями разработана с использованием таблицы 2 для трех примеров. В таблице 2 приведены все биты текущего состояния и следующего состояния. Кроме того, также предусмотрены биты для всех выходных сигналов. Из таблицы 2 уравнения следующего состояния и все выходы оцениваются в терминах битов текущего состояния.

В основе разработки 4-битной машины Мура лежат 4 блока DFF. Каждый блок DFF функционально представляет один бит из четырех: ABCD. Когда индикаторный сигнал высокий (соответствует включенному переключателю индикатора), для каждого тактового импульса требуется переход из одного состояния в другое, что в результате приводит к возникновению различных шаблонов светодиодов. С другой стороны, когда индикаторный сигнал низкий, целью является стационарный рисунок со всеми включенными светодиодами в каждом примере конструкции.

На рисунке 3 показаны функциональные возможности разработанной 4-битной (ABCD) машины Мура для каждого примера. Основная идея разработки такого конечного автомата состоит в том, чтобы представить каждый бит следующего состояния, сигнал разрешения и сигнал каждого выходного контакта (назначенный для светодиодов) в терминах текущего состояния. Вот где LUT вносят свой вклад. Все 4 бита текущего состояния подаются на разные LUT, чтобы в основном получить требуемый сигнал в следующем состоянии на фронте тактового импульса. Для тактового импульса счетчик сконфигурирован для обеспечения последовательности импульсов с подходящим периодом.

Для каждого примера каждый бит следующего состояния оценивается в терминах текущего состояния с использованием следующих уравнений, полученных из K-Maps:

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

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

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

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

где IND представляет собой индикаторный сигнал.

Более подробная информация о каждом из трех примеров приводится ниже.

Шаг 4: Пример дизайна 1

Уравнения разрешающего сигнала и сигналов управления светодиодами для 1-го примера, в котором каждый светодиод включается последовательно, используя схему на Рисунке 1, показаны ниже.

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

На Рисунке 7 показана конструкция Matrix-0 GreenPAK из Примера 1. 4 DFF используются для разработки 4-битной машины Мура. DFF с опцией сброса (3 из Матрицы-0 и 1 из Матрицы-1) выбираются так, чтобы Машину Мура можно было легко сбросить. Счетчик с подходящим периодом времени 72 мс настроен на изменение состояния Машины после каждого периода. LUT с соответствующими конфигурациями используются для получения функций для входов DFF, сигнала включения драйвера (En) и выходных контактов: DO1-DO10.

В матрице, показанной на рисунке 8, остальные ресурсы GreenPAK используются для завершения проектирования с использованием методологии, описанной ранее. Для ясности рисунки обозначены соответствующим образом.

Шаг 5: Пример дизайна 2

Уравнения разрешающего сигнала и сигналов управления светодиодами для 2-го примера с двумя добавленными светодиодами в последовательном шаблоне с использованием схемы на Рисунке 1 показаны ниже.

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

На рисунках 9 и 10 представлены конструкции Matrix-0 и 1 GreenPAK из Примера 2. Базовая конструкция аналогична конструкции из Примера 1. Для сравнения, основные отличия заключаются в функции включения драйвера (En) и отсутствии соединений DO1, DO3, DO5, DO7 и DO10, которые в этой конструкции отключены.

Шаг 6: Пример проектирования 3

Уравнения разрешающего сигнала и сигналов возбуждения светодиодов для 3-го примера, генерирующего альтернативную последовательность последовательного добавления светодиодов с использованием схемы на рисунке 2, приведены ниже.

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

На рисунках 11 и 12 представлены конструкции Matrix-0 и 1 GreenPAK из Примера 3. В этой конструкции есть два отдельных сигнала включения драйвера (En1 и En2) для драйверов 1 и 2. Кроме того, выходные контакты подключены к выходам соответствующим образом настроенных LUT.

На этом завершается разработка GreenPAK в Примере 1, Примере 2 и Примере 3.

Шаг 7: Результаты экспериментов

Удобный способ проверить конструкции Примера 1, Примера 2 и Примера 3 - это эксперимент и визуальный осмотр. Временное поведение каждой схемы анализируется с помощью логического анализатора, и результаты представлены в этом разделе.

На рисунке 13 показано временное поведение различных выходных сигналов для примера 1, когда индикатор включен (IND = 1). Можно заметить, что сигналы для выходных контактов DO1-DO5 последовательно включаются за другим после истечения установленного периода времени в соответствии с таблицей 2. Схема сигналов, подаваемых на контакты DO6-DO10, также аналогична. Сигнал включения драйвера (En) включается при включении любого из сигналов DO1-DO10, в противном случае - выключен. Во время анимации, когда сигнал индикатора становится низким (IND = 0), сигналы En и DO10 включаются и остаются на логическом уровне. Короче говоря, результаты соответствуют требованиям и подтверждают теоретические предложения для примера 1.

На рисунке 14 изображена временная диаграмма различных выходных сигналов для примера 2 с включенным сигналом индикатора (IND = 1). Замечено, что сигналы для выходных контактов DO1-DO5 включаются поочередно в последовательности через некоторый период времени в соответствии с таблицей 2. Контакты DO1, DO3 и DO5 остаются на низком уровне, тогда как сигналы для DO2 и DO4 попеременно меняются. последовательно. Аналогичные закономерности наблюдаются и для DO6-DO10 (на рисунке не показаны из-за ограниченного количества входов анализатора). Когда включен какой-либо из сигналов DO1-DO10, также включается сигнал включения драйвера (En), который в противном случае остается выключенным. На протяжении всей анимации, когда сигнал индикатора становится низким (IND = 0), сигналы En и DO10 включаются и остаются на логическом уровне. Результаты точно соответствуют требованиям и теоретическим идеям для примера 2.

На рисунке 15 показана временная диаграмма различных выходных сигналов для примера 3 с включенным сигналом индикатора (IND = 1). Можно заметить, что сигналы для выходных контактов DO1-DO7 включаются, как показано в таблице 2. Более того, сигнал на контакте DO9 также ведет себя в соответствии с таблицей 2 (не показано на рисунке). Контакты DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 остаются низкими. На En1 устанавливается высокий логический уровень всякий раз, когда поступает сигнал от DO1, DO3 и DO5, а на En2 устанавливается высокий логический уровень, когда сигнал от DO7 и DO9 становится высоким. В течение всей анимации, когда сигнал индикатора становится низким (IND = 0), все выходные сигналы: En1, En2 и DO1-DO10 включаются и остаются на логическом уровне. Таким образом, можно сделать вывод, что результаты соответствуют требованиям и теоретическим предложениям для Примера 3.

Заключение

Приведено подробное описание различных схем автомобильных поворотников с анимацией. Для этого приложения был выбран подходящий Dialog CMIC SLG46620, поскольку он также доступен в пакете TSSOP, который рекомендуется для промышленных приложений в суровых условиях окружающей среды. Две основные схемы, использующие одноканальные и многоканальные автомобильные драйверы, представлены для разработки гибких моделей последовательной светодиодной анимации. Соответствующие модели конечного автомата Мура разрабатываются для создания желаемой анимации. Для проверки разработанной модели было проведено удобное экспериментирование. Установлено, что функциональные возможности разработанных моделей соответствуют теоретическому замыслу.