Светодиодный драйвер DIY 4xN: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Светодиодные дисплеи широко используются в различных системах, от цифровых часов, счетчиков, таймеров, электронных счетчиков, базовых калькуляторов и других электронных устройств, способных отображать числовую информацию. На рисунке 1 показан пример 7-сегментного светодиодного дисплея, который может отображать десятичные числа и символы. Поскольку каждым сегментом на светодиодном дисплее можно управлять индивидуально, для этого элемента управления может потребоваться много сигналов, особенно для нескольких цифр. В этом руководстве описывается реализация на основе GreenPAK ™ для управления несколькими цифрами с помощью 2-проводного интерфейса I2C от MCU.

Ниже мы описали шаги, необходимые для понимания того, как микросхема GreenPAK была запрограммирована для создания драйвера светодиода 4xN. 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 нажмите программу, чтобы создать индивидуальную ИС для драйвера светодиода 4xN.

Шаг 1. Справочная информация

Светодиодные дисплеи делятся на две категории: с общим анодом и общим катодом. В конфигурации с общим анодом выводы анода закорочены вместе, как показано на рисунке 2. Чтобы включить светодиод, общий вывод анода подключается к системному напряжению питания VDD, а выводы катода подключаются к земле через токоограничивающие резисторы.

Общая конфигурация катода аналогична конфигурации общего анода, за исключением того, что выводы катода закорочены вместе, как показано на рисунке 3. Чтобы включить светодиодный дисплей с общим катодом, выводы общего катода подключаются к земле, а выводы анода подключаются к системе. напряжение питания VDD через токоограничивающие резисторы.

N-значный мультиплексированный светодиодный дисплей может быть получен путем объединения N отдельных 7-сегментных светодиодных дисплеев. На рисунке 4 показан пример светодиодного дисплея 4x7, полученный путем объединения 4 отдельных 7-сегментных дисплеев в общей конфигурации анода.

Как видно на рисунке 4, каждая цифра имеет общий анодный вывод / объединительную плату, которую можно использовать для индивидуального включения каждой цифры. Катодные контакты для каждого сегмента (A, B,… G, DP) должны быть закорочены снаружи. Чтобы настроить этот светодиодный дисплей 4x7, пользователю требуется всего 12 контактов (4 общих контакта для каждой цифры и 8-сегментные контакты) для управления всеми 32 сегментами мультиплексированного дисплея 4x7.

Схема GreenPAK, подробно описанная ниже, показывает, как генерировать управляющие сигналы для этого светодиодного дисплея. Эта конструкция может быть расширена для управления до 4 цифр и 16 сегментов. В разделе «Ссылки» вы найдете ссылку на файлы дизайна GreenPAK, доступные на веб-сайте Dialog.

Шаг 2: Дизайн GreenPAK

Схема GreenPAK, показанная на Рисунке 5, включает в себя генерацию сегментных и цифровых сигналов в одной конструкции. Сегментные сигналы генерируются из ASM, а сигналы выбора цифр создаются из цепочки DFF. Сигналы сегмента подключаются к выводам сегмента через токоограничивающие резисторы, а сигналы выбора разряда подключаются к общим выводам дисплея.

Шаг 3: Генерация цифрового сигнала

Как описано в разделе 4, каждая цифра на мультиплексном дисплее имеет отдельную объединительную плату. В GreenPAK сигналы для каждой цифры генерируются цепочкой DFF, управляемой внутренним генератором.

Эти сигналы управляют общими выводами дисплея. На рисунке 6 показаны сигналы выбора разряда.

Канал 1 (желтый) - контакт 6 (цифра 1)

Канал 2 (зеленый) - контакт 3 (цифра 2)

Канал 3 (синий) - контакт 4 (цифра 3)

Канал 4 (пурпурный) - контакт 5 (цифра 4)

Шаг 4: Генерация сегментного сигнала

ASM GreenPAK генерирует различные шаблоны для управления сигналами сегмента. Счетчик 7,5 мс циклически перебирает состояния ASM. Поскольку ASM чувствителен к уровню, в этой конструкции используется система управления, исключающая возможность быстрого переключения между несколькими состояниями в течение высокого периода тактовой частоты 7,5 мс. Эта конкретная реализация полагается на последовательные состояния ASM, управляемые инвертированными полярностями часов. И сегментный, и цифровой сигналы генерируются одним и тем же внутренним генератором 25 кГц.

Шаг 5: Конфигурация ASM

На рисунке 7 представлена диаграмма состояний ASM. Состояние 0 автоматически переключается в состояние 1. Аналогичное переключение происходит из состояния 2 в состояние 3, из состояния 4 в состояние 5 и из состояния 6 в состояние 7. Данные из состояния 0, состояния 2, состояния 4 и состояния 6 мгновенно фиксируются с использованием DFF 1, DFF 2 и DFF 7, как показано на рисунке 5, перед переходом ASM в следующее состояние. Эти DFF фиксируют данные из четных состояний ASM, что позволяет пользователю управлять расширенным дисплеем 4x11 / 4xN (N до 16 сегментов) с помощью ASM GreenPAK.

Каждая цифра на дисплее 4xN контролируется двумя состояниями ASM. Состояние 0/1, Состояние 2/3, Состояние 4/5 и Состояние 6/7, соответственно, управляют Цифрой 1, Цифрой 2, Цифрой 3 и Цифрой 4. В таблице 1 описаны состояния ASM вместе с соответствующими адресами ОЗУ для управления каждым из них. цифра.

В каждом состоянии ОЗУ ASM хранится один байт данных. Таким образом, для настройки дисплея 4x7 три сегмента цифры 1 контролируются состоянием 0 ASM, а пять сегментов цифры 1 контролируются состоянием 1 ASM. В результате все сегменты каждой цифры на светодиодном дисплее получаются путем объединения сегментов из их соответствующих двух состояний. Таблица 2 описывает расположение каждого из сегментов разряда 1 в ОЗУ ASM. Аналогичным образом, состояния с 2 по 7 ASM включают соответственно местоположения сегментов с цифры 2 по цифру 4.

Как видно из таблицы 2, сегменты OUT 3 - OUT 7 состояния 0 и сегменты OUT 0 - OUT 2 состояния 1 не используются. Схема GreenPAK на рисунке 5 может управлять дисплеем 4x11 путем настройки сегментов OUT 0 - OUT 2 всех нечетных состояний ASM. Эта конструкция может быть дополнительно расширена для управления расширенным дисплеем 4xN (N до 16 сегментов) за счет использования большего количества логических ячеек DFF и GPIO.

Шаг 6: Тестирование

На рисунке 8 показана тестовая схема, используемая для отображения десятичных чисел на 4х7-сегментном светодиодном дисплее. Arduino Uno используется для связи I2C с регистрами RAM ASM GreenPAK. Для получения дополнительной информации о связи I2C, пожалуйста, обратитесь к [6]. Общие анодные контакты дисплея подключены к GPIO выбора цифр. Выводы сегмента подключены к ASM через токоограничивающие резисторы. Размер токоограничивающего резистора обратно пропорционален яркости светодиодного дисплея. Пользователь может выбрать силу токоограничивающих резисторов в зависимости от максимального среднего тока GPIO GreenPAK и максимального постоянного тока светодиодного дисплея.

В таблице 3 описаны десятичные числа от 0 до 9 как в двоичном, так и в шестнадцатеричном формате, которые будут отображаться на дисплее 4x7. 0 указывает, что сегмент включен, а 1 указывает, что сегмент выключен. Как показано в таблице 3, для отображения числа на дисплее требуется два байта. Сопоставляя Таблицу 1, Таблицу 2 и Таблицу 3, пользователь может изменять регистры RAM ASM для отображения различных чисел на экране.

В таблице 4 описана структура команд I2C для разряда 1 на светодиодном дисплее 4x7. Для команд I2C требуется стартовый бит, байт управления, адрес слова, байт данных и стоповый бит. Аналогичные команды I2C могут быть написаны для цифры 2, цифры 3 и цифры 4.

Например, чтобы написать 1234 на светодиодном дисплее 4x7, записываются следующие команды I2C.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Повторно записывая все восемь байтов ASM, пользователь может изменять отображаемый шаблон. Например, код счетчика включен в ZIP-файл заметки по применению на веб-сайте Dialog.

Выводы

Решение GreenPAK, описанное в этой инструкции, позволяет пользователю минимизировать стоимость, количество компонентов, пространство на плате и энергопотребление.

В большинстве случаев микроконтроллеры имеют ограниченное количество GPIO, поэтому перенос светодиодов, управляющих GPIO, на небольшую и недорогую IC GreenPAK позволяет пользователю сэкономить ввод-вывод для дополнительных функций.

Более того, ИС GreenPAK легко тестировать. ОЗУ ASM можно изменить одним нажатием нескольких кнопок в программе GreenPAK Designer, что указывает на гибкость модификации конструкции. Настроив ASM, как описано в этом руководстве, пользователь может управлять четырьмя N-сегментными светодиодными дисплеями, каждый из которых может содержать до 16 сегментов.