Светодиодный матричный дисплей с прокруткой 48 X 8 с использованием Arduino и регистров сдвига: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Всем здравствуйте

Это мой первый учебник, и он посвящен созданию программируемой светодиодной матрицы с прокруткой 48 x 8 с использованием регистров сдвига Arduino Uno и 74HC595. Это был мой первый проект с платой для разработки Arduino. Это был вызов, брошенный мне моим учителем. В то время, когда я принял этот вызов, я даже не знал, как мигать светодиодом с помощью Arduino. Итак, я думаю, что даже новичок может сделать это, проявив немного терпения и понимания. Я начал с небольшого исследования регистров сдвига и мультиплексирования в Arduino. Если вы новичок в регистрах сдвига, я рекомендую изучить основы мультиплексирования и последовательного соединения регистров сдвига, прежде чем начинать работу с матрицами. Это очень поможет вам понять код и работу прокручиваемого дисплея.

Шаг 1. Сбор инструментов и компонентов

Компоненты

• 1. Arduino Uno R3 - 1
• 2. 74HC595 8-битные регистры сдвига из последовательного в параллельный. - 7
• 3. Транзисторы BC 548 / 2N4401 - 8
• 4. Резисторы 470 Ом - количество столбцов + 8
• 5. Доска Pref 6х4 дюйма - 4 шт.
• 6. Провода с цветовой кодировкой - по мере необходимости.
• 7. Держатели микросхем - 7
• 8. 5 мм или 3 мм 8x8 одноцветная светодиодная матрица с общим катодом - 6
• 9. Мужские и женские заголовки - по мере необходимости.

Необходимые инструменты

• 1. Комплект для пайки
• 2. Мультиметр
• 3. Клеевой пистолет.
• 4. Насос для распайки
• 5. Источник питания 5 В

Шаг 2: Создание схемы на макетной плате

Первое, что вы должны сделать перед созданием прототипа, - это получить схему выводов вашей матрицы 8x8 и отметить контрольную точку для идентификации выводов во всех ваших матрицах. Это может помочь вам при сборке схемы.

Я приложил схему контактов матричного модуля, который использовал здесь. В моем модуле строки были отрицательными выводами. Эта схема выводов остается неизменной для большинства модулей, представленных на рынке.

На схеме показано, что один регистр сдвига используется для управления 8 строками, а для управления столбцами мы используем один регистр сдвига для каждых 8 столбцов.

Давайте создадим на макете простой экран с прокруткой 8 x 8.

Схема разделена на две части - управление строками и столбцами. Сначала создадим элемент управления столбцом.

Вывод 4 от Arduino подключен к выводу 14 (SER) сдвигового регистра. (Это вывод последовательного ввода данных сдвигового регистра. Логические уровни, необходимые для включения светодиодов, подаются через этот вывод

Вывод 3 от Arduino подключен к выводу 12 (RCLK) сдвигового регистра. (Назовем этот вывод выводом выходного тактового сигнала. Данные из памяти сдвиговых регистров передаются на выход при срабатывании этих тактовых импульсов.)

Вывод 2 от Arduino подключен к выводу 11 (SRCLK) сдвигового регистра. (Это входной тактовый вывод, который перемещает данные в память.)

VCC + 5 В подается в регистр сдвига через его вывод 16, и то же самое подключено к выводу 10. (Почему? Вывод 10 - это вывод SRCLR, который очищает данные в регистре сдвига при срабатывании триггера. Это активный вывод низкого уровня., поэтому для сохранения данных в памяти сдвигового регистра на этот вывод необходимо постоянно подавать + 5В.)

Земля подключена как к выводу GND (вывод 8 регистра сдвига), так и к выводу OE (вывод 13 регистра сдвига). (Почему? Вывод разрешения выхода должен быть запущен, чтобы выдавать выходы в соответствии с тактовым сигналом. Это активный низкий вывод, как и вывод SRCLR, поэтому его необходимо поддерживать в основном состоянии все время, чтобы включить выходы.)

Контакты столбцов матрицы подключены к регистру сдвига, как показано на принципиальной схеме, с резистором 470 Ом между матрицей и регистром сдвига

Теперь что касается схемы управления рядом.

Вывод 7 от Arduino подключен к выводу 14 (SER) регистра сдвига

Вывод 5 от Arduino подключен к выводу 11 (SRCLK) сдвигового регистра

Вывод 6 от Arduino подключен к выводу 12 (RCLK) сдвигового регистра

VCC + 5V подается на контакты 16 и 10, как описано выше

Земля подключена к контактам 8 и 13

Как я уже упоминал выше, в моем случае строки были отрицательными контактами. Лучше рассматривать отрицательные контакты вашей матрицы как строки вашего дисплея. Заземление необходимо переключить на эти отрицательные контакты с помощью транзисторов BC548 / 2N4401, которые управляются выходными логическими уровнями сдвигового регистра. Таким образом, чем больше отрицательных выводов, тем больше нам нужно транзисторов

Соедините ряды, как показано на принципиальной схеме

Если вам удалось создать прототип матричного дисплея 8 x 8, вы можете просто скопировать часть схемы для управления столбцами и расширить матрицу до любого количества столбцов. Вам просто нужно добавить один 74HC595 на каждые 8 столбцов (один модуль 8 x 8) и подключить его последовательно к предыдущему.

Последовательное соединение регистров сдвига для добавления дополнительных столбцов

Гирляндная цепь в электротехнике - это схема подключения, при которой несколько устройств подключаются друг к другу в определенной последовательности.

Механизм прост: контакты SRCLK (входной синхросигнал. Контакт 11) и RCLK (выходной синхросигнал. Контакт 12) являются общими для всех последовательно соединенных регистров сдвига, в то время как каждый ПИН QH (контакт 9) предыдущего регистра сдвига в Цепочка используется в качестве последовательного входа для следующего регистра сдвига через PIN SER (вывод 14).

Проще говоря, путем последовательного соединения регистров сдвига ими можно управлять как одним регистром сдвига с большей памятью. Например, если вы последовательно соедините два 8-битных регистра сдвига, они будут работать как один 16-битный регистр сдвига.

Код

В коде мы загружаем столбцы с соответствующими логическими уровнями в соответствии с вводом, пока мы просматриваем строки. Символы от A до Z определены в коде как логические уровни в массиве байтов. Каждый символ имеет ширину 5 пикселей и высоту 7 пикселей. Я дал более подробное объяснение работы кода в виде комментариев в самом коде.

Код Arduino прилагается здесь.

Шаг 3: Пайка

Чтобы упростить понимание паяной схемы, я сделал ее как можно больше и выделил отдельные платы для контроллеров строк и столбцов и соединил их вместе с помощью заголовков и проводов. Вы можете сделать его намного меньше, припаяв компоненты ближе друг к другу, или, если вы хорошо разбираетесь в дизайне печатных плат, вы также можете сделать меньшую индивидуальную печатную плату.

Обязательно установите резистор 470 Ом на каждый вывод, ведущий к матрице. Всегда используйте разъемы для подключения светодиодных матриц к плате. Лучше не припаивать их непосредственно к плате, так как длительное воздействие тепла может привести к их необратимому повреждению.

Поскольку я сделал отдельные платы для элементов управления строками и столбцами, я протянул провода от одной платы к другой, чтобы соединить столбцы. Здесь доска вверху предназначена для управления строками, а доска внизу - для управления столбцами.

ему просто нужен только один 74HC595, чтобы управлять всеми 8 рядами. Но в зависимости от количества столбцов следует добавить больше регистров сдвига, теоретического ограничения на количество столбцов, которые вы можете добавить в эту матрицу, не существует. Насколько большим вы можете это сделать? Дай мне знать, когда приедешь!;)

Шаг 4: Тестирование законченной первой половины круга

Всегда проверяйте его на полпути, чтобы найти возможные ошибки, такие как неплотное соединение, неправильное соединение контактов и т. Д.: Многие люди, просившие меня помочь в поиске ошибки в своей матрице, сделали свою ошибку с выводом выводов строки-столбца модуля матрицы. Дважды проверьте это перед пайкой и используйте провода с цветовой кодировкой, чтобы легко различать контакты.

Шаг 5: Строим вторую половину

Продлите ту же цепь управления колонкой. Ряды соединяются последовательно с предыдущим.

Выводы SRCLK и RCLK взяты параллельно, а QH (вывод последовательных данных. Вывод 9) последнего сдвигового регистра законченной схемы подключается к SER (вывод последовательных данных. Вывод 14) следующего сдвигового регистра. Питание VCC и GND также распределяется между всеми микросхемами.

Шаг 6: результат

После того, как вы закончите пайку, следующим шагом будет изготовление корпуса для вашего дисплея. Всегда лучше создать индивидуальный корпус с помощью Fusion 360 или любого другого инструмента для 3D-дизайна и напечатать его на 3D-принтере. Поскольку в то время у меня не было доступа к 3D-печати, я сделал деревянный ящик с помощью друга, который хорошо разбирается в дереве.

Надеюсь, вам понравилось читать это руководство. Разместите фотографии своей версии этого проекта в разделе комментариев ниже, и если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь задавать их здесь или отправляйте письмо по адресу [email protected]. Я буду рад вам помочь.