DIY Automotive Turn Signal z animacją: 7 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

W ostatnim czasie w branży motoryzacyjnej normą stały się animowane wzory diod LED przednich i tylnych kierunkowskazów. Te biegnące wzory LED często stanowią znak towarowy producentów samochodów i są również wykorzystywane do estetyki wizualnej. Animacje mogą mieć różne wzorce działania i można je zaimplementować bez żadnego MCU przy użyciu kilku dyskretnych układów scalonych.

Główne wymagania tego typu konstrukcji to: powtarzalność działania podczas normalnej pracy, możliwość wymuszenia włączenia wszystkich diod, niski pobór mocy, wyłączenie zastosowanego regulatora LDO podczas awarii, załadowanie sterownika LED przed włączeniem itp. Dodatkowo wymagania mogą się różnić od jednego producenta do drugiego. Ponadto, zwykle w zastosowaniach motoryzacyjnych, układy TSSOP są zwykle preferowane ze względu na ich wytrzymałość w porównaniu z układami QFN, ponieważ wiadomo, że są podatne na problemy ze zmęczeniem lutu, szczególnie w trudnych warunkach. Na szczęście dla tego zastosowania motoryzacyjnego, Dialog Semiconductor zapewnia odpowiedni CMIC, a mianowicie SLG46620, dostępny zarówno w pakietach QFN, jak i TSSOP.

Wszystkie wymagania dotyczące wzorów animowanych wskaźników LED są obecnie spełnione w przemyśle motoryzacyjnym przy użyciu dyskretnych układów scalonych. Jednak poziom elastyczności zapewniany przez CMIC nie ma sobie równych i może z łatwością zaspokoić różne wymagania kilku producentów bez żadnych zmian w konstrukcji sprzętu. Co więcej, osiągnięto również znaczną redukcję gabarytów PCB i oszczędności kosztów.

W tej instrukcji przedstawiono szczegółowy opis uzyskiwania różnych wzorów animowanych wskaźników świetlnych przy użyciu SLG46620.

Poniżej opisaliśmy kroki potrzebne do zrozumienia, w jaki sposób zostało zaprogramowane rozwiązanie do tworzenia samochodowego kierunkowskazu z animacją. Jeśli jednak chcesz tylko uzyskać wynik programowania, pobierz oprogramowanie GreenPAK, aby wyświetlić już ukończony plik projektu GreenPAK. Podłącz zestaw GreenPAK Development Kit do komputera i naciśnij program, aby utworzyć kierunkowskaz samochodowy z animacją.

Krok 1: Wartość branżowa

Wzory kierunkowskazów pokazane w tej Instrukcji są obecnie realizowane w przemyśle samochodowym przy użyciu szeregu dyskretnych układów scalonych do sterowania sekwencją wzorów diod LED wskaźników samochodowych. Wybrany CMIC SLG46620 zastąpiłby co najmniej następujące elementy w obecnym wzornictwie przemysłowym:

● 1 układ scalony timera nr 555 (np. TLC555QDRQ1)

● 1 numer Johnson Counter (np. CD4017)

● 2 przerzutniki typu D typu D, wyzwalane dodatnią krawędzią (np. 74HC74)

● 1 bramka OR (np. CAHCT1G32)

● Kilka elementów pasywnych, tj. cewki indukcyjne, kondensatory, rezystory itp.

Tabela 1 przedstawia korzyści kosztowe uzyskane przy użyciu wybranego okna dialogowego CMIC dla wzorów sekwencyjnych kierunkowskazów kierunkowskazów w porównaniu z obecnym rozwiązaniem przemysłowym.

Wybrany CMIC SLG46620 kosztowałby mniej niż 0,50 USD, więc całkowity koszt obwodów sterujących LED znacznie spada. Ponadto osiągnięto również znaczną redukcję śladu porównawczego PCB.

Krok 2: Projekt systemu

Rysunek 1 przedstawia schemat pierwszego proponowanego schematu. Główne elementy systemu obejmują regulator napięcia LDO, samochodowy sterownik LED, CMIC SLG46620, 11 tranzystorów MOSFET na poziomie logicznym i 10 diod LED. Regulator napięcia LDO zapewnia odpowiednie napięcie dostarczane do CMIC, a jeśli napięcie akumulatora spadnie z pewnego poziomu, CMIC zostanie zresetowany przez pin PG (Power Good). Podczas dowolnego stanu błędu, wykrytego przez sterownik LED, regulator napięcia LDO zostaje wyłączony. SLG46620 CMIC generuje sygnały cyfrowe, aby sterować diodami LED oznaczonymi jako 1-10 przez tranzystory MOSFET. Co więcej, wybrany CMIC wytwarza również sygnał zezwalający dla sterownika jednokanałowego, który z kolei napędza tranzystor MOSFET Q1 w celu załadowania sterownika pracującego w trybie prądu stałego.

Możliwy jest również wariant tego schematu, w którym zastosowano sterownik wielokanałowy, jak pokazano na rysunku 2. W tej opcji prąd sterujący każdego kanału zmniejsza się w porównaniu ze sterownikiem jednokanałowym.

Krok 3: Projekt GreenPak

Odpowiednim sposobem na osiągnięcie celu elastycznych wzorów wskaźników LED jest zastosowanie koncepcji maszyny skończonej (FSM). Półprzewodnik Dialog udostępnia kilka modułów CMIC, które zawierają wbudowany blok ASM. Niestety, wszystkie te elementy CMIC są dostępne w pakietach QFN, które nie są zalecane do pracy w trudnych warunkach. Wybrano więc SLG46620, który jest dostępny zarówno w opakowaniu QFN, jak i TSSOP.

Przedstawiono trzy przykłady dla trzech różnych animacji LED. W pierwszych dwóch przykładach rozważamy sterownik jednokanałowy, jak pokazano na rysunku 1. W trzecim przykładzie zakładamy, że dostępnych jest wiele sterowników kanałów, jak pokazano na rysunku 2, a każdy kanał jest używany do sterowania osobną diodą LED. Korzystając z tej samej koncepcji, można również uzyskać inne wzory.

W pierwszym przykładowym projekcie diody LED od 1 do 10 są kolejno włączane jedna po drugiej po upływie określonego programowalnego okresu czasu, jak pokazano na rysunku 3.

W drugim przykładowym projekcie 2 diody LED są kolejno dodawane we wzorze, jak pokazano na rysunku 4.

Rysunek 5 przedstawia, w jaki sposób alternatywne diody LED są kolejno dodawane do wzoru w trzecim proponowanym projekcie.

Ponieważ w SLG46620 nie ma wbudowanego bloku ASM, skończona maszyna Moore'a jest opracowywana przy użyciu dostępnych bloków, a mianowicie liczników, DFF i LUT. 16-stanowa maszyna Moore'a została opracowana na podstawie tabeli 2 dla trzech przykładów. W Tabeli 2 podane są wszystkie bity stanu obecnego i następnego. Ponadto zapewnione są również bity dla wszystkich sygnałów wyjściowych. Z Tabeli 2 równania następnego stanu i wszystkie wyjścia są oceniane w kategoriach bitów stanu obecnego.

U podstaw rozwoju 4-bitowej maszyny Moore Machine są 4 bloki DFF. Każdy blok DFF reprezentuje funkcjonalnie jeden bit z czterech bitów: ABCD. Gdy sygnał wskaźnika jest wysoki (odpowiadający włącznikowi wskaźnika), przy każdym impulsie zegarowym wymagane jest przejście z jednego stanu do drugiego, co w rezultacie generuje różne wzory diod LED. Z drugiej strony, gdy sygnał wskaźnika jest niski, celem jest stacjonarny wzór, w którym wszystkie diody LED są włączone w każdym przykładzie projektu.

Rysunek 3 przedstawia funkcjonalność opracowanej 4-bitowej (ABCD) maszyny Moore dla każdego przykładu. Podstawową ideą rozwoju takiego FSM jest reprezentowanie każdego bitu następnego stanu, sygnału zezwolenia i każdego sygnału pinu wyjściowego (przypisanego do diod LED) w kontekście aktualnego stanu. W tym miejscu uczestniczą LUT. Wszystkie 4 bity obecnego stanu są podawane do różnych LUT, aby zasadniczo uzyskać wymagany sygnał w następnym stanie na krawędzi impulsu zegarowego. W przypadku impulsu zegarowego licznik jest skonfigurowany tak, aby dostarczał ciąg impulsów o odpowiednim okresie.

Dla każdego przykładu każdy bit następnego stanu jest oceniany pod względem obecnego stanu przy użyciu następujących równań pochodzących z K-Maps:

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

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

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

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

gdzie IND reprezentuje sygnał wskaźnika.

Dalsze szczegóły każdego z trzech przykładów podano poniżej.

Krok 4: Przykład projektu 1

Równania sygnału włączenia i sygnałów sterujących diodą LED dla pierwszego przykładu, z każdą diodą LED włączaną kolejno, zgodnie ze schematem na rysunku 1, są pokazane poniżej.

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

Na rysunku 7 pokazano projekt Matrix-0 GreenPAK z przykładu 1. Do opracowania 4-bitowej maszyny Moore wykorzystano 4 pliki DFF. DFF z opcją resetowania (3 z Matrix-0 i 1 z Matrix-1) są wybrane tak, aby można było wygodnie zresetować maszynę Moore. Licznik z odpowiednim okresem 72 ms jest skonfigurowany do zmiany stanu Maszyny po każdym okresie. Tablice LUT z odpowiednią konfiguracją służą do wyprowadzania funkcji dla wejść DFF, sygnału włączenia sterownika (En) oraz pinów wyjściowych: DO1-DO10.

W macierzy pokazanej na rysunku 8 pozostałe zasoby GreenPAK są wykorzystywane do ukończenia projektu przy użyciu opisanej wcześniej metodologii. Liczby są odpowiednio oznakowane dla przejrzystości.

Krok 5: Przykład projektu 2

Równania sygnału włączenia i sygnałów sterujących diodami LED dla drugiego przykładu, z dwiema diodami LED dodanymi w układzie sekwencyjnym przy użyciu schematu na rysunku 1, są pokazane poniżej.

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

Na Rysunku 9 i Rysunku 10 przedstawiono projekty Matrix-0 i 1 GreenPAK z Przykładu 2. Podstawowy projekt jest podobny do projektu z Przykładu 1. W porównaniu, główne różnice dotyczą funkcji Driver Enable (En) i brak połączeń DO1, DO3, DO5, DO7 i DO10, które są w tym projekcie ściągnięte.

Krok 6: Przykład projektu 3

Poniżej podano równania sygnału załączającego i sygnałów sterujących diodami LED dla trzeciego przykładu, generującego alternatywny sekwencyjny wzór dodawania diod LED przy użyciu schematu na rysunku 2.

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

Na Rysunku 11 i Rysunku 12 przedstawiono projekty Matrix-0 i 1 GreenPAK z Przykładu 3. W tej konstrukcji istnieją dwa oddzielne sygnały włączenia sterownika (En1 i En2) dla sterownika 1 i 2. Ponadto piny wyjściowe są podłączone do wyjść odpowiednio skonfigurowanych LUT.

Na tym kończy się część projektowa GreenPAK z Przykładu 1, Przykładu 2 i Przykładu 3.

Krok 7: Wyniki eksperymentów

Dogodnym sposobem testowania projektów z Przykładu 1, Przykładu 2 i Przykładu 3 jest eksperymentowanie i kontrola wzrokowa. Zachowanie czasowe każdego schematu jest analizowane za pomocą analizatora logicznego, a wyniki są prezentowane w tej sekcji.

Rysunek 13 przedstawia czasowe zachowanie różnych sygnałów wyjściowych dla przykładu 1, gdy wskaźnik jest włączony (IND=1). Można zauważyć, że sygnały dla kołków wyjściowych DO1-DO5 włączają się kolejno po upływie ustawionego czasu zgodnie z Tabelą 2. Podobny jest również schemat sygnałów podawanych na kołki DO6-DO10. Sygnał Driver Enable (En) włącza się, gdy którykolwiek z sygnałów DO1-DO10 jest włączony, w przeciwnym razie jest wyłączony. Podczas animacji, gdy sygnał wskaźnika będzie niski (IND=0), sygnały En i DO10 włączają się i pozostają logicznie wysokie. Krótko mówiąc, wyniki spełniają wymagania i potwierdzają teoretyczne propozycje dla przykładu 1.

Na rysunku 14 przedstawiono wykres czasowy różnych sygnałów wyjściowych dla przykładu 2, z włączonym sygnałem wskaźnika (IND=1). Obserwuje się, że sygnały dla pinów wyjściowych DO1-DO5 włączają się naprzemiennie po pewnym czasie zgodnie z Tabelą 2. Kołki DO1, DO3 i DO5 pozostają w stanie niskim, natomiast sygnały dla DO2 i DO4 naprzemiennie włączają się. na sekwencyjnie. Te same wzorce dla DO6-DO10 są również obserwowane (nie pokazane na rysunku ze względu na ograniczoną liczbę wejść analizatora). Za każdym razem, gdy którykolwiek z sygnałów DO1-DO10 jest włączony, włącza się również sygnał włączenia sterownika (En), który w innym przypadku pozostaje wyłączony. W trakcie animacji, gdy sygnał wskaźnika jest niski (IND=0), sygnały En i DO10 włączają się i pozostają logicznie wysokie. Wyniki dokładnie spełniają wymagania i idee teoretyczne dla przykładu 2.

Rysunek 15 pokazuje wykres czasowy różnych sygnałów wyjściowych dla przykładu 3, z włączonym sygnałem wskaźnika (IND=1). Można zaobserwować, że sygnały na pinach wyjściowych DO1-DO7 włączają się jak pokazano w Tabeli 2. Ponadto sygnał na pin DO9 również zachowuje się zgodnie z Tabelą 2 (nie pokazano na rysunku). Styki DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 pozostają niskie. En1 staje się logicznie wysoki, gdy sygnał z DO1, DO3 i DO5 jest włączony, a En2 staje się logicznie wysoki, gdy sygnał z DO7 i DO9 staje się wysoki. Podczas całej animacji, gdy sygnał wskaźnika jest niski (IND=0), wszystkie sygnały wyjściowe: En1, En2 i DO1-DO10 włączają się i pozostają logicznie wysokie. W związku z tym można stwierdzić, że wyniki spełniają wymagania i propozycje teoretyczne dla Przykładu 3.

Wniosek

Przedstawiono szczegółowy opis różnych schematów kierunkowskazów samochodowych wraz z animacją. Do tego zastosowania wybrano odpowiedni Dialog CMIC SLG46620, ponieważ jest on również dostępny w pakiecie TSSOP, który jest zalecany do zastosowań przemysłowych w trudnych warunkach. Przedstawiono dwa główne schematy, wykorzystujące jedno- i wielokanałowe sterowniki samochodowe, w celu opracowania elastycznych, sekwencyjnych modeli animacji LED. Odpowiednie modele skończonych maszyn Moore'a są opracowywane w celu generowania pożądanych animacji. W celu walidacji opracowanego modelu przeprowadzono wygodne eksperymenty. Ustalono, że funkcjonalność opracowanych modeli jest zgodna z projektem teoretycznym.