Zrób to sam sterownik LED 4xN: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Wyświetlacze LED są szeroko stosowane w systemach, począwszy od zegarów cyfrowych, liczników, timerów, liczników elektronicznych, podstawowych kalkulatorów i innych urządzeń elektronicznych zdolnych do wyświetlania informacji numerycznych. Rysunek 1 przedstawia przykład 7-segmentowego wyświetlacza LED, który może wyświetlać liczby i znaki dziesiętne. Ponieważ każdy segment na wyświetlaczu LED może być sterowany indywidualnie, sterowanie to może wymagać wielu sygnałów, zwłaszcza dla wielu cyfr. Ta instrukcja opisuje implementację opartą na GreenPAK™ do sterowania wieloma cyframi za pomocą 2-przewodowego interfejsu I2C z MCU.

Poniżej opisaliśmy kroki potrzebne do zrozumienia, w jaki sposób chip GreenPAK został zaprogramowany do stworzenia sterownika LED 4xN. Jeśli jednak chcesz tylko uzyskać wynik programowania, pobierz oprogramowanie GreenPAK, aby wyświetlić już ukończony plik projektu GreenPAK. Podłącz zestaw rozwojowy GreenPAK do komputera i naciśnij program, aby utworzyć niestandardowy układ scalony dla sterownika 4xN LED.

Krok 1: Tło

Wyświetlacze LED są podzielone na dwie kategorie: wspólna anoda i wspólna katoda. W konfiguracji ze wspólną anodą zaciski anody są ze sobą wewnętrznie zwarte, jak pokazano na rysunku 2. Aby włączyć diodę LED, zacisk wspólnej anody jest podłączony do napięcia zasilania systemu VDD, a zaciski katody są połączone z masą przez rezystory ograniczające prąd.

Konfiguracja ze wspólną katodą jest podobna do konfiguracji ze wspólną anodą, z wyjątkiem tego, że zaciski katody są ze sobą zwarte, jak pokazano na rysunku 3. Aby włączyć wyświetlacz LED ze wspólną katodą, zaciski ze wspólną katodą są podłączone do masy, a zaciski anodowe są podłączone do systemu napięcie zasilania VDD poprzez rezystory ograniczające prąd.

N-cyfrowy multipleksowy wyświetlacz LED można uzyskać, łącząc N pojedynczych 7-segmentowych wyświetlaczy LED. Rysunek 4 przedstawia przykład wyświetlacza LED 4x7 uzyskanego przez połączenie 4 pojedynczych wyświetlaczy 7-segmentowych we wspólnej konfiguracji anodowej.

Jak widać na rysunku 4, każda cyfra ma wspólny pin anodowy/płytkę montażową, która może być używana do indywidualnego włączania każdej cyfry. Kołki katody dla każdego segmentu (A, B, …G, DP) powinny być zwarte zewnętrznie. Aby skonfigurować ten wyświetlacz LED 4x7, użytkownik potrzebuje tylko 12 pinów (4-wspólne piny na każdą cyfrę i 8-segmentowe piny) do sterowania wszystkimi 32 segmentami multipleksowanego wyświetlacza 4x7.

Konstrukcja GreenPAK, szczegółowo opisana poniżej, pokazuje, jak generować sygnały sterujące dla tego wyświetlacza LED. Ten projekt można rozszerzyć, aby kontrolować do 4 cyfr i 16 segmentów. Proszę zapoznać się z sekcją Referencje, aby uzyskać link do plików projektowych GreenPAK dostępnych na stronie internetowej Dialog.

Krok 2: Projekt GreenPAK

Projekt GreenPAK przedstawiony na rysunku 5 obejmuje zarówno generowanie sygnału segmentowego, jak i cyfrowego w jednym projekcie. Sygnały segmentowe są generowane z ASM, a sygnały wyboru cyfr są tworzone z łańcucha DFF. Sygnały segmentowe są podłączone do pinów segmentowych przez rezystory ograniczające prąd, ale sygnały wyboru cyfr są podłączone do wspólnych pinów wyświetlacza.

Krok 3: Generowanie sygnału cyfrowego

Jak opisano w rozdziale 4, każda cyfra na multipleksowanym wyświetlaczu ma indywidualną płytę montażową. W GreenPAK sygnały dla każdej cyfry są generowane z wewnętrznego łańcucha DFF napędzanego oscylatorem.

Sygnały te sterują wspólnymi pinami wyświetlacza. Rysunek 6 przedstawia sygnały wyboru cyfr.

Kanał 1 (żółty) – Pin 6 (cyfra 1)

Kanał 2 (zielony) – Pin 3 (cyfra 2)

Kanał 3 (niebieski) – Pin 4 (cyfra 3)

Kanał 4 (magenta) – pin 5 (cyfra 4)

Krok 4: Generowanie sygnału segmentu

GreenPAK ASM generuje różne wzorce, aby sterować sygnałami segmentu. Licznik 7,5 ms przechodzi przez stany ASM. Ponieważ ASM jest czuły na poziom, konstrukcja ta wykorzystuje system sterowania, który zapobiega możliwości szybkiego przełączania wielu stanów podczas wysokiego okresu zegara 7,5 ms. Ta konkretna implementacja opiera się na kolejnych stanach ASM kontrolowanych przez odwróconą polaryzację zegara. Zarówno sygnały segmentowe, jak i cyfrowe są generowane przez ten sam wewnętrzny oscylator 25kHz.

Krok 5: Konfiguracja ASM

Rysunek 7 opisuje diagram stanów ASM. Stan 0 automatycznie przełącza się na Stan 1. Podobne przełączenie następuje ze Stanu 2 do Stanu 3, Stanu 4 do Stanu 5 i Stanu 6 do Stanu 7. Dane ze Stanu 0, Stanu 2, Stanu 4 i Stanu 6 są natychmiast zatrzaskiwane przy użyciu DFF 1, DFF 2 i DFF 7, jak pokazano na rysunku 5, przed przejściem ASM do następnego stanu. Te DFF zatrzaskują dane z parzystych stanów ASM, co umożliwia użytkownikowi sterowanie rozszerzonym wyświetlaczem 4x11/4xN (N do 16 segmentów) za pomocą ASM GreenPAK.

Każda cyfra na wyświetlaczu 4xN jest kontrolowana przez dwa stany ASM. Stan 0/1, Stan 2/3, Stan 4/5 i Stan 6/7 kontrolują odpowiednio Cyfra 1, Cyfra 2, Cyfra 3 i Cyfra 4. Tabela 1 opisuje stany ASM wraz z odpowiadającymi im adresami RAM do sterowania każdym cyfra.

Każdy stan pamięci RAM ASM przechowuje jeden bajt danych. Tak więc, aby skonfigurować wyświetlacz 4x7, trzy segmenty cyfry 1 są kontrolowane przez stan 0 ASM, a pięć segmentów cyfry 1 jest kontrolowanych przez stan 1 ASM. W rezultacie wszystkie segmenty każdej cyfry na wyświetlaczu LED są uzyskiwane przez łączenie segmentów z odpowiadających im dwóch stanów. Tabela 2 opisuje lokalizację każdego segmentu cyfry 1 w pamięci RAM ASM. W podobny sposób stany od 2 do 7 ASM zawierają odpowiednio lokalizacje segmentów od cyfry 2 do cyfry 4.

Jak widać z Tabeli 2, segmenty OUT 3 do OUT 7 Stanu 0 i segmenty OUT 0 do OUT 2 Stanu 1 są nieużywane. Konstrukcja GreenPAK na rysunku 5 może sterować wyświetlaczem 4x11, konfigurując segmenty OUT 0 do OUT 2 wszystkich nieparzystych stanów ASM. Ten projekt można dodatkowo rozszerzyć, aby sterować rozszerzonym wyświetlaczem 4xN (N do 16 segmentów) przy użyciu większej liczby komórek logicznych DFF i GPIO.

Krok 6: Testowanie

Rysunek 8 przedstawia schemat testu używany do wyświetlania liczb dziesiętnych na 4x7-segmentowym wyświetlaczu LED. Arduino Uno służy do komunikacji I2C z rejestrami RAM ASM GreenPAK. Więcej informacji na temat komunikacji I2C można znaleźć w [6]. Wspólne piny anody wyświetlacza są podłączone do GPIO wyboru cyfr. Styki segmentowe są połączone z ASM poprzez rezystory ograniczające prąd. Wielkość rezystora ograniczającego prąd jest odwrotnie proporcjonalna do jasności wyświetlacza LED. Użytkownik może wybrać siłę rezystorów ograniczających prąd w zależności od maksymalnego średniego prądu GPIO GreenPAK i maksymalnego prądu stałego wyświetlacza LED.

Tabela 3 opisuje liczby dziesiętne od 0 do 9 w formacie binarnym i szesnastkowym, które mają być wyświetlane na wyświetlaczu 4x7. 0 wskazuje, że segment jest WŁĄCZONY, a 1 oznacza, że segment jest WYŁĄCZONY. Jak pokazano w tabeli 3, do wyświetlenia liczby na wyświetlaczu potrzebne są dwa bajty. Przez skorelowanie Tabeli 1, Tabeli 2 i Tabeli 3, użytkownik może zmodyfikować rejestry RAM ASM, aby wyświetlać różne liczby na ekranie.

Tabela 4 opisuje strukturę poleceń I2C dla cyfry 1 na wyświetlaczu 4x7 LED. Polecenia I2C wymagają bitu startu, bajtu kontrolnego, adresu słowa, bajtu danych i bitu stopu. Podobne polecenia I2C można napisać dla cyfry 2, cyfry 3 i cyfry 4.

Na przykład, aby zapisać 1234 na wyświetlaczu LED 4x7, zapisywane są następujące polecenia I2C.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Poprzez wielokrotne wpisywanie wszystkich ośmiu bajtów ASM, użytkownik może modyfikować wyświetlany wzorzec. Na przykład kod licznika znajduje się w pliku ZIP w nocie aplikacyjnej na stronie internetowej Dialog.

Wnioski

Rozwiązanie GreenPAK opisane w tej instrukcji pozwala użytkownikowi zminimalizować koszty, liczbę komponentów, miejsce na płycie i zużycie energii.

W większości przypadków MCU mają ograniczoną liczbę GPIO, więc przeniesienie GPIO sterujących diodami LED na mały i niedrogi układ GreenPAK IC umożliwia użytkownikowi zapisanie IO w celu uzyskania dodatkowych funkcji.

Co więcej, układy GreenPAK IC są łatwe do przetestowania. Pamięć RAM ASM można modyfikować za pomocą kilku kliknięć w oprogramowaniu GreenPAK Designer Software, co wskazuje na elastyczne modyfikacje projektu. Konfigurując ASM w sposób opisany w niniejszej instrukcji, użytkownik może sterować czterema N-segmentowymi wyświetlaczami LED z maksymalnie 16 segmentami każdy.