DIY 4xN LED Driver: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

LED -skjermer er mye brukt i systemer som spenner fra digitale klokker, tellere, tidtakere, elektroniske målere, grunnleggende kalkulatorer og andre elektroniske enheter som kan vise numerisk informasjon. Figur 1 viser et eksempel på en 7-segment LED-skjerm som kan vise desimaltall og tegn. Ettersom hvert segment på LED -displayet kan styres individuelt, kan denne kontrollen kreve mange signaler, spesielt for flere sifre. Denne instruksjonsboken beskriver en GreenPAK ™ -basert implementering for å drive flere siffer med et 2-leder I2C-grensesnitt fra en MCU.

Nedenfor har vi beskrevet trinnene som trengs for å forstå hvordan GreenPAK -brikken er programmert til å lage 4xN LED -driveren. Men hvis du bare vil få resultatet av programmeringen, kan du laste ned GreenPAK -programvare for å se den allerede fullførte GreenPAK -designfilen. Koble GreenPAK Development Kit til datamaskinen din og trykk på programmet for å lage den tilpassede IC for 4xN LED -driveren.

Trinn 1: Bakgrunn

LED -displayene er delt inn i to kategorier: Felles anode og Felles katode. I en vanlig anodekonfigurasjon er anodeterminalene internt kortsluttet som vist i figur 2. For å slå på LED -en, er den vanlige anodeterminalen koblet til systemforsyningsspenningen VDD og katodeterminalene er koblet til jord gjennom strømbegrensende motstander.

En vanlig katodekonfigurasjon ligner en vanlig anodekonfigurasjon, bortsett fra at katodeterminalene er kortsluttet som vist i figur 3. For å slå på den vanlige katodens LED -display, er de vanlige katodeterminalene koblet til jord og anodeterminalene er koblet til systemet forsyningsspenning VDD gjennom strømbegrensende motstander.

Du kan få en N-sifret multiplex LED-skjerm ved å sammenkoble N individuelle 7-segment LED-skjermer. Figur 4 viser en forekomst av en 4x7 LED -skjerm oppnådd ved å kombinere 4 individuelle 7 -segmenters skjermer i en felles anodekonfigurasjon.

Som vist på figur 4, har hvert siffer en felles anodestift / bakplan som kan brukes til å aktivere hvert siffer individuelt. Katodestiftene for hvert segment (A, B, … G, DP) bør kortsluttes eksternt. For å konfigurere denne 4x7 LED-skjermen krever brukeren bare 12 pins (4 felles pins for hvert siffer og 8-segment pins) for å kontrollere alle de 32 segmentene i den multipleksede 4x7-skjermen.

GreenPAK -designen, beskrevet nedenfor, viser hvordan du genererer styresignalene for denne LED -skjermen. Denne designen kan utvides til å kontrollere opptil 4 siffer og 16 segmenter. Se referanseseksjonen for en lenke til GreenPAK -designfiler som er tilgjengelige på Dialogs nettsted.

Trinn 2: GreenPAK Design

GreenPAK -designen som vises i figur 5 inkluderer både segment- og sifresignalgenerering i ett design. Segmentsignalene genereres fra ASM og siffervalgssignalene opprettes fra DFF -kjeden. Segmentsignalene er koblet til segmentpinnene gjennom strømbegrensende motstander, men siffervalgssignalene er koblet til de vanlige pinnene på displayet.

Trinn 3: Generering av digitalsignal

Som beskrevet i seksjon 4 har hvert siffer på et multiplekset display et individuelt bakplan. I GreenPAK genereres signalene for hvert siffer fra den interne oscillator-drevne DFF-kjeden.

Disse signalene driver de vanlige pinnene på skjermen. Figur 6 viser signalvalgsignalene.

Kanal 1 (gul) - pinne 6 (siffer 1)

Kanal 2 (grønn) - pinne 3 (siffer 2)

Kanal 3 (blå) - pinne 4 (siffer 3)

Kanal 4 (Magenta) - Pin 5 (siffer 4)

Trinn 4: Segment Signal Generation

GreenPAK ASM genererer forskjellige mønstre for å drive segmentsignalene. En 7,5 ms teller sykler gjennom ASM -tilstandene. Siden ASM er nivåfølsom, bruker denne designen et kontrollsystem som unngår muligheten for å raskt bytte gjennom flere tilstander i løpet av den høye perioden på 7,5 ms -klokken. Denne spesifikke implementeringen er avhengig av påfølgende ASM -tilstander kontrollert av inverterte klokkepolariteter. Både segment- og siffersignalene genereres av den samme 25 kHz interne oscillatoren.

Trinn 5: ASM -konfigurasjon

Figur 7 beskriver tilstandsdiagrammet til ASM. Stat 0 bytter automatisk til stat 1. En lignende bytte skjer fra stat 2 til stat 3, stat 4 til stat 5 og stat 6 til stat 7. Data fra stat 0, stat 2, stat 4 og stat 6 låses umiddelbart ved hjelp av DFF 1, DFF 2 og DFF 7 som vist i figur 5, før ASM går over til neste tilstand. Disse DFF -ene låser dataene fra de jevne tilstandene til ASM, som gjør at brukeren kan kontrollere en utvidet 4x11/4xN (N opptil 16 segmenter) skjerm ved bruk av GreenPAKs ASM.

Hvert siffer på en 4xN -skjerm styres av to tilstander i ASM. Stat 0/1, stat 2/3, stat 4/5 og stat 6/7 kontrollerer henholdsvis sifre 1, siffer 2, siffer 3 og siffer 4. Tabell 1 beskriver ASM -tilstandene sammen med sine respektive RAM -adresser for å kontrollere hver siffer.

Hver tilstand i ASM RAM lagrer en byte med data. Så, for å konfigurere en 4x7 -skjerm, styres tre segmenter av siffer 1 av tilstand 0 i ASM og fem segmenter av siffer 1 styres av tilstand 1 i ASM. Som et resultat oppnås alle segmenter av hvert siffer på LED -displayet ved å sammenkoble segmentene fra de tilsvarende to tilstandene. Tabell 2 beskriver plasseringen av hvert av Digit 1s segmenter i ASM RAM. På lignende måte inkluderer ASM's State 2 til State 7 henholdsvis segmentplasseringene til Digit 2 til Digit 4.

Som det fremgår av tabell 2, er OUT 3 til OUT 7 segmenter av tilstand 0 og OUT 0 til OUT 2 segmenter av tilstand 1 ubrukte. GreenPAK -designet i figur 5 kan styre en 4x11 -skjerm ved å konfigurere segmentene OUT 0 til OUT 2 i alle oddetilstandene i ASM. Denne designen kan utvides ytterligere for å kontrollere en utvidet 4xN (N opptil 16 segmenter) skjerm ved å bruke flere DFF -logikkceller og GPIO -er.

Trinn 6: Testing

Figur 8 viser testskjemaet som brukes for å vise desimaltall på 4x7-segment LED-displayet. En Arduino Uno brukes til I2C -kommunikasjon med GreenPAKs ASM RAM -registre. For mer informasjon om I2C -kommunikasjon, se [6]. De vanlige anodepinnene på displayet er koblet til siffervalg -GPIO -ene. Segmentpinnene er koblet til ASM gjennom strømbegrensende motstander. Strømbegrensende størrelsen på motstanden er omvendt proporsjonal med lysstyrken på LED-displayet. Brukeren kan velge styrken til strømbegrensningsmotstandene avhengig av maksimal gjennomsnittlig strøm for GreenPAK GPIO og maksimal likestrøm for LED -displayet.

Tabell 3 beskriver desimaltall 0 til 9 i både binært og heksadesimalt format som skal vises på 4x7 -displayet. 0 indikerer at et segment er PÅ og 1 indikerer at segmentet er AV. Som vist i tabell 3 kreves to byte for å vise et tall på displayet. Ved å korrelere tabell 1, tabell 2 og tabell 3 kan brukeren endre ASMs RAM -registre for å vise forskjellige tall på skjermen.

Tabell 4 beskriver kommandostrukturen I2C for Digit 1 på 4x7 LED -displayet. I2C -kommandoene krever en startbit, kontrollbyte, ordadresse, databyte og stoppbit. Lignende I2C -kommandoer kan skrives for siffer 2, siffer 3 og siffer 4.

For eksempel, for å skrive 1234 på 4x7 LED -skjermen, blir følgende I2C -kommandoer skrevet.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Ved gjentatte ganger å skrive alle åtte byte i ASM, kan brukeren endre mønsteret som vises. Som et eksempel er en motkode inkludert i ZIP -filen til applikasjonsnotatet på Dialogs nettsted.

Konklusjoner

GreenPAK -løsningen beskrevet i denne instruksjonsboken gjør det mulig for brukeren å minimere kostnader, komponenttall, brettplass og strømforbruk.

De fleste ganger har MCUer begrenset antall GPIO, så ved å laste ned LED -kjørende GPIO -er til en liten og rimelig GreenPAK IC kan brukeren lagre IOer for flere funksjoner.

Videre er GreenPAK IC -er enkle å teste. ASM -RAM kan endres med et klikk på noen få knapper i GreenPAK Designer -programvaren, noe som indikerer fleksible designendringer. Ved å konfigurere ASM som beskrevet i denne instruksjonsboken, kan brukeren kontrollere fire N-segment LED-skjermer med opptil 16 segmenter hver.