Sinal de direção automotivo faça você mesmo com animação: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Recentemente, os padrões de LEDs dianteiros e traseiros do indicador animado tornaram-se uma norma na indústria automotiva. Esses padrões de LED em execução geralmente representam uma marca registrada dos fabricantes automotivos e também são usados para a estética visual. As animações podem ser de diferentes padrões de execução e podem ser implementadas sem qualquer MCU usando vários ICs discretos.

Os principais requisitos de tais projetos são: desempenho reproduzível durante a operação normal, uma opção para forçar todos os LEDs, baixo consumo de energia, desabilitar o regulador LDO usado durante uma falha, carregar o driver do LED antes de habilitá-lo, etc. Além disso, os requisitos podem variar de um fabricante para outro. Além disso, geralmente em aplicações automotivas, os ICs TSSOP são geralmente preferidos devido à sua robustez em comparação com os ICs QFN, uma vez que são conhecidos por serem propensos a problemas de fadiga de solda, especialmente em ambientes hostis. Felizmente para esta aplicação automotiva, Dialog Semiconductor fornece um CMIC adequado, ou seja, SLG46620, disponível em pacotes QFN e TSSOP.

Todos os requisitos para os padrões de LEDs indicadores animados são atendidos atualmente na indústria automotiva usando CIs discretos. No entanto, o nível de flexibilidade fornecido pelo CMIC é incomparável e pode facilmente atender aos diversos requisitos de vários fabricantes sem qualquer alteração no design do hardware. Além disso, uma redução significativa da pegada de PCB e economia de custos também são alcançadas.

Neste Instructable, uma descrição detalhada de como alcançar diferentes padrões de luz indicadora animada usando SLG46620 é apresentada.

Abaixo, descrevemos as etapas necessárias para entender como a solução foi programada para criar o sinal de mudança de direção automotivo com animação. No entanto, se você deseja apenas obter o resultado da programação, baixe o software GreenPAK para visualizar o arquivo de design GreenPAK já concluído. Conecte o GreenPAK Development Kit ao seu computador e acesse o programa para criar a seta automotiva com animação.

Etapa 1: Valor da indústria

Os padrões de sinal de mudança de direção mostrados neste Instructable são atualmente implementados na indústria automobilística usando uma série de CIs discretos para controlar a sequência de padrões de LEDs indicadores automotivos. O CMIC SLG46620 selecionado substituiria pelo menos os seguintes componentes no design industrial atual:

● 1 No. 555 Timer IC (por exemplo, TLC555QDRQ1)

● 1 No. Johnson Counter (por exemplo, CD4017)

● 2 No. Flip-flop acionado por borda positiva tipo D (por exemplo, 74HC74)

● 1 No. OR gate (por exemplo, CAHCT1G32)

● Vários componentes passivos, ou seja, indutores, capacitores, resistores, etc.

A Tabela 1 fornece a vantagem de custo obtida usando o Dialog CMIC selecionado, para os padrões de sinal de mudança de direção sequencial de luz indicadora, em comparação com uma solução industrial atual.

O CMIC SLG46620 selecionado custaria menos de $ 0,50, portanto, o custo total do circuito de controle de LED diminui significativamente. Além disso, uma redução comparativa significativa da pegada de PCB também é alcançada.

Etapa 2: Projeto do Sistema

A Figura 1 mostra o diagrama do primeiro esquema proposto. Os principais componentes do esquema incluem um regulador de tensão LDO, um driver de LED automotivo, um CMIC SLG46620, 11 MOSFETs de nível lógico e 10 LEDs. O regulador de voltagem LDO garante que a voltagem apropriada seja fornecida ao CMIC e se a voltagem da bateria cair de um certo nível, o CMIC é reiniciado através do pino PG (Power Good). Durante qualquer condição de falha, detectada pelo driver de LED, o regulador de tensão LDO é desabilitado. O SLG46620 CMIC gera os sinais digitais para acionar os LEDs indicadores rotulados de 1 a 10 através dos MOSFETs. Além disso, o CMIC selecionado também produz o sinal de habilitação para o driver de canal único que, por sua vez, aciona um MOSFET Q1 para carregar o driver em execução no modo de corrente constante.

Uma variante desse esquema também é possível, onde um driver de canal múltiplo é empregado, conforme mostrado na Figura 2. Nesta opção, a corrente de condução de cada canal é reduzida em comparação com o driver de canal único.

Etapa 3: Design GreenPak

Uma maneira adequada de atingir o objetivo de padrões de LED indicadores flexíveis é usar um conceito de Máquina de Estados Finitos (FSM). O semicondutor de diálogo fornece vários CMICs que contêm um bloco ASM integrado. No entanto, infelizmente, todos os CMICs disponíveis em pacotes QFN não são recomendados para ambientes hostis. Então SLG46620 é escolhido, o qual está disponível em embalagens QFN e TSSOP.

Três exemplos são apresentados para três animações LED diferentes. Para os dois primeiros exemplos, consideramos um driver de canal único conforme mostrado na Figura 1. Para o terceiro exemplo, presumimos que vários drivers de canal estão disponíveis, conforme mostrado na Figura 2, e cada canal é usado para acionar um LED separado. Outros padrões também podem ser obtidos usando o mesmo conceito.

No primeiro exemplo de design, os LEDs de 1 a 10 são ligados sequencialmente um após o outro, uma vez que um determinado período de tempo programável expira, como mostrado na Figura 3.

No segundo projeto de exemplo, 2 LEDs são adicionados sequencialmente no padrão, conforme mostrado na Figura 4.

A Figura 5 mostra como LEDs alternativos são adicionados sequencialmente no padrão no terceiro projeto proposto.

Uma vez que não há nenhum bloco embutido de ASM disponível em SLG46620, uma máquina de Moore de estado finito é desenvolvida usando os blocos disponíveis, ou seja, contador, DFFs e LUTs. Uma Máquina Moore de 16 estados é desenvolvida usando a Tabela 2 para os três exemplos. Na Tabela 2, todos os bits do estado atual e do próximo estado são dados. Além disso, os bits para todos os sinais de saída também são fornecidos. Na Tabela 2, as equações do próximo estado e todas as saídas são avaliadas em termos dos bits do estado atual.

No centro do desenvolvimento da Máquina Moore de 4 bits estão 4 blocos DFF. Cada bloco DFF representa funcionalmente um bit dos quatro bits: ABCD. Quando o sinal do indicador é alto (correspondendo a uma chave do indicador ligada), uma transição de um estado para o próximo é necessária em cada pulso de clock, gerando assim diferentes padrões de LED como resultado. Por outro lado, quando o sinal do indicador está baixo, o objetivo é um padrão estacionário, tendo todos os LEDs acesos em cada exemplo de design.

A Figura 3 mostra a funcionalidade da Máquina Moore desenvolvida de 4 bits (ABCD) para cada exemplo. A ideia básica do desenvolvimento de tal FSM é representar cada bit do próximo estado, o sinal de habilitação e cada sinal de pino de saída (atribuído aos LEDs) em termos do estado atual. É aqui que os LUTs contribuem. Todos os 4 bits do estado atual são alimentados para diferentes LUTs para basicamente atingir o sinal necessário no próximo estado na borda de um pulso de clock. Para o pulso de relógio, um contador é configurado para fornecer um trem de pulso com um período adequado.

Para cada exemplo, cada bit do próximo estado é avaliado em termos do estado atual usando as seguintes equações derivadas do K-Maps:

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

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'

onde IND representa o sinal indicador.

Mais detalhes de cada um dos três exemplos são fornecidos abaixo.

Etapa 4: Exemplo de design 1

As equações do sinal de habilitação e dos sinais de acionamento do LED para o primeiro exemplo, com cada LED ligando sequencialmente usando o esquema na Figura 1, são mostradas abaixo.

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 Figura 7, o projeto Matrix-0 GreenPAK do Exemplo 1 é mostrado. 4 DFFs são usados para desenvolver a Máquina Moore de 4 bits. DFFs com opção de redefinição (3 da Matriz-0 e 1 da Matriz-1) são selecionados para que a Máquina Moore possa ser redefinida convenientemente. Um contador, com um período de tempo adequado de 72 ms, é configurado para alterar o estado da Máquina após cada período. LUTs com configurações apropriadas são usados para derivar funções para as entradas DFFs, Driver Enable Signal (En) e os pinos de saída: DO1-DO10.

Na Matriz mostrada na Figura 8, o restante dos recursos do GreenPAK são utilizados para completar o projeto usando a metodologia descrita anteriormente. As figuras estão devidamente rotuladas para maior clareza.

Etapa 5: Exemplo de design 2

As equações do sinal de habilitação e dos sinais de acionamento de LED para o segundo exemplo, com dois LEDs adicionando no padrão sequencial usando o esquema na Figura 1, são mostradas abaixo.

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 Figura 9 e na Figura 10, os projetos Matrix-0 e 1 GreenPAK do Exemplo 2 são apresentados. O projeto básico é semelhante ao projeto do Exemplo 1. As principais diferenças, em comparação, estão na função Driver Enable (En) e não há conexões de DO1, DO3, DO5, DO7 e DO10, que são puxadas para baixo neste design.

Etapa 6: Exemplo de design 3

As equações do sinal de habilitação e dos sinais de acionamento de LED para o terceiro exemplo, gerando padrão de adição sequencial de LED alternativo usando o esquema na Figura 2, são fornecidas abaixo.

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 Figura 11 e na Figura 12, os projetos Matrix-0 e 1 GreenPAK do Exemplo 3 são apresentados. Neste projeto, há dois sinais de habilitação de driver separados (En1 e En2) para os drivers 1 e 2. Além disso, os pinos de saída são conectados às saídas de LUTs configurados apropriadamente.

Isso conclui a parte do projeto GreenPAK do Exemplo 1, Exemplo 2 e Exemplo 3.

Etapa 7: Resultados da Experimentação

Uma maneira conveniente de testar os projetos do Exemplo 1, Exemplo 2 e Exemplo 3 é a experimentação e a inspeção visual. O comportamento temporal de cada esquema é analisado por meio de um analisador lógico e os resultados são apresentados nesta seção.

A Figura 13 mostra o comportamento temporal de diferentes sinais de saída para o Exemplo 1 sempre que o indicador é ativado (IND = 1). Pode-se observar que os sinais para os pinos de saída DO1-DO5 acendem sequencialmente após o outro após o término de um período de tempo definido conforme Tabela 2. O padrão dos sinais fornecidos para os pinos DO6-DO10 também é semelhante. O sinal Driver Enable (En) é ativado quando qualquer um dos sinais DO1-DO10 é ativado e, caso contrário, é desativado. Durante a animação, sempre que o sinal indicador fica baixo (IND = 0), os sinais En e DO10 são ligados e permanecem altos lógicos. Em suma, os resultados atendem aos requisitos e validam as propostas teóricas do Exemplo 1.

Na Figura 14, o diagrama de tempo de diferentes sinais de saída para o Exemplo 2, com o sinal indicador ligado (IND = 1), é representado. Observa-se que os sinais para os pinos de saída DO1-DO5 são ligados alternadamente em sequência após algum tempo de acordo com a Tabela 2. Os pinos DO1, DO3 e DO5 permanecem baixos, enquanto os sinais para DO2 e DO4 alternam em sequencialmente. Os mesmos padrões para DO6-DO10 também são observados (não mostrado na figura devido ao número limitado de entradas do analisador). Sempre que algum dos sinais DO1-DO10 estiver ligado, o sinal Driver Enable (En) também liga, caso contrário permanece desligado. Ao longo da animação, sempre que o sinal indicador fica baixo (IND = 0), os sinais En e DO10 são ligados e permanecem altos lógicos. Os resultados atendem exatamente aos requisitos e às ideias teóricas do Exemplo 2.

A Figura 15 mostra o diagrama de tempo de diferentes sinais de saída para o Exemplo 3, com o sinal indicador ligado (IND = 1). Pode-se observar que os sinais para os pinos de saída DO1-DO7 acendem conforme mostrado na Tabela 2. Além disso, o sinal do pino DO9 também se comporta de acordo com a Tabela 2 (não mostrado na figura). Os pinos DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 permanecem baixos. O En1 torna-se lógico alto sempre que um sinal de DO1, DO3 e DO5 está ligado e En2 torna-se lógico alto sempre que um sinal de DO7 e DO9 fica alto. Durante toda a animação, sempre que o sinal indicador ficar baixo (IND = 0), todos os sinais de saída: En1, En2 e DO1-DO10 acendem e permanecem lógicos altos. Portanto, pode-se concluir que os resultados cumprem os requisitos e as propostas teóricas para o Exemplo 3.

Conclusão

Uma descrição detalhada de vários esquemas de sinais de mudança de direção automotivos com animação foi apresentada. Um Dialog CMIC SLG46620 adequado foi escolhido para esta aplicação, uma vez que também está disponível no pacote TSSOP, que é aconselhável para aplicações industriais em ambientes agressivos. Dois esquemas principais, usando drivers automotivos de canal único e múltiplo, são apresentados para desenvolver modelos de animação LED sequenciais flexíveis. Modelos adequados de máquinas de Moore de estado finito são desenvolvidos para gerar as animações desejadas. Para validação do modelo desenvolvido, experimentação conveniente foi realizada. Estabelece-se que a funcionalidade dos modelos desenvolvidos está de acordo com o projeto teórico.