Driver DIY 4xN LED: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Os visores de LED são amplamente usados em sistemas que variam de relógios digitais, contadores, temporizadores, medidores eletrônicos, calculadoras básicas e outros dispositivos eletrônicos capazes de exibir informações numéricas. A Figura 1 mostra um exemplo de um display LED de 7 segmentos que pode mostrar números decimais e caracteres. Como cada segmento no display LED pode ser controlado individualmente, esse controle pode exigir muitos sinais, especialmente para vários dígitos. Este Instructable descreve uma implementação baseada em GreenPAK ™ para acionar vários dígitos com uma interface I2C de 2 fios de um MCU.

Abaixo descrevemos as etapas necessárias para entender como o chip GreenPAK foi programado para criar o driver LED 4xN. 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 o IC personalizado para o driver de LED 4xN.

Etapa 1: Plano de fundo

Os visores de LED são divididos em duas categorias: ânodo comum e cátodo comum. Em uma configuração de ânodo comum, os terminais do ânodo estão internamente em curto, conforme mostrado na Figura 2. Para LIGAR o LED, o terminal do ânodo comum é conectado ao VDD de tensão de alimentação do sistema e os terminais do cátodo são conectados ao aterramento por meio de resistores limitadores de corrente.

Uma configuração de cátodo comum é semelhante a uma configuração de ânodo comum, exceto que os terminais do cátodo estão em curto, conforme mostrado na Figura 3. Para LIGAR a tela de LED do cátodo comum, os terminais do cátodo comum são conectados à terra e os terminais do ânodo são conectados ao sistema tensão de alimentação VDD através de resistores limitadores de corrente.

Um display de LED multiplexado com N dígitos pode ser obtido pela concatenação de N displays de LED de 7 segmentos individuais. A Figura 4 retrata uma instância de uma tela de LED 4x7 obtida pela combinação de 4 telas individuais de 7 segmentos em uma configuração de ânodo comum.

Conforme visto na Figura 4, cada dígito tem um pino / painel traseiro de ânodo comum que pode ser usado para habilitar individualmente cada dígito. Os pinos do cátodo para cada segmento (A, B, … G, DP) devem ser encurtados externamente. Para configurar este display LED 4x7, o usuário requer apenas 12 pinos (4 pinos comuns para cada dígito e pinos de 8 segmentos) para controlar todos os 32 segmentos do display 4x7 multiplexado.

O design do GreenPAK, detalhado abaixo, mostra como gerar os sinais de controle para este display LED. Este design pode ser estendido para controlar até 4 dígitos e 16 segmentos. Consulte a seção Referências para obter um link para os arquivos de design do GreenPAK disponíveis no site da Dialog.

Etapa 2: Projeto GreenPAK

O design GreenPAK exibido na Figura 5 inclui a geração de sinal de segmento e dígito em um design. Os sinais de segmento são gerados a partir do ASM e os sinais de seleção de dígitos são criados a partir da cadeia DFF. Os sinais de segmento são conectados aos pinos do segmento por meio de resistores limitadores de corrente, mas os sinais de seleção de dígitos são conectados aos pinos comuns do display.

Etapa 3: Geração de sinais de dígitos

Conforme descrito na seção 4, cada dígito em um display multiplexado tem um painel traseiro individual. No GreenPAK, os sinais para cada dígito são gerados a partir da cadeia DFF acionada por oscilador interno.

Esses sinais direcionam os pinos comuns da tela. A Figura 6 exibe os sinais de seleção de dígitos.

Canal 1 (amarelo) - pino 6 (dígito 1)

Canal 2 (Verde) - Pino 3 (Dígito 2)

Canal 3 (azul) - pino 4 (dígito 3)

Canal 4 (Magenta) - Pino 5 (Dígito 4)

Etapa 4: Geração de sinal de segmento

O GreenPAK ASM gera diferentes padrões para direcionar os sinais do segmento. Um contador de 7,5 ms percorre os estados ASM. Como o ASM é sensível ao nível, este projeto utiliza um sistema de controle que evita a possibilidade de alternar rapidamente entre vários estados durante o período alto do clock de 7,5 ms. Esta implementação específica depende de estados ASM consecutivos controlados por polaridades de relógio invertidas. Os sinais de segmento e dígito são gerados pelo mesmo oscilador interno de 25 kHz.

Etapa 5: configuração ASM

A Figura 7 descreve o diagrama de estado do ASM. O estado 0 muda automaticamente para o estado 1. Uma mudança semelhante ocorre do estado 2 para o estado 3, do estado 4 para o estado 5 e do estado 6 para o estado 7. Os dados do estado 0, estado 2, estado 4 e estado 6 são instantaneamente travados usando DFF 1, DFF 2 e DFF 7 como mostrado na Figura 5, antes da transição do ASM para o próximo estado. Esses DFFs retêm os dados dos estados pares do ASM, o que permite ao usuário controlar um display estendido 4x11 / 4xN (N até 16 segmentos) usando o ASM do GreenPAK.

Cada dígito em um display 4xN é controlado por dois estados do ASM. O estado 0/1, o estado 2/3, o estado 4/5 e o estado 6/7 controlam respectivamente o dígito 1, o dígito 2, o dígito 3 e o dígito 4. A Tabela 1 descreve os estados do ASM junto com seus respectivos endereços de RAM para controlar cada um dígito.

Cada estado do ASM RAM armazena um byte de dados. Portanto, para configurar um display 4x7, três segmentos do Dígito 1 são controlados pelo Estado 0 do ASM e cinco segmentos do Dígito 1 são controlados pelo Estado 1 do ASM. Como resultado, todos os segmentos de cada dígito no display LED são obtidos pela concatenação dos segmentos de seus dois estados correspondentes. A Tabela 2 descreve a localização de cada um dos segmentos do Dígito 1 no RAM ASM. De forma semelhante, os estados 2 a 7 do ASM, respectivamente, incluem as localizações dos segmentos do dígito 2 ao dígito 4.

Como pode ser visto na Tabela 2, os segmentos OUT 3 a OUT 7 do estado 0 e OUT 0 a OUT 2 segmentos do estado 1 não são usados. O design GreenPAK na Figura 5 pode controlar um display 4x11 configurando os segmentos OUT 0 a OUT 2 de todos os estados ímpares do ASM. Este projeto pode ser expandido para controlar uma exibição 4xN estendida (N até 16 segmentos) usando mais células lógicas DFF e GPIOs.

Etapa 6: Teste

A Figura 8 mostra o esquema de teste usado para exibir os números decimais no display LED de 4x7 segmentos. Um Arduino Uno é usado para comunicação I2C com os registradores ASM RAM do GreenPAK. Para obter mais informações sobre a comunicação I2C, consulte [6]. Os pinos anódicos comuns da tela são conectados aos GPIOs de seleção de dígitos. Os pinos do segmento são conectados ao ASM por meio de resistores limitadores de corrente. O dimensionamento do resistor limitador de corrente é inversamente proporcional ao brilho do display LED. O usuário pode selecionar a força dos resistores limitadores de corrente, dependendo da corrente média máxima dos GPIOs GreenPAK e da corrente CC máxima do display LED.

A Tabela 3 descreve os números decimais de 0 a 9 nos formatos binário e hexadecimal a serem exibidos no visor 4x7. 0 indica que um segmento está LIGADO e 1 indica que o segmento está DESLIGADO. Conforme mostrado na Tabela 3, dois bytes são necessários para exibir um número no visor. Ao correlacionar a Tabela 1, a Tabela 2 e a Tabela 3, o usuário pode modificar os registros de RAM do ASM para exibir números diferentes na tela.

A Tabela 4 descreve a estrutura de comando I2C para o Dígito 1 no display de LED 4x7. Os comandos I2C requerem um bit de início, byte de controle, endereço de palavra, byte de dados e bit de parada. Comandos I2C semelhantes podem ser escritos para o Dígito 2, Dígito 3 e Dígito 4.

Por exemplo, para escrever 1234 no display LED 4x7, os seguintes comandos I2C são escritos.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Ao gravar repetidamente todos os oito bytes do ASM, o usuário pode modificar o padrão exibido. Como exemplo, um código de contador é incluído no arquivo ZIP da nota do aplicativo no site da Dialog.

Conclusões

A solução GreenPAK descrita neste Instructable permite ao usuário minimizar o custo, a contagem de componentes, o espaço da placa e o consumo de energia.

Na maioria das vezes, os MCUs têm um número limitado de GPIOs, portanto, descarregar os LEDs que conduzem os GPIOs para um CI GreenPAK pequeno e barato permite que o usuário economize E / S para funcionalidades adicionais.

Além disso, os ICs GreenPAK são fáceis de testar. O ASM RAM pode ser modificado com um clique de alguns botões no software GreenPAK Designer, o que indica modificações flexíveis de design. Configurando o ASM conforme descrito neste Instructable, o usuário pode controlar quatro visores de LED de segmento N com até 16 segmentos cada.