Tela de matriz de LED de rolagem de 48 x 8 usando Arduino e registros de deslocamento: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Olá a todos

Este é meu primeiro Instructable e trata-se de fazer uma matriz de LED de rolagem programável 48 x 8 usando um Arduino Uno e registradores de deslocamento 74HC595. Este foi meu primeiro projeto com uma placa de desenvolvimento Arduino. Foi um desafio que meu professor me deu. Na época em que aceitei esse desafio, eu nem sabia piscar um LED usando um arduino. Então, acho que até um iniciante pode fazer isso com um pouco de paciência e compreensão. Comecei com um pouco de pesquisa sobre registradores de deslocamento e multiplexação no arduino. Se você é novo em registradores de deslocamento, recomendo aprender o básico de multiplexação e registro de deslocamento em cadeia antes de começar com as matrizes. Isso o ajudará muito a entender o código e o funcionamento da tela de rolagem.

Etapa 1: reunindo as ferramentas e componentes

Componentes

• 1. Arduino Uno R3 - 1
• 2. 74HC595 Registradores de deslocamento serial para paralelo de 8 bits. - 7
• 3. Transistores BC 548 / 2N4401 - 8
• 4. Resistores de 470 Ohms - número de colunas + 8
• 5. Pref Board 6x4 polegadas - 4
• 6. Fios codificados por cores - conforme necessário
• 7. Titulares de IC - 7
• 8. Matriz de LED monocromática de cátodo comum 8x8 de 5 mm ou 3 mm - 6
• 9. Cabeçalhos masculinos e femininos - conforme necessário.

Ferramentas necessárias

• 1. Kit de solda
• 2. Multímetro
• 3. Pistola de cola
• 4. Bomba de dessolda
• 5. Fonte de alimentação 5V

Etapa 2: Construindo o circuito na placa de ensaio

A primeira coisa que você deve fazer antes de construir o protótipo é obter um diagrama de pinos de sua matriz 8x8 e marcar um ponto de referência para identificar os pinos em todas as suas matrizes. Isso pode ajudá-lo durante a montagem do circuito.

Anexei um diagrama de pinos do módulo de matriz que usei aqui. No meu módulo, as linhas eram os pinos negativos. Este diagrama de pinos permanece o mesmo para a maioria dos módulos no mercado.

É mostrado no circuito que um único registrador de deslocamento é usado para controlar as 8 linhas e para controlar as colunas, usamos um registrador de deslocamento para cada 8 colunas.

Vamos construir uma tela de rolagem 8 x 8 simples na placa de ensaio.

O circuito é dividido em duas partes - controle de linha e controle de coluna. Vamos construir o controle de coluna primeiro.

O pino 4 do arduino está conectado ao pino 14 (SER) do registrador de deslocamento. (Este é o pino de entrada de dados serial do registrador de deslocamento. Os níveis lógicos necessários para ligar os LEDs são alimentados por meio deste pino

O pino 3 do arduino está conectado ao pino 12 (RCLK) do registrador de deslocamento. (Vamos nomear este pino como o pino do relógio de saída. Os dados na memória dos registradores de deslocamento são enviados para a saída quando esse relógio é acionado.)

O pino 2 do arduino está conectado ao pino 11 (SRCLK) do registrador de deslocamento. (Este é o pino do relógio de entrada que transfere os dados para a memória.)

VCC + 5V é dado ao registro de deslocamento através de seu pino 16 e o mesmo é conectado ao pino 10. (Por quê? O pino 10 é o pino SRCLR, que limpa os dados no registro de deslocamento quando acionado. É um pino baixo ativo, portanto, para manter os dados na memória do registrador de deslocamento, este pino precisa ser fornecido com + 5V o tempo todo.)

O aterramento é conectado ao Pino GND (Pino 8 do registrador de deslocamento) e ao Pino OE (Pino 13 do registrador de deslocamento). (Por quê? O pino de habilitação de saída precisa ser acionado para dar saídas de acordo com o sinal do relógio. É um pino baixo ativo, assim como o pino SRCLR, por isso precisa ser mantido no estado de aterramento o tempo todo para habilitar o saídas.)

Os pinos da coluna da matriz são conectados ao registrador de deslocamento conforme mostrado no diagrama de circuito com um resistor de 470 ohms entre a matriz e o registrador de deslocamento

Agora, para o circuito de controle de linha.

O pino 7 do arduino está conectado ao pino 14 (SER) do registrador de deslocamento

O pino 5 do arduino está conectado ao pino 11 (SRCLK) do registrador de deslocamento

O pino 6 do arduino está conectado ao pino 12 (RCLK) do registrador de deslocamento

VCC + 5V é dado ao pino 16 e pino 10 conforme descrito acima

O aterramento é conectado ao pino 8 e pino 13

Como mencionei acima, as linhas eram os pinos negativos no meu caso. É melhor considerar os pinos negativos de sua matriz como as linhas de sua tela. A conexão de aterramento precisa ser comutada para esses pinos negativos usando transistores BC548 / 2N4401 que são controlados pelos níveis lógicos de saída do registrador de deslocamento. Portanto, quanto mais pinos negativos, mais transistores precisamos

Forneça as conexões de linha conforme mostrado no diagrama de circuito

Se você conseguiu fazer o protótipo de tela de matriz 8 x 8, pode simplesmente replicar a parte do circuito para o controle de coluna e estender a matriz para qualquer número de colunas. Você só precisa adicionar um 74HC595 para cada 8 colunas (um módulo 8 x 8) e conectá-lo em série com o anterior.

Encadeando os registros de deslocamento para adicionar mais colunas

A ligação em cadeia na engenharia elétrica é um esquema de fiação no qual vários dispositivos são conectados em uma sequência.

O mecanismo é simples: os pinos SRCLK (relógio de entrada. Pino 11) e RCLK (relógio de saída. Pino 12) são compartilhados entre todos os registradores de deslocamento em cadeia enquanto cada PIN QH (pino 9) do registrador de deslocamento anterior no cadeia é usada como entrada serial para o seguinte registro de deslocamento por meio do PIN do SER (pino 14).

Em palavras simples, ao encadear os registradores de deslocamento, eles podem ser controlados como um único registrador de deslocamento com uma memória maior. Por exemplo, se você encadear dois registradores de deslocamento de 8 bits, eles funcionarão como um único registrador de deslocamento de 16 bits.

O código

No código, alimentamos as colunas com os respectivos níveis lógicos de acordo com a entrada enquanto examinamos as linhas. Os caracteres de A a Z são definidos no código como níveis lógicos em uma matriz de bytes. Cada personagem tem 5 pixels de largura e 7 pixels de altura. Dei uma explicação mais detalhada sobre o funcionamento do código como comentários no próprio código.

O código do Arduino está anexado aqui.

Etapa 3: soldagem

Para tornar o circuito soldado mais fácil de entender, eu o tornei o mais grande possível e forneci placas separadas para os controladores de linha e coluna e os conectei usando conectores e fios. Você pode torná-lo muito menor soldando os componentes mais próximos uns dos outros ou, se você for bom em projetos de PCBs, também poderá fazer um PCB personalizado menor.

Certifique-se de colocar um resistor de 470 ohms em cada pino que leva à matriz. Sempre use conectores para conectar as matrizes de LED à placa. É melhor não soldá-los diretamente na placa, pois a exposição prolongada ao calor pode danificá-los permanentemente.

Como fiz placas separadas para os controles de linha e coluna, estendi os fios de uma placa para a outra para conectar as colunas. Aqui, o tabuleiro de cima serve para controlar as linhas e o tabuleiro de baixo serve para controlar as colunas.

ele só precisa de um único 74HC595 para conduzir todas as 8 linhas. Mas, com base no número de colunas, mais registradores de deslocamento devem ser adicionados, não há limite teórico para o número de colunas que você pode adicionar a esta matriz. Quão grande você pode fazer? Avise-me quando chegar lá!;)

Etapa 4: Teste da primeira metade concluída do circuito

Sempre teste pela metade para encontrar possíveis erros, como conexões soltas, conexão de pino incorreta, etc: Muitas pessoas que me pediram ajuda para encontrar o erro em sua matriz cometeram o erro com a pinagem linha-coluna do módulo de matriz. Verifique duas vezes antes de soldar e use fios codificados por cores para distinguir os pinos facilmente.

Etapa 5: Construindo a segunda metade

Estenda o mesmo circuito de controle de coluna. As linhas são conectadas em série com a anterior.

Os pinos SRCLK e RCLK são retirados em paralelo e o QH (saída de dados serial. Pino 9) do último registrador de deslocamento do circuito concluído é conectado ao SER (entrada de dados serial. Pino 14) do próximo registrador de deslocamento. A alimentação VCC e GND também são compartilhadas entre todos os ICs.

Etapa 6: O Resultado

Depois de terminar de soldar, a próxima etapa é fazer uma caixa para o seu display. É sempre melhor projetar uma caixa personalizada usando o Fusion 360 ou qualquer outra ferramenta de design 3D e imprimir em 3D a caixa. Como não tinha acesso à impressão 3D na época, fiz uma caixa de madeira com a ajuda de um amigo que é bom em marcenaria.

Espero que você tenha gostado de ler este instrutível. Poste as fotos da sua versão deste projeto na seção de comentários abaixo e se você tiver alguma dúvida, fique à vontade para perguntar aqui ou enviar um e-mail para [email protected]. Ficarei feliz em ajudá-lo.