DIY 4xN LED Driver: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

LED -skärmar används ofta i system som sträcker sig från digitala klockor, räknare, tidtagare, elektroniska mätare, grundläggande räknare och andra elektroniska enheter som kan visa numerisk information. Figur 1 visar ett exempel på en 7-segment LED-display som kan visa decimaltal och tecken. Eftersom varje segment på LED -displayen kan styras individuellt, kan denna kontroll kräva många signaler, särskilt för flera siffror. Denna instruktion beskriver en GreenPAK ™ -baserad implementering för att driva flera siffror med ett 2-trådars I2C-gränssnitt från en MCU.

Nedan beskrivs stegen som behövs för att förstå hur GreenPAK -chipet har programmerats för att skapa 4xN LED -drivrutinen. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa anpassad IC för 4xN LED -drivrutinen.

Steg 1: Bakgrund

LED -displayerna är indelade i två kategorier: gemensam anod och vanlig katod. I en gemensam anodkonfiguration kortas anodterminalerna internt ihop som visas i figur 2. För att slå på lysdioden är den gemensamma anodterminalen ansluten till systemmatningsspänningen VDD och katodterminalerna är anslutna till jord via strömbegränsande motstånd.

En gemensam katodkonfiguration liknar en vanlig anodkonfiguration förutom att katodterminalerna är kortslutna som visas i figur 3. För att slå på den vanliga katodens LED -display är de gemensamma katodterminalerna anslutna till jord och anodterminalerna är anslutna till systemet matningsspänning VDD genom strömbegränsande motstånd.

En N-siffrig multiplex LED-display kan erhållas genom att sammanfoga N individuella 7-segment LED-displayer. Figur 4 visar en instans av en 4x7 LED -skärm erhållen genom att kombinera fyra individuella 7 -segmentskärmar i en gemensam anodkonfiguration.

Som framgår av figur 4 har varje siffra en gemensam anodstift / bakplan som kan användas för att individuellt aktivera varje siffra. Katodstiftet för varje segment (A, B, … G, DP) bör kortslutas tillsammans externt. För att konfigurera denna 4x7 LED-display kräver användaren endast 12 stift (4 gemensamma stift för varje siffra och 8-segmentstiften) för att styra alla de 32 segmenten på den multiplexerade 4x7-skärmen.

GreenPAK -designen, detaljerad nedan, visar hur man genererar styrsignalerna för denna LED -display. Denna design kan utökas för att styra upp till 4 siffror och 16 segment. Se referensavsnittet för en länk till GreenPAK -designfilerna som finns på Dialogs webbplats.

Steg 2: GreenPAK Design

GreenPAK -designen som visas i figur 5 inkluderar både segment- och siffrasignalgenerering i en design. Segmentsignalerna genereras från ASM och siffervalsignalerna skapas från DFF -kedjan. Segmentsignalerna är anslutna till segmentstiften genom strömbegränsande motstånd, men siffervalssignalerna är anslutna till displayens vanliga stift.

Steg 3: Generering av digitalsignaler

Som beskrivs i avsnitt 4 har varje siffra på en multiplexdisplay ett individuellt bakplan. I GreenPAK genereras signalerna för varje siffra från den interna oscillatorstyrda DFF-kedjan.

Dessa signaler driver de vanliga stiften på skärmen. Figur 6 visar siffervalssignalerna.

Kanal 1 (gul) - Pin 6 (siffra 1)

Kanal 2 (grön) - Pin 3 (siffra 2)

Kanal 3 (blå) - stift 4 (siffra 3)

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

Steg 4: Segmentera signalgenerering

GreenPAK ASM genererar olika mönster för att driva segmentets signaler. En 7,5 ms räknar genom ASM -tillstånden. Eftersom ASM är nivåkänslig använder denna design ett styrsystem som undviker möjligheten att snabbt växla genom flera tillstånd under den höga perioden för 7,5 ms -klockan. Denna specifika implementering är beroende av på varandra följande ASM -tillstånd som styrs av inverterade klockpolariteter. Både segment- och siffresignalerna genereras av samma 25 kHz interna oscillator.

Steg 5: ASM -konfiguration

Figur 7 beskriver tillståndsdiagrammet för ASM. Stat 0 växlar automatiskt till tillstånd 1. En liknande växling sker från stat 2 till stat 3, stat 4 till stat 5 och stat 6 till stat 7. Data från stat 0, stat 2, stat 4 och stat 6 spärras omedelbart med DFF 1, DFF 2 och DFF 7 som visas i figur 5, innan ASM övergår till nästa tillstånd. Dessa DFF: er låser data från ASM: s jämna tillstånd, vilket gör det möjligt för användaren att styra en utökad 4x11/4xN (N upp till 16 segment) display med GreenPAK: s ASM.

Varje siffra på en 4xN -display styrs av två tillstånd i ASM. Stat 0/1, stat 2/3, stat 4/5 respektive stat 6/7 styrsiffer 1, siffer 2, siffra 3 och siffer 4. Tabell 1 beskriver ASM -tillstånden tillsammans med sina respektive RAM -adresser för att styra varje siffra.

Varje tillstånd i ASM RAM lagrar en byte data. Så, för att konfigurera en 4x7 -skärm, styrs tre segment av siffer 1 av tillstånd 0 i ASM och fem segment av siffra 1 styrs av tillstånd 1 i ASM. Som ett resultat erhålls alla segment av varje siffra på LED -displayen genom att sammanfoga segmenten från deras motsvarande två tillstånd. Tabell 2 beskriver platsen för var och en av siffrorna 1: s segment i ASM -RAM -minnet. På ett liknande sätt inkluderar ASM's State 2 till State 7 segmentplatserna för Digit 2 till Digit 4 respektive.

Såsom framgår av tabell 2 är OUT 3 till OUT 7 segment av tillstånd 0 och OUT 0 till OUT 2 segment i tillstånd 1 oanvända. GreenPAK -designen i figur 5 kan styra en 4x11 -display genom att konfigurera segmenten OUT 0 till OUT 2 för alla udda tillstånd i ASM. Denna design kan utökas ytterligare för att styra en utökad 4xN (N upp till 16 segment) display genom att använda fler DFF -logikceller och GPIO: er.

Steg 6: Testning

Figur 8 visar testschemat som används för att visa decimaltal på 4x7-segment LED-displayen. En Arduino Uno används för I2C -kommunikation med GreenPAK: s ASM RAM -register. Mer information om I2C -kommunikation finns i [6]. Displayens vanliga anodpinnar är anslutna till GPIO: erna för val av siffror. Segmentstiften är anslutna till ASM genom strömbegränsande motstånd. Den strömbegränsande resistorns storlek är omvänt proportionell mot LED-displayens ljusstyrka. Användaren kan välja styrka för strömbegränsningsmotstånden beroende på den maximala genomsnittliga strömmen för GreenPAK GPIO och maximal DC -ström på LED -displayen.

Tabell 3 beskriver decimaltal 0 till 9 i både binärt och hexadecimalt format som ska visas på 4x7 -displayen. 0 indikerar att ett segment är PÅ och 1 indikerar att segmentet är AV. Som visas i tabell 3 krävs två byte för att visa ett nummer på displayen. Genom att korrelera tabell 1, tabell 2 och tabell 3 kan användaren ändra ASM: s RAM -register för att visa olika nummer på skärmen.

Tabell 4 beskriver kommandostrukturen I2C för siffra 1 på 4x7 LED -displayen. I2C -kommandona kräver en startbit, kontrollbyte, ordadress, databyte och stoppbit. Liknande I2C -kommandon kan skrivas för siffer 2, siffra 3 och siffra 4.

Till exempel, för att skriva 1234 på 4x7 LED -skärmen, skrivs följande I2C -kommandon.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Genom att upprepade gånger skriva alla åtta byte i ASM kan användaren ändra det visade mönstret. Som ett exempel ingår en motkod i ZIP -filen i ansökningsanteckningen på Dialogs webbplats.

Slutsatser

GreenPAK -lösningen som beskrivs i denna instruktionsbok gör det möjligt för användaren att minimera kostnader, komponentantal, kortutrymme och strömförbrukning.

Oftast har MCU: er ett begränsat antal GPIO: er, så avlastning av LED -drivande GPIO: er till en liten och billig GreenPAK IC gör det möjligt för användaren att spara IO: er för ytterligare funktioner.

Dessutom är GreenPAK IC: er enkla att testa. ASM RAM kan modifieras med ett klick på några knappar i GreenPAK Designer Software, vilket indikerar flexibla designändringar. Genom att konfigurera ASM enligt beskrivningen i denna instruktionsbok kan användaren styra fyra N-segment LED-skärmar med upp till 16 segment vardera.