Clignotant automobile bricolage avec animation: 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Récemment, les motifs LED avant et arrière des indicateurs animés sont devenus une norme dans l'industrie automobile. Ces motifs LED courants représentent souvent une marque déposée des constructeurs automobiles et sont également utilisés pour l'esthétique visuelle. Les animations peuvent être de différents modèles de fonctionnement et peuvent être mises en œuvre sans aucun MCU à l'aide de plusieurs circuits intégrés discrets.

Les principales exigences de ces conceptions sont: des performances reproductibles pendant le fonctionnement normal, une option pour forcer l'allumage de toutes les LED, une faible consommation d'énergie, la désactivation du régulateur LDO utilisé en cas de panne, le chargement du pilote de LED avant de l'activer, etc. De plus, les exigences peuvent varier d'un fabricant à l'autre. De plus, généralement dans les applications automobiles, les circuits intégrés TSSOP sont généralement préférés en raison de leur robustesse par rapport aux circuits intégrés QFN, car ils sont connus pour être sujets aux problèmes de fatigue de la soudure, en particulier dans les environnements difficiles. Heureusement pour cette application automobile, Dialog Semiconductor fournit un CMIC approprié, à savoir SLG46620, disponible dans les packages QFN et TSSOP.

Toutes les exigences relatives aux motifs de LED d'indicateur animé sont actuellement satisfaites dans l'industrie automobile à l'aide de circuits intégrés discrets. Cependant, le niveau de flexibilité fourni par CMIC est inégalé et peut facilement répondre aux exigences variables de plusieurs fabricants sans aucun changement dans la conception du matériel. De plus, une réduction significative de l'empreinte PCB et des économies de coûts sont également réalisées.

Dans ce Instructable, une description détaillée de la réalisation de différents modèles de voyants lumineux à l'aide de SLG46620 est présentée.

Ci-dessous, nous avons décrit les étapes nécessaires pour comprendre comment la solution a été programmée pour créer le clignotant automobile avec animation. Cependant, si vous souhaitez simplement obtenir le résultat de la programmation, téléchargez le logiciel GreenPAK pour afficher le fichier de conception GreenPAK déjà terminé. Branchez le kit de développement GreenPAK à votre ordinateur et appuyez sur le programme pour créer le clignotant automobile avec animation.

Étape 1: Valeur de l'industrie

Les modèles de clignotants illustrés dans ce Instructable sont actuellement mis en œuvre dans l'industrie automobile à l'aide d'un certain nombre de circuits intégrés discrets pour contrôler la séquence des modèles de LED d'indicateur automobile. Le CMIC SLG46620 sélectionné remplacerait au moins les composants suivants dans la conception industrielle actuelle:

● 1 n° 555 Timer IC (par exemple TLC555QDRQ1)

● 1 compteur Johnson n° (par exemple CD4017)

● 2 bascules de type D à déclenchement par le bord positif (par exemple 74HC74)

● 1 porte OU N° (par exemple CAHCT1G32)

● Plusieurs composants passifs, c'est-à-dire des inductances, des condensateurs, des résistances, etc.

Le tableau 1 présente l'avantage de coût obtenu en utilisant le Dialog CMIC sélectionné, pour les modèles de clignotants séquentiels des voyants, par rapport à une solution industrielle actuelle.

Le CMIC SLG46620 sélectionné coûterait moins de 0,50 $, de sorte que le coût total du circuit de commande LED diminue considérablement. De plus, une réduction comparative significative de l'empreinte des PCB est également obtenue.

Étape 2: Conception du système

La figure 1 montre le schéma du premier schéma proposé. Les principaux composants du schéma comprennent un régulateur de tension LDO, un pilote de LED automobile, un CMIC SLG46620, 11 MOSFET de niveau logique et 10 LED. Le régulateur de tension LDO garantit qu'une tension appropriée est fournie au CMIC et si la tension de la batterie chute d'un certain niveau, le CMIC est réinitialisé via la broche PG (Power Good). Pendant toute condition de défaut, détectée par le pilote de LED, le régulateur de tension LDO est désactivé. Le SLG46620 CMIC génère les signaux numériques pour piloter les voyants lumineux étiquetés de 1 à 10 via les MOSFET. De plus, le CMIC sélectionné produit également le signal d'activation pour le pilote à canal unique qui à son tour pilote un MOSFET Q1 pour charger le pilote fonctionnant en mode courant constant.

Une variante de ce schéma est également possible, lorsqu'un pilote à canaux multiples est utilisé, comme le montre la figure 2. Dans cette option, le courant de pilotage de chaque canal est réduit par rapport au pilote à canal unique.

Étape 3: Conception du GreenPak

Un moyen approprié d'atteindre l'objectif de modèles de LED d'indicateur flexibles est d'utiliser un concept de machine à états finis (FSM). Le semi-conducteur de dialogue fournit plusieurs CMIC qui contiennent un bloc ASM intégré. Cependant, malheureusement, tous ces CMIC sont disponibles dans les packages QFN et ne sont pas recommandés pour les environnements difficiles. Le SLG46620 est donc choisi, disponible dans les emballages QFN et TSSOP.

Trois exemples sont présentés pour trois animations LED différentes. Pour les deux premiers exemples, nous considérons un pilote à canal unique, comme illustré à la figure 1. Pour le troisième exemple, nous supposons que plusieurs pilotes à canaux sont disponibles, comme illustré à la figure 2, et que chaque canal est utilisé pour piloter une LED distincte. D'autres motifs peuvent également être obtenus en utilisant le même concept.

Dans le premier exemple de conception, les LED de 1 à 10 sont allumées séquentiellement l'une après l'autre une fois qu'une certaine période de temps programmable expire, comme illustré à la figure 3.

Dans le deuxième exemple de conception, 2 LED sont ajoutées séquentiellement dans le motif, comme illustré à la figure 4.

La figure 5 montre comment des LED alternatives sont ajoutées séquentiellement dans le motif de la troisième conception proposée.

Puisqu'il n'y a pas de bloc d'ASM intégré disponible dans le SLG46620, une machine de Moore à état fini est développée en utilisant les blocs disponibles, à savoir le compteur, les DFF et les LUT. Une machine de Moore à 16 états est développée en utilisant le tableau 2 pour les trois exemples. Dans le tableau 2, tous les bits de l'état actuel et de l'état suivant sont donnés. De plus, les bits pour tous les signaux de sortie sont également fournis. A partir du tableau 2, les équations de l'état suivant et de toutes les sorties sont évaluées en termes de bits d'état actuel.

Au cœur du développement de la machine Moore 4 bits se trouvent 4 blocs DFF. Chaque bloc DFF représente fonctionnellement un bit des quatre bits: ABCD. Lorsque le signal indicateur est haut (correspondant à un interrupteur indicateur allumé), une transition d'un état au suivant est requise à chaque impulsion d'horloge, générant ainsi différents motifs de LED en conséquence. D'autre part, lorsque le signal indicateur est faible, un motif stationnaire, avec toutes les LED allumées dans chaque exemple de conception, est l'objectif.

La figure 3 montre la fonctionnalité de la machine de Moore 4 bits (ABCD) développée pour chaque exemple. L'idée de base du développement d'un tel FSM est de représenter chaque bit de l'état suivant, le signal d'activation et chaque signal de broche de sortie (affecté aux LED) en fonction de l'état actuel. C'est là que les LUT contribuent. Les 4 bits de l'état actuel sont transmis à différentes LUT pour obtenir le signal requis dans l'état suivant au bord d'une impulsion d'horloge. Pour l'impulsion d'horloge, un compteur est configuré pour fournir un train d'impulsions avec une période appropriée.

Pour chaque exemple, chaque bit de l'état suivant est évalué en fonction de l'état actuel à l'aide des équations suivantes dérivées de 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'

où IND représente le signal indicateur.

Des détails supplémentaires sur chacun des trois exemples sont donnés ci-dessous.

Étape 4: Exemple de conception 1

Les équations du signal d'activation et des signaux de commande de LED pour le 1er exemple, chaque LED s'allumant séquentiellement en utilisant le schéma de la figure 1, sont illustrées ci-dessous.

Fr = 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

Sur la figure 7, la conception Matrix-0 GreenPAK de l'exemple 1 est illustrée. 4 DFF sont utilisés pour développer la machine de Moore 4 bits. Les DFF avec option de réinitialisation (3 de Matrix-0 et 1 de Matrix-1) sont sélectionnés afin que la machine Moore puisse être réinitialisée facilement. Un compteur, avec une période de temps appropriée de 72 mS, est configuré pour changer l'état de la Machine après chaque période. Des LUT avec des configurations appropriées sont utilisées pour dériver des fonctions pour les entrées DFF, le signal d'activation du pilote (En) et les broches de sortie: DO1-DO10.

Dans la matrice illustrée à la figure 8, le reste des ressources GreenPAK est utilisé pour terminer la conception à l'aide de la méthodologie décrite précédemment. Les figures sont étiquetées de manière appropriée pour plus de clarté.

Étape 5: Exemple de conception 2

Les équations du signal d'activation et des signaux de commande de LED pour le 2ème exemple, avec deux LED s'ajoutant dans le modèle séquentiel en utilisant le schéma de la figure 1, sont comme indiqué ci-dessous.

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

Dans la figure 9 et la figure 10, les conceptions Matrix-0 et 1 GreenPAK de l'exemple 2 sont présentées. La conception de base est similaire à la conception de l'exemple 1. Les principales différences, en comparaison, résident dans la fonction d'activation du pilote (En) et dans l'absence de connexions de DO1, DO3, DO5, DO7 et DO10, qui sont réduites dans cette conception.

Étape 6: Exemple de conception 3

Les équations du signal d'activation et des signaux de commande de LED pour le 3ème exemple, générant un motif d'addition séquentiel de LED alternatif en utilisant le schéma de la figure 2, sont données ci-dessous.

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

Dans la figure 11 et la figure 12, les conceptions Matrix-0 et 1 GreenPAK de l'exemple 3 sont présentées. Dans cette conception, il existe deux signaux d'activation de pilote distincts (En1 et En2) pour les pilotes 1 et 2. De plus, les broches de sortie sont connectées aux sorties de LUT configurées de manière appropriée.

Ceci conclut la partie de conception GreenPAK de l'exemple 1, de l'exemple 2 et de l'exemple 3.

Étape 7: Résultats de l'expérimentation

Un moyen pratique de tester les conceptions de l'exemple 1, de l'exemple 2 et de l'exemple 3 est l'expérimentation et l'inspection visuelle. Le comportement temporel de chaque schéma est analysé à l'aide d'un analyseur logique et les résultats sont présentés dans cette section.

La figure 13 montre le comportement temporel de différents signaux de sortie pour l'exemple 1 chaque fois que l'indicateur est allumé (IND=1). On peut observer que les signaux pour les broches de sortie DO1-DO5 s'allument séquentiellement l'un après l'autre après l'expiration d'une période de temps définie conformément au Tableau 2. Le modèle des signaux fournis aux broches DO6-DO10 est également similaire. Le signal Driver Enable (En) s'active lorsque l'un des signaux DO1-DO10 est activé, sinon il est désactivé. Pendant l'animation, chaque fois que le signal indicateur passe au niveau bas (IND=0), les signaux En et DO10 s'allument et restent logiquement haut. Bref, les résultats répondent aux exigences et valident les propositions théoriques de l'exemple 1.

Sur la figure 14, le chronogramme de différents signaux de sortie pour l'exemple 2, avec le signal indicateur activé (IND=1), est représenté. On observe que les signaux pour les broches de sortie DO1-DO5 sont activés alternativement dans une séquence après une certaine période de temps en accord avec le tableau 2. Les broches DO1, DO3 et DO5 restent faibles, tandis que les signaux pour les DO2 et DO4 tournent alternativement sur séquentiellement. Les mêmes schémas pour DO6-DO10 sont également observés (non représentés sur la figure en raison du nombre limité d'entrées d'analyseur). Chaque fois que l'un des signaux DO1-DO10 est activé, le signal d'activation du pilote (En) est également activé, mais reste désactivé. Tout au long de l'animation, chaque fois que le signal indicateur passe au niveau bas (IND=0), les signaux En et DO10 s'allument et restent logiquement élevés. Les résultats répondent exactement aux exigences et aux idées théoriques de l'exemple 2.

La figure 15 montre le chronogramme de différents signaux de sortie pour l'exemple 3, avec le signal indicateur activé (IND=1). On peut observer que les signaux des broches de sortie DO1-DO7 s'activent comme indiqué dans le tableau 2. De plus, le signal de la broche DO9 se comporte également conformément au tableau 2 (non illustré sur la figure). Les broches DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 restent basses. L'En1 passe à l'état logique haut chaque fois qu'un signal de DO1, DO3 et DO5 est activé et En2 passe à l'état logique haut chaque fois qu'un signal de DO7 et DO9 passe à l'état haut. Pendant toute l'animation, chaque fois que le signal indicateur passe au niveau bas (IND=0), tous les signaux de sortie: En1, En2 et DO1-DO10 s'allument et restent logiquement hauts. Par conséquent, on peut conclure que les résultats satisfont aux exigences et aux propositions théoriques de l'exemple 3.

Conclusion

Une description détaillée de divers schémas de clignotants automobiles avec animation a été présentée. Un Dialog CMIC SLG46620 approprié a été choisi pour cette application car il est également disponible en package TSSOP, ce qui est recommandé pour les applications industrielles en environnement difficile. Deux schémas principaux, utilisant des pilotes automobiles à canal unique et multiple, sont présentés pour développer des modèles d'animation LED séquentiels flexibles. Des modèles de machines de Moore à états finis appropriés sont développés pour générer les animations souhaitées. Pour la validation du modèle développé, une expérimentation pratique a été réalisée. Il est établi que la fonctionnalité des modèles développés est en accord avec la conception théorique.