Pilote LED DIY 4xN : 6 étapes

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

Les écrans à LED sont largement utilisés dans des systèmes allant des horloges numériques, compteurs, minuteries, compteurs électroniques, calculatrices de base et autres appareils électroniques capables d'afficher des informations numériques. La figure 1 illustre un exemple d'affichage à LED à 7 segments pouvant afficher des chiffres et des caractères décimaux. Comme chaque segment de l'affichage LED peut être contrôlé individuellement, ce contrôle peut nécessiter beaucoup de signaux, en particulier pour plusieurs chiffres. Ce Instructable décrit une implémentation basée sur GreenPAK™ pour piloter plusieurs chiffres avec une interface I2C à 2 fils à partir d'un MCU.

Ci-dessous, nous avons décrit les étapes nécessaires pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour créer le pilote LED 4xN. 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 sur votre ordinateur et appuyez sur programme pour créer le circuit intégré personnalisé pour le pilote LED 4xN.

Étape 1: Contexte

Les affichages LED sont divisés en deux catégories: anode commune et cathode commune. Dans une configuration d'anode commune, les bornes d'anode sont court-circuitées en interne comme le montre la figure 2. Pour allumer la LED, la borne d'anode commune est connectée à la tension d'alimentation du système VDD et les bornes de cathode sont connectées à la terre via des résistances de limitation de courant.

Une configuration à cathode commune est similaire à une configuration à anode commune, sauf que les bornes de cathode sont en court-circuit, comme illustré à la figure 3. Pour allumer l'affichage LED à cathode commune, les bornes de cathode commune sont connectées à la terre et les bornes d'anode sont connectées au système tension d'alimentation VDD à travers des résistances de limitation de courant.

Un affichage LED multiplexé à N chiffres peut être obtenu en concaténant N affichages LED individuels à 7 segments. La figure 4 représente un exemple d'affichage à LED 4x7 obtenu en combinant 4 affichages individuels à 7 segments dans une configuration d'anode commune.

Comme le montre la figure 4, chaque chiffre a une broche d'anode/un fond de panier commun qui peut être utilisé pour activer individuellement chaque chiffre. Les broches cathodiques de chaque segment (A, B, …G, DP) doivent être court-circuitées à l'extérieur. Pour configurer cet écran LED 4x7, l'utilisateur n'a besoin que de 12 broches (4 broches communes pour chaque chiffre et 8 segments) pour contrôler les 32 segments de l'écran 4x7 multiplexé.

La conception GreenPAK, détaillée ci-dessous, montre comment générer les signaux de commande pour cet affichage LED. Cette conception peut être étendue pour contrôler jusqu'à 4 chiffres et 16 segments. Veuillez consulter la section Références pour un lien vers les fichiers de conception GreenPAK disponibles sur le site Web de Dialog.

Étape 2: Conception GreenPAK

La conception GreenPAK illustrée à la figure 5 inclut à la fois la génération de signaux de segments et de chiffres dans une seule conception. Les signaux de segment sont générés à partir de l'ASM et les signaux de sélection de chiffres sont créés à partir de la chaîne DFF. Les signaux de segment sont connectés aux broches de segment via des résistances de limitation de courant, mais les signaux de sélection de chiffres sont connectés aux broches communes de l'affichage.

Étape 3: Génération de signaux numériques

Comme décrit dans la section 4, chaque chiffre sur un affichage multiplexé a un fond de panier individuel. Dans GreenPAK, les signaux pour chaque chiffre sont générés à partir de la chaîne DFF interne pilotée par l'oscillateur.

Ces signaux pilotent les broches communes de l'affichage. La figure 6 affiche les signaux de sélection de chiffres.

Canal 1 (Jaune) – Broche 6 (Chiffre 1)

Canal 2 (vert) – broche 3 (chiffre 2)

Canal 3 (bleu) – Broche 4 (chiffre 3)

Canal 4 (Magenta) – Broche 5 (Chiffre 4)

Étape 4: génération de signaux de segment

Le GreenPAK ASM génère différents modèles pour piloter les signaux de segment. Un compteur de 7,5 ms parcourt les états ASM. Comme l'ASM est sensible au niveau, cette conception utilise un système de contrôle qui évite la possibilité de basculer rapidement entre plusieurs états pendant la période élevée de l'horloge de 7,5 ms. Cette mise en œuvre spécifique repose sur des états ASM consécutifs contrôlés par des polarités d'horloge inversées. Les signaux de segment et de chiffre sont générés par le même oscillateur interne de 25 kHz.

Étape 5: Configuration de l'ASM

La figure 7 décrit le diagramme d'état de l'ASM. L'état 0 passe automatiquement à l'état 1. Un basculement similaire se produit de l'état 2 à l'état 3, de l'état 4 à l'état 5 et de l'état 6 à l'état 7. Les données de l'état 0, de l'état 2, de l'état 4 et de l'état 6 sont instantanément verrouillées à l'aide DFF 1, DFF 2 et DFF 7 comme illustré sur la figure 5, avant que l'ASM ne passe à l'état suivant. Ces DFF verrouillent les données des états pairs de l'ASM, ce qui permet à l'utilisateur de contrôler un affichage 4x11/4xN étendu (N jusqu'à 16 segments) à l'aide de l'ASM de GreenPAK.

Chaque chiffre sur un affichage 4xN est contrôlé par deux états de l'ASM. L'état 0/1, l'état 2/3, l'état 4/5 et l'état 6/7 contrôlent respectivement le chiffre 1, le chiffre 2, le chiffre 3 et le chiffre 4. Le tableau 1 décrit les états ASM ainsi que leurs adresses RAM respectives pour contrôler chacun. chiffre.

Chaque état de la RAM ASM stocke un octet de données. Ainsi, pour configurer un affichage 4x7, trois segments du chiffre 1 sont contrôlés par l'état 0 de l'ASM et cinq segments du chiffre 1 sont contrôlés par l'état 1 de l'ASM. En conséquence, tous les segments de chaque chiffre sur l'affichage LED sont obtenus en concaténant les segments à partir de leurs deux états correspondants. Le tableau 2 décrit l'emplacement de chacun des segments du chiffre 1 dans la RAM ASM. De la même manière, les états 2 à 7 de l'ASM incluent respectivement les emplacements des segments du chiffre 2 au chiffre 4.

Comme le montre le tableau 2, les segments OUT 3 à OUT 7 de l'état 0 et les segments OUT 0 à OUT 2 de l'état 1 sont inutilisés. La conception GreenPAK de la figure 5 peut contrôler un affichage 4x11 en configurant les segments OUT 0 à OUT 2 de tous les états impairs de l'ASM. Cette conception peut être encore étendue pour contrôler un affichage 4xN étendu (N jusqu'à 16 segments) en utilisant davantage de cellules logiques DFF et de GPIO.

Étape 6: Tester

La figure 8 montre le schéma de test utilisé pour afficher les nombres décimaux sur l'affichage LED à 4x7 segments. Un Arduino Uno est utilisé pour la communication I2C avec les registres RAM ASM du GreenPAK. Pour plus d'informations sur la communication I2C, veuillez vous référer à [6]. Les broches d'anode communes de l'affichage sont connectées aux GPIO de sélection de chiffres. Les broches du segment sont connectées à l'ASM via des résistances de limitation de courant. Le dimensionnement de la résistance de limitation de courant est inversement proportionnel à la luminosité de l'affichage LED. L'utilisateur peut sélectionner la force des résistances de limitation de courant en fonction du courant moyen maximal des GPIO GreenPAK et du courant continu maximal de l'affichage à LED.

Le tableau 3 décrit les nombres décimaux de 0 à 9 au format binaire et hexadécimal à afficher sur l'affichage 4x7. 0 indique qu'un segment est activé et 1 indique que le segment est désactivé. Comme le montre le tableau 3, deux octets sont nécessaires pour afficher un nombre à l'écran. En corrélant le tableau 1, le tableau 2 et le tableau 3, l'utilisateur peut modifier les registres RAM de l'ASM pour afficher différents nombres à l'écran.

Le tableau 4 décrit la structure de commande I2C pour le chiffre 1 sur l'affichage LED 4x7. Les commandes I2C nécessitent un bit de démarrage, un octet de contrôle, une adresse de mot, un octet de données et un bit d'arrêt. Des commandes I2C similaires peuvent être écrites pour les chiffres 2, 3 et 4.

Par exemple, pour écrire 1234 sur l'affichage LED 4x7, les commandes I2C suivantes sont écrites.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

En écrivant à plusieurs reprises les huit octets de l'ASM, l'utilisateur peut modifier le modèle affiché. A titre d'exemple, un code compteur est inclus dans le fichier ZIP de la note d'application sur le site de Dialog.

Conclusion

La solution GreenPAK décrite dans ce Instructable permet à l'utilisateur de minimiser les coûts, le nombre de composants, l'espace sur la carte et la consommation d'énergie.

La plupart du temps, les MCU ont un nombre limité de GPIO, donc le déchargement des GPIO pilotant la LED vers un circuit intégré GreenPAK petit et peu coûteux permet à l'utilisateur d'enregistrer des E/S pour des fonctionnalités supplémentaires.

De plus, les circuits intégrés GreenPAK sont faciles à tester. La RAM ASM peut être modifiée en cliquant sur quelques boutons dans le logiciel GreenPAK Designer, ce qui indique des modifications de conception flexibles. En configurant l'ASM comme décrit dans ce Instructable, l'utilisateur peut contrôler quatre écrans LED à N segments avec jusqu'à 16 segments chacun.