Tự chế tín hiệu rẽ trên ô tô với hình ảnh động: 7 bước

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-23 15:15

Gần đây, các mẫu đèn LED chỉ báo hoạt hình phía trước và phía sau đã trở thành một tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp ô tô. Các mẫu LED chạy này thường đại diện cho thương hiệu của các nhà sản xuất ô tô và cũng được sử dụng để thẩm mỹ thị giác. Các hoạt ảnh có thể có các kiểu chạy khác nhau và có thể được thực hiện mà không cần bất kỳ MCU nào bằng cách sử dụng một số IC rời rạc.

Các yêu cầu chính của thiết kế như vậy là: hiệu suất tái tạo trong quá trình hoạt động bình thường, tùy chọn để buộc tất cả các đèn LED bật, tiêu thụ điện năng thấp, tắt bộ điều chỉnh LDO đã sử dụng khi có lỗi, tải trình điều khiển đèn LED trước khi bật nó, v.v. Ngoài ra, các yêu cầu có thể khác nhau từ nhà sản xuất này sang nhà sản xuất khác. Hơn nữa, thông thường trong các ứng dụng ô tô, IC TSSOP thường được ưa thích hơn do độ bền của chúng so với IC QFN vì chúng được biết là dễ gặp các vấn đề về mỏi hàn đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt. May mắn thay cho ứng dụng ô tô này, Dialog Semiconductor cung cấp một CMIC phù hợp, cụ thể là SLG46620, có sẵn trong cả gói QFN và TSSOP.

Tất cả các yêu cầu đối với các mẫu đèn LED chỉ báo hoạt hình hiện đang được đáp ứng trong ngành công nghiệp ô tô sử dụng IC rời. Tuy nhiên, mức độ linh hoạt do CMIC cung cấp là chưa từng có và có thể dễ dàng đáp ứng các yêu cầu khác nhau của một số nhà sản xuất mà không có bất kỳ thay đổi nào về thiết kế phần cứng. Hơn nữa, giảm đáng kể dấu chân PCB và tiết kiệm chi phí cũng đạt được.

Trong Có thể hướng dẫn này, mô tả chi tiết về việc đạt được các mẫu đèn báo hoạt hình khác nhau bằng SLG46620 được trình bày.

Dưới đây chúng tôi mô tả các bước cần thiết để hiểu cách giải pháp đã được lập trình để tạo ra tín hiệu rẽ ô tô với hình ảnh động. Tuy nhiên, nếu bạn chỉ muốn lấy kết quả của việc lập trình, hãy tải phần mềm GreenPAK để xem File thiết kế GreenPAK đã hoàn thành. Cắm Bộ phát triển GreenPAK vào máy tính của bạn và nhấn chương trình để tạo tín hiệu rẽ ô tô với hình ảnh động.

Bước 1: Giá trị ngành

Các mẫu đèn xi nhan hiển thị trong Có thể hướng dẫn này hiện đang được triển khai trong ngành công nghiệp ô tô bằng cách sử dụng một số IC rời để điều khiển chuỗi các mẫu đèn LED chỉ báo trên ô tô. CMIC SLG46620 được chọn sẽ thay thế ít nhất các thành phần sau trong kiểu dáng công nghiệp hiện tại:

● 1 IC hẹn giờ số 555 (ví dụ: TLC555QDRQ1)

● Bộ đếm số 1 Johnson (ví dụ: CD4017)

● 2 Số D-Loại lật ngược kích hoạt tích cực-cạnh-kích hoạt (ví dụ: 74HC74)

● 1 số HOẶC cổng (ví dụ: CAHCT1G32)

● Một số thành phần thụ động, tức là cuộn cảm, tụ điện, điện trở, v.v.

Bảng 1 cung cấp lợi thế về chi phí thu được khi sử dụng Dialog CMIC đã chọn, cho các mẫu đèn báo rẽ tuần tự, so với giải pháp công nghiệp hiện tại.

CMIC SLG46620 được chọn sẽ có giá dưới $ 0,50, do đó, tổng chi phí của mạch điều khiển LED giảm đáng kể. Ngoài ra, cũng đạt được việc giảm đáng kể dấu chân PCB so sánh.

Bước 2: Thiết kế hệ thống

Hình 1 cho thấy sơ đồ của sơ đồ được đề xuất đầu tiên. Các thành phần chính của sơ đồ bao gồm bộ điều chỉnh điện áp LDO, trình điều khiển đèn LED ô tô, CMIC SLG46620, 11 MOSFET mức logic và 10 đèn LED. Bộ điều chỉnh điện áp LDO đảm bảo rằng điện áp thích hợp được cung cấp cho CMIC và nếu điện áp pin giảm xuống từ một mức nhất định, CMIC sẽ được đặt lại thông qua chân PG (Power Good). Trong bất kỳ tình trạng lỗi nào, được trình điều khiển đèn LED phát hiện, bộ điều chỉnh điện áp LDO sẽ bị vô hiệu hóa. SLG46620 CMIC tạo ra các tín hiệu kỹ thuật số để điều khiển các đèn LED rẽ chỉ báo có nhãn 1-10 thông qua MOSFETs. Hơn nữa, CMIC đã chọn cũng tạo ra tín hiệu kích hoạt cho trình điều khiển kênh đơn, từ đó điều khiển MOSFET Q1 để tải trình điều khiển đang chạy ở chế độ dòng điện không đổi.

Một biến thể của sơ đồ này cũng có thể thực hiện được, trong đó trình điều khiển nhiều kênh được sử dụng, như thể hiện trong Hình 2. Trong tùy chọn này, dòng dẫn động của mỗi kênh giảm so với trình điều khiển kênh đơn.

Bước 3: Thiết kế GreenPak

Một cách phù hợp để đạt được mục tiêu về các mẫu đèn LED chỉ báo linh hoạt là sử dụng khái niệm Máy trạng thái hữu hạn (FSM). Chất bán dẫn hộp thoại cung cấp một số CMIC có chứa khối ASM tích hợp sẵn. Tuy nhiên, không may là tất cả các CMIC có sẵn trong gói QFN đều không được khuyến nghị cho các môi trường khắc nghiệt. Vì vậy SLG46620 được chọn có sẵn trong cả bao bì QFN và TSSOP.

Ba ví dụ được trình bày cho ba hoạt ảnh LED khác nhau. Đối với hai ví dụ đầu tiên, chúng tôi xem xét một trình điều khiển kênh đơn như được hiển thị trong Hình 1. Đối với ví dụ thứ ba, chúng tôi giả định rằng nhiều trình điều khiển kênh có sẵn, như được hiển thị trong Hình 2 và mỗi kênh được sử dụng để điều khiển một đèn LED riêng biệt. Các mẫu khác cũng có thể được lấy bằng cách sử dụng cùng một khái niệm.

Trong thiết kế ví dụ đầu tiên, các đèn LED từ 1-10 được bật tuần tự lần lượt khi hết một khoảng thời gian có thể lập trình nhất định như trong Hình 3.

Trong thiết kế ví dụ thứ hai, 2 đèn LED được thêm vào tuần tự theo mô hình như trong Hình 4.

Hình 5 mô tả cách các đèn LED thay thế được thêm tuần tự vào mẫu trong thiết kế đề xuất thứ ba.

Vì không có khối ASM tích hợp sẵn trong SLG46620, Máy Moore Trạng thái hữu hạn được phát triển bằng cách sử dụng các khối có sẵn là bộ đếm, DFF và LUT. Máy Moore 16 trạng thái được phát triển bằng cách sử dụng Bảng 2 cho ba ví dụ. Trong Bảng 2, tất cả các bit của trạng thái hiện tại và trạng thái tiếp theo được đưa ra. Hơn nữa, các bit cho tất cả các tín hiệu đầu ra cũng được cung cấp. Từ Bảng 2, các phương trình của trạng thái tiếp theo và tất cả các đầu ra được đánh giá theo các bit trạng thái hiện tại.

Cốt lõi của sự phát triển của Máy Moore 4-bit là 4 khối DFF. Mỗi khối DFF biểu diễn một cách chức năng một bit trong bốn bit: ABCD. Khi tín hiệu chỉ báo ở mức cao (tương ứng với công tắc chỉ báo đang bật), cần có sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái tiếp theo ở mỗi xung đồng hồ, do đó tạo ra các mẫu LED khác nhau. Mặt khác, khi tín hiệu chỉ báo ở mức thấp, một mẫu tĩnh, việc bật tất cả các đèn LED trong mỗi ví dụ thiết kế là mục tiêu.

Hình 3 cho thấy chức năng của Máy Moore 4-bit (ABCD) được phát triển cho mỗi ví dụ. Ý tưởng cơ bản của việc phát triển FSM như vậy là biểu diễn từng bit của trạng thái tiếp theo, tín hiệu cho phép và mỗi tín hiệu chân đầu ra (được gán cho các đèn LED) theo trạng thái hiện tại. Đây là nơi mà các LUT đóng góp. Tất cả 4 bit của trạng thái hiện tại được đưa đến các LUT khác nhau để về cơ bản đạt được tín hiệu yêu cầu ở trạng thái tiếp theo tại biên của xung đồng hồ. Đối với xung đồng hồ, một bộ đếm được cấu hình để cung cấp một chuỗi xung với chu kỳ thích hợp.

Đối với mỗi ví dụ, mỗi bit của trạng thái tiếp theo được đánh giá theo trạng thái hiện tại bằng cách sử dụng các phương trình sau đây rút ra từ 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'

trong đó IND đại diện cho tín hiệu chỉ báo.

Dưới đây là chi tiết cụ thể về từng ví dụ trong số ba ví dụ.

Bước 4: Thiết kế Ví dụ 1

Phương trình của tín hiệu cho phép và tín hiệu điều khiển LED cho ví dụ đầu tiên, với mỗi đèn LED bật tuần tự bằng cách sử dụng sơ đồ trong Hình 1, như được hiển thị bên dưới.

En = 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

Trong Hình 7, thiết kế Ma trận-0 GreenPAK của Ví dụ 1 được hiển thị. 4 DFF được sử dụng để phát triển Máy Moore 4-bit. Các DFF với tùy chọn đặt lại (3 từ Ma trận-0 và 1 từ Ma trận-1) được chọn để có thể thiết lập lại Máy Moore một cách thuận tiện. Một bộ đếm, với khoảng thời gian thích hợp là 72 mS, được cấu hình để thay đổi trạng thái của Máy sau mỗi khoảng thời gian. Các LUT có cấu hình thích hợp được sử dụng để lấy các chức năng cho đầu vào DFFs, Tín hiệu kích hoạt trình điều khiển (En) và các chân đầu ra: DO1-DO10.

Trong Ma trận thể hiện trong Hình 8, phần còn lại của các tài nguyên GreenPAK được sử dụng để hoàn thành thiết kế bằng cách sử dụng phương pháp được mô tả trước đó. Các số liệu được dán nhãn thích hợp để rõ ràng.

Bước 5: Thiết kế Ví dụ 2

Các phương trình của tín hiệu cho phép và tín hiệu điều khiển LED cho ví dụ thứ 2, với hai đèn LED được thêm vào trong mô hình tuần tự bằng cách sử dụng sơ đồ trong Hình 1, như được hiển thị bên dưới.

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

Trong Hình 9 và Hình 10, các thiết kế Ma trận-0 & 1 GreenPAK của Ví dụ 2 được trình bày. Thiết kế cơ bản tương tự như thiết kế Ví dụ 1. So sánh, sự khác biệt chính là ở chức năng Driver Enable (En) và không có kết nối DO1, DO3, DO5, DO7 và DO10 nào được kéo xuống trong thiết kế này.

Bước 6: Thiết kế Ví dụ 3

Các phương trình của tín hiệu cho phép và tín hiệu điều khiển LED cho ví dụ thứ 3, tạo ra mẫu bổ sung tuần tự LED thay thế bằng cách sử dụng sơ đồ trong Hình 2, được đưa ra dưới đây.

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

Trong Hình 11 và Hình 12, các thiết kế Ma trận-0 & 1 GreenPAK của Ví dụ 3 được trình bày. Trong thiết kế này, có hai Tín hiệu Kích hoạt Trình điều khiển riêng biệt (En1 & En2) cho Trình điều khiển 1 & 2. Hơn nữa, các chân đầu ra được kết nối với đầu ra của các LUT được cấu hình thích hợp.

Điều này kết thúc phần thiết kế GreenPAK của Ví dụ 1, Ví dụ 2 và Ví dụ 3.

Bước 7: Kết quả thử nghiệm

Một cách thuận tiện để kiểm tra các thiết kế của Ví dụ 1, Ví dụ 2 và Ví dụ 3 là thử nghiệm và kiểm tra bằng mắt. Hành vi theo thời gian của mỗi sơ đồ được phân tích bằng máy phân tích logic và kết quả được trình bày trong phần này.

Hình 13 cho thấy hành vi tạm thời của các tín hiệu đầu ra khác nhau cho Ví dụ 1 bất cứ khi nào chỉ báo được bật (IND = 1). Có thể nhận thấy rằng các tín hiệu cho các chân đầu ra DO1-DO5 lần lượt bật lên sau khi hết một khoảng thời gian đã định theo Bảng 2. Dạng tín hiệu được cung cấp cho các chân DO6-DO10 cũng tương tự. Tín hiệu Kích hoạt Trình điều khiển (En) bật khi bất kỳ tín hiệu nào trong số các tín hiệu DO1-DO10 được bật và nếu không, nó sẽ tắt. Trong hoạt ảnh, bất cứ khi nào tín hiệu chỉ báo xuống thấp (IND = 0), các tín hiệu En và DO10 sẽ bật và duy trì ở mức cao logic. Tóm lại, các kết quả đáp ứng các yêu cầu và xác nhận các đề xuất lý thuyết cho Ví dụ 1.

Trong Hình 14, mô tả sơ đồ thời gian của các tín hiệu đầu ra khác nhau cho Ví dụ 2, với tín hiệu chỉ báo được bật (IND = 1), được mô tả. Quan sát thấy rằng các tín hiệu cho các chân đầu ra DO1-DO5 được bật luân phiên theo trình tự sau một khoảng thời gian phù hợp với Bảng 2. Các chân DO1, DO3 và DO5 vẫn ở mức thấp, trong khi các tín hiệu cho DO2 và DO4 lần lượt bật trên tuần tự. Các mẫu tương tự đối với DO6-DO10 cũng được quan sát (không được hiển thị trong hình do số lượng đầu vào máy phân tích bị hạn chế). Bất cứ khi nào bất kỳ tín hiệu nào trong số các tín hiệu DO1-DO10 được bật, tín hiệu Kích hoạt Trình điều khiển (En) cũng bật, nếu không thì tín hiệu này vẫn tắt. Trong suốt hoạt ảnh, bất cứ khi nào tín hiệu chỉ báo xuống thấp (IND = 0), các tín hiệu En và DO10 sẽ bật và duy trì mức cao logic. Kết quả đáp ứng các yêu cầu và chính xác các ý tưởng lý thuyết cho Ví dụ 2.

Hình 15 cho thấy, biểu đồ thời gian của các tín hiệu đầu ra khác nhau cho Ví dụ 3, với tín hiệu chỉ báo được bật (IND = 1). Có thể quan sát thấy rằng tín hiệu cho các chân đầu ra DO1-DO7 bật như trong Bảng 2. Hơn nữa, tín hiệu chân DO9 cũng hoạt động theo Bảng 2 (không được hiển thị trên hình). Các chân DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 vẫn ở mức thấp. En1 chuyển sang mức cao logic bất cứ khi nào tín hiệu từ DO1, DO3 và DO5 được bật và En2 chuyển sang mức cao logic bất cứ khi nào tín hiệu từ DO7 và DO9 lên cao. Trong toàn bộ hoạt ảnh, bất cứ khi nào tín hiệu chỉ báo ở mức thấp (IND = 0), tất cả các tín hiệu đầu ra: En1, En2 và DO1-DO10 sẽ bật và vẫn ở mức cao logic. Do đó, có thể kết luận rằng kết quả đáp ứng các yêu cầu và các đề xuất lý thuyết cho Ví dụ 3.

Phần kết luận

Mô tả chi tiết về các sơ đồ đèn xi nhan ô tô khác nhau với hình ảnh động đã được trình bày. Một Dialog CMIC SLG46620 phù hợp đã được chọn cho ứng dụng này vì nó cũng có sẵn trong gói TSSOP được khuyến khích cho các ứng dụng công nghiệp trong môi trường khắc nghiệt. Hai chương trình chính, sử dụng trình điều khiển ô tô đơn và nhiều kênh, được trình bày để phát triển các mô hình hoạt hình LED tuần tự linh hoạt. Các mô hình Máy Moore Trạng thái Hữu hạn thích hợp được phát triển để tạo ra các hình ảnh động mong muốn. Để xác nhận mô hình đã phát triển, thử nghiệm thuận tiện đã được thực hiện. Nó được thiết lập rằng chức năng của các mô hình đã phát triển phù hợp với thiết kế lý thuyết.