Tự làm trình điều khiển LED 4xN: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Màn hình LED được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống từ đồng hồ kỹ thuật số, bộ đếm, bộ đếm thời gian, đồng hồ đo điện tử, máy tính cơ bản và các thiết bị điện tử khác có khả năng hiển thị thông tin số. Hình 1 mô tả một ví dụ về màn hình LED 7 đoạn có thể hiển thị các số và ký tự thập phân. Vì mỗi phân đoạn trên màn hình LED có thể được điều khiển riêng lẻ, điều khiển này có thể yêu cầu nhiều tín hiệu, đặc biệt là đối với nhiều chữ số. Có thể hướng dẫn này mô tả cách triển khai dựa trên GreenPAK ™ để điều khiển nhiều chữ số với giao diện I2C 2 dây từ MCU.

Dưới đây, chúng tôi mô tả các bước cần thiết để hiểu cách thức lập trình chip GreenPAK để tạo trình điều khiển LED 4xN. 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 IC tùy chỉnh cho trình điều khiển LED 4xN.

Bước 1: Bối cảnh

Màn hình LED được chia thành hai loại: Cực dương chung và Cực âm chung. Trong cấu hình cực dương chung, các cực cực dương được nối ngắn bên trong với nhau như trong Hình 2. Để BẬT đèn LED, cực dương chung được kết nối với điện áp cung cấp của hệ thống VDD và các cực cực âm được nối với đất thông qua các điện trở hạn chế dòng điện.

Cấu hình cực âm chung tương tự như cấu hình cực dương chung ngoại trừ các cực âm cực được nối ngắn với nhau như trong Hình 3. Để BẬT màn hình LED âm cực chung, các đầu cực âm cực chung được kết nối với đất và các đầu cực cực dương được kết nối với hệ thống cung cấp điện áp VDD thông qua các điện trở hạn chế dòng điện.

Có thể thu được màn hình LED ghép N chữ số bằng cách ghép N màn hình LED 7 đoạn riêng lẻ. Hình 4 mô tả một ví dụ của màn hình LED 4x7 thu được bằng cách kết hợp 4 màn hình 7 phân đoạn riêng lẻ trong một cấu hình cực dương chung.

Như đã thấy trong Hình 4, mỗi chữ số có một pin / bảng nối cực dương chung có thể được sử dụng để kích hoạt riêng từng chữ số. Các chân catốt cho mỗi đoạn (A, B,… G, DP) nên được nối ngắn với nhau bên ngoài. Để cấu hình màn hình LED 4x7 này, người dùng chỉ yêu cầu 12 chân (4 chân chung cho mỗi chữ số và chân 8 phân đoạn) để điều khiển tất cả 32 phân đoạn của màn hình 4x7 ghép kênh.

Thiết kế GreenPAK, chi tiết dưới đây, cho thấy cách tạo tín hiệu điều khiển cho màn hình LED này. Thiết kế này có thể được mở rộng để điều khiển lên đến 4 chữ số và 16 phân đoạn. Vui lòng xem phần Tài liệu tham khảo để biết liên kết đến các tệp thiết kế GreenPAK có trên trang web của Dialog.

Bước 2: Thiết kế GreenPAK

Thiết kế GreenPAK được hiển thị trong Hình 5 bao gồm cả việc tạo tín hiệu phân đoạn và tín hiệu số trong một thiết kế. Các tín hiệu phân đoạn được tạo ra từ ASM và các tín hiệu lựa chọn chữ số được tạo ra từ chuỗi DFF. Các tín hiệu phân đoạn được kết nối với các chân phân đoạn thông qua các điện trở hạn chế dòng điện, nhưng các tín hiệu lựa chọn chữ số được kết nối với các chân chung của màn hình.

Bước 3: Tạo tín hiệu số

Như được mô tả trong phần 4, mỗi chữ số trên màn hình ghép có một bảng nối đa năng riêng lẻ. Trong GreenPAK, các tín hiệu cho mỗi chữ số được tạo ra từ chuỗi DFF điều khiển dao động bên trong.

Các tín hiệu này điều khiển các chân chung của màn hình. Hình 6 hiển thị các tín hiệu lựa chọn chữ số.

Kênh 1 (Màu vàng) - Pin 6 (Chữ số 1)

Kênh 2 (Màu xanh lá cây) - Pin 3 (Chữ số 2)

Kênh 3 (Xanh lam) - Chốt 4 (Chữ số 3)

Kênh 4 (Đỏ tươi) - Pin 5 (Chữ số 4)

Bước 4: Tạo tín hiệu phân đoạn

GreenPAK ASM tạo ra các mẫu khác nhau để thúc đẩy các tín hiệu phân đoạn. Bộ đếm 7,5ms quay vòng qua các trạng thái ASM. Vì ASM nhạy cảm với mức, thiết kế này sử dụng một hệ thống điều khiển để tránh khả năng chuyển đổi nhanh chóng qua nhiều trạng thái trong khoảng thời gian cao của xung nhịp 7,5ms. Việc triển khai cụ thể này dựa trên các trạng thái ASM liên tiếp được điều khiển bởi các cực đồng hồ đảo ngược. Cả tín hiệu phân đoạn và tín hiệu số đều được tạo ra bởi cùng một bộ dao động nội 25kHz.

Bước 5: Cấu hình ASM

Hình 7 mô tả sơ đồ trạng thái của ASM. Trạng thái 0 tự động chuyển sang Trạng thái 1. Một chuyển đổi tương tự xảy ra từ Trạng thái 2 sang Trạng thái 3, Trạng thái 4 sang Trạng thái 5 và Trạng thái 6 sang Trạng thái 7. Dữ liệu từ Trạng thái 0, Trạng thái 2, Trạng thái 4 và Trạng thái 6 được chốt ngay lập tức bằng cách sử dụng DFF 1, DFF 2 và DFF 7 như trong Hình 5, trước khi ASM chuyển sang trạng thái tiếp theo. Các DFF này chốt dữ liệu từ các trạng thái đồng đều của ASM, cho phép người dùng điều khiển màn hình 4x11 / 4xN mở rộng (N lên đến 16 phân đoạn) bằng cách sử dụng ASM của GreenPAK.

Mỗi chữ số trên màn hình 4xN được điều khiển bởi hai trạng thái của ASM. Trạng thái 0/1, Trạng thái 2/3, Trạng thái 4/5 và Trạng thái 6/7 lần lượt điều khiển Chữ số 1, Chữ số 2, Chữ số 3 và Chữ số 4. Bảng 1 mô tả các trạng thái ASM cùng với địa chỉ RAM tương ứng của chúng để kiểm soát từng chữ số.

Mỗi trạng thái của ASM RAM lưu trữ một byte dữ liệu. Vì vậy, để định cấu hình màn hình 4x7, ba đoạn của Chữ số 1 được kiểm soát bởi Trạng thái 0 của ASM và năm đoạn của Chữ số 1 được kiểm soát bởi Trạng thái 1 của ASM. Kết quả là, tất cả các phân đoạn của mỗi chữ số trên màn hình LED có được bằng cách ghép các phân đoạn từ hai trạng thái tương ứng của chúng. Bảng 2 mô tả vị trí của từng phân đoạn của Chữ số 1 trong ASM RAM. Theo cách tương tự, Trạng thái 2 đến Trạng thái 7 của ASM lần lượt bao gồm các vị trí phân đoạn của Chữ số 2 đến Chữ số 4.

Như đã thấy trong Bảng 2, các đoạn OUT 3 đến OUT 7 của Trạng thái 0 và OUT 0 đến OUT 2 đoạn của Trạng thái 1 không được sử dụng. Thiết kế GreenPAK trong Hình 5 có thể điều khiển màn hình 4x11 bằng cách định cấu hình các đoạn OUT 0 đến OUT 2 của tất cả các trạng thái lẻ của ASM. Thiết kế này có thể được mở rộng hơn nữa để điều khiển màn hình 4xN mở rộng (N lên đến 16 phân đoạn) bằng cách sử dụng nhiều ô logic DFF và GPIO.

Bước 6: Kiểm tra

Hình 8 cho thấy sơ đồ thử nghiệm được sử dụng để hiển thị số thập phân trên màn hình LED 4x7 đoạn. Arduino Uno được sử dụng để I2C giao tiếp với thanh ghi RAM ASM của GreenPAK. Để biết thêm thông tin về giao tiếp I2C, vui lòng tham khảo [6]. Các chân cực dương chung của màn hình được kết nối với các GPIO lựa chọn chữ số. Các chân phân đoạn được kết nối với ASM thông qua các điện trở hạn chế dòng điện. Kích thước điện trở giới hạn dòng điện tỷ lệ nghịch với độ sáng của màn hình LED. Người dùng có thể chọn cường độ của điện trở giới hạn dòng tùy thuộc vào dòng điện trung bình tối đa của GPIO GreenPAK và dòng điện một chiều tối đa của màn hình LED.

Bảng 3 mô tả các số thập phân từ 0 đến 9 ở cả định dạng nhị phân và thập lục phân được hiển thị trên màn hình 4x7. 0 cho biết một đoạn đang BẬT và 1 cho biết đoạn đó TẮT. Như thể hiện trong Bảng 3, cần có hai byte để hiển thị một số trên màn hình. Bằng cách tương quan Bảng 1, Bảng 2 và Bảng 3, người dùng có thể sửa đổi các thanh ghi RAM của ASM để hiển thị các số khác nhau trên màn hình.

Bảng 4 mô tả cấu trúc lệnh I2C cho Chữ số 1 trên màn hình LED 4x7. Các lệnh I2C yêu cầu một bit bắt đầu, byte điều khiển, địa chỉ từ, byte dữ liệu và bit dừng. Các lệnh I2C tương tự có thể được viết cho Chữ số 2, Chữ số 3 và Chữ số 4.

Ví dụ, để viết 1234 trên màn hình LED 4x7, các lệnh I2C sau được viết.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Bằng cách ghi liên tục tất cả tám byte của ASM, người dùng có thể sửa đổi mẫu được hiển thị. Ví dụ: mã bộ đếm được bao gồm trong tệp ZIP của ghi chú ứng dụng trên trang web của Dialog.

Kết luận

Giải pháp GreenPAK được mô tả trong Có thể hướng dẫn này cho phép người dùng giảm thiểu chi phí, số lượng thành phần, không gian bo mạch và mức tiêu thụ điện năng.

Hầu hết các MCU đều có số lượng GPIO giới hạn, vì vậy việc giảm tải các GPIO điều khiển LED xuống một IC GreenPAK nhỏ và rẻ tiền cho phép người dùng tiết kiệm IO cho các chức năng bổ sung.

Hơn nữa, IC GreenPAK rất dễ kiểm tra. RAM ASM có thể được sửa đổi chỉ bằng một vài nút bấm trong Phần mềm thiết kế GreenPAK, cho biết các sửa đổi thiết kế linh hoạt. Bằng cách định cấu hình ASM như được mô tả trong Có thể hướng dẫn này, người dùng có thể điều khiển bốn màn hình LED N-đoạn với tối đa 16 đoạn mỗi màn hình.