Tạo màn hình POV của riêng bạn: 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Nhận thức về tầm nhìn (POV) hay Độ bền của tầm nhìn (nó có một số biến thể) là một hiện tượng thị giác thú vị của con người xảy ra khi nhận thức thị giác về một đối tượng không ngừng mặc dù đối tượng thay đổi vị trí. Con người nhìn thấy một hình ảnh trong khoảng thời gian vài phần giây; những hình ảnh này được lưu vào não trong thời gian rất ngắn (tức thời). Một ví dụ của hiện tượng này là khi bạn quan sát một nguồn chiếu sáng như đèn LED hoặc bóng đèn, được bật và quay xung quanh. Thị giác của chúng ta bị lừa khi tin rằng ánh sáng quay thực sự là một vòng tròn liên tục, giống như vòng tròn liên tục được hình thành từ một cánh quạt đang quay trên máy bay. POV đã được sử dụng trong nhiều năm, bắt đầu với giphoscope, để tạo ra các loại ảo ảnh và hình ảnh động khác nhau cho tầm nhìn của chúng ta; nó thường được sử dụng để hiển thị tin nhắn và hình ảnh động trên màn hình bằng đèn LED, quay chúng ở dạng 2D hoặc 3D cho các loại tin nhắn khác nhau. Mục tiêu của ghi chú ứng dụng này là thiết kế và chứng minh cách hoạt động của Nhận thức về Tầm nhìn bằng cách viết từ “SILEGO” trên màn hình sẽ được xây dựng và đưa ra các ý tưởng để hướng dẫn bạn thực hiện quá trình tạo ra các thiết kế phức tạp hơn trong tương lai. Đối với dự án này, chúng tôi đã sử dụng Dialog GreenPAK ™ SLG46880, với bộ ổ cắm cho phép nguyên mẫu này dễ dàng kết nối với tất cả các thành phần bên ngoài bằng cáp. Sử dụng GreenPAK lớn hơn để thiết kế Màn hình POV mục đích chung là rất thuận lợi vì các thành phần mạnh mẽ của nó như hệ thống con ASM, cho phép bạn in bất kỳ loại mẫu nào trên màn hình. Ứng dụng này sẽ hiển thị kết quả cuối cùng bằng SLG46880.

Dưới đây, chúng tôi đã mô tả các bước cần thiết để hiểu cách thức lập trình chip GreenPAK để tạo Màn hình POV. 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 Màn hình POV.

Bước 1: Sơ đồ

Ví dụ về Màn hình POV này nhắm mục tiêu đến kiểu 2D được hiển thị trong Hình 1, có một dãy mười một đèn LED (mỗi đèn có điện trở để điều chỉnh dòng điện) được kết nối trực tiếp với các chân GPO khác nhau trên GreenPAK CMIC. Mạch được tạo mẫu và hàn vào bảng mạch PCB. Nguồn điện được sử dụng cho Màn hình là Pin kiềm 9 V 10 A L1022, được kết nối với mạch điều chỉnh điện áp sử dụng LM7805V có đầu ra 5 V. Ngoài việc làm cho màn hình quay, cần có Động cơ DC có đủ sức mạnh để di chuyển tất cả mạch điều khiển gắn vào chân đế tùy chỉnh. Trong trường hợp này, một động cơ 12 V đã được sử dụng, được kết nối với một công tắc chính và một nguồn điện được điều chỉnh sẵn để tạo ra các mức điện áp khác nhau thông qua một công tắc xoay, cho phép động cơ quay ở một số tốc độ.

Bước 2: Thiết kế GreenPAK

Khi thiết kế các loại thông điệp và hình ảnh động khác nhau cho Màn hình POV bằng GreenPAK, chúng ta nên biết cả các công cụ và hạn chế của chip. Bằng cách này, chúng tôi có thể tạo ra một thiết kế thành thạo, sử dụng ít linh kiện điện tử nhất để đạt được màn hình POV. Thiết kế này sử dụng những ưu điểm mới được cung cấp bởi SLG46880 CMIC, tập trung vào thành phần Hệ thống con Máy trạng thái không đồng bộ. Công cụ Hệ thống con SLG46880 ASM có thể có lợi thế hơn các công cụ GreenPAK ASM trước đây vì các tính năng mới của nó, cho phép thiết kế State Machine phức tạp hơn. Một số thành phần nội bộ có liên quan của Hệ thống con ASM được sử dụng là:

● 12-United ASM Macrocell

● Macrocell bộ nhớ động (DM)

● F (1) Macrocell tính toán

● Các thành phần độc lập của nhà nước

Càng nhiều macrocell của máy trạng thái mà chip cho phép tạo và cấu hình, thì càng có nhiều khả năng thiết kế. Mỗi trạng thái trong số mười hai trạng thái được sử dụng để viết các phần khác nhau của từ sẽ được hiển thị, bật / tắt các kết hợp riêng biệt của các đèn LED, một số trong số đó được lặp lại hai lần hoặc nhiều lần và trong một số trường hợp, thời gian của các trạng thái lặp lại được thay đổi, bởi vì cùng một mẫu có thể được sử dụng cho các chữ cái khác nhau tại các thời điểm khác nhau. Các tiểu bang được cấu trúc trong Bảng 1.

Bảng 1 cho thấy mỗi trạng thái hiện có trong thiết kế có liên quan như thế nào với các chữ cái trong từ “SILEGO”. Điều này tương quan với cấu hình LED được hiển thị trong Hình 2.

Như bạn có thể quan sát, tất cả các trạng thái cùng nhau được thực thi tại các thời điểm khác nhau sẽ đạt được cấu trúc hoàn chỉnh của từ, Hình 3 cho thấy các trạng thái được kết nối / liên quan như thế nào. Tất cả các chuyển đổi trạng thái đều theo thứ tự mili giây và mỗi cột trong biểu đồ Hình 2 biểu thị một mili giây (1 mili giây). Một số trạng thái kéo dài 3 ms, 4 ms và các trạng thái khác, đủ lâu với tốc độ tối thiểu của động cơ được sử dụng để trình diễn video ở khoảng 460 vòng / phút.

Điều quan trọng là phải xem xét và đo tốc độ của động cơ để biết và tính toán thời gian trên thiết kế mục đích tuổi thọ. Bằng cách này, thông điệp có thể được đồng bộ hóa với tốc độ động cơ, do đó mắt người có thể nhìn thấy được. Một cân nhắc khác để làm cho quá trình chuyển đổi trạng thái trở nên ít khó nhận thấy hơn và rõ ràng hơn đối với tầm nhìn của chúng ta, đó là tăng tốc độ của động cơ lên hơn 1000 vòng / phút và thời gian trạng thái được đặt theo thứ tự micro giây để thông điệp có thể được nhìn thấy một cách trơn tru. Bạn có thể tự hỏi mình, làm thế nào bạn sẽ đồng bộ hóa tốc độ của động cơ với tốc độ của tin nhắn hoặc hình ảnh động? Điều này được thực hiện bằng một vài công thức đơn giản. Nếu bạn có tốc độ động cơ là 1000 vòng / phút, để biết động cơ điện một chiều mất bao lâu cho mỗi vòng quay tính bằng giây, hãy:

Tần số = 1000 RPM / 60 = 16,67 Hz Chu kỳ = 1 / 16,67 Hz = 59,99 ms

Bằng cách biết chu kỳ, bạn biết động cơ quay một vòng trong bao lâu. Nếu bạn muốn in một tin nhắn như “Hello World”, khi bạn biết khoảng thời gian của mỗi lượt, bạn muốn tin nhắn đó hiển thị trên màn hình lớn đến mức nào. Để in tin nhắn mong muốn ở kích thước mong muốn, hãy làm theo quy tắc chung sau:

Ví dụ: nếu bạn muốn thông báo bao phủ 40% không gian của màn hình, thì:

Kích thước tin nhắn = (Khoảng thời gian * 40%) / 100% = (59,99 ms * 40%) / 100% = 24 ms

Điều đó có nghĩa là thông báo sẽ được hiển thị trong 24 mili giây cho mỗi lượt, vì vậy khoảng trống hoặc phần còn lại của khoảng trống trong một lượt (nếu bạn không hiển thị nội dung nào đó sau tin nhắn), phải là:

Khoảng trống = Dấu chấm - Kích thước thông báo = 59,99 ms - 24 ms = 35,99 ms

Cuối cùng, nếu bạn cần hiển thị thông báo ở 40% khoảng thời gian đó, bạn cần biết thông báo sẽ cần bao nhiêu trạng thái và chuyển tiếp để viết thông báo dự kiến, ví dụ: nếu thông báo có hai mươi (20) lần chuyển tiếp, thì:

Khoảng thời gian trạng thái đơn = Kích thước thông báo / 20 = 24 ms / 20 = 1,2 ms.

Vì vậy, mỗi trạng thái nên kéo dài 1,2 ms để hiển thị thông báo một cách chính xác. Tất nhiên, bạn sẽ nhận thấy rằng hầu hết các thiết kế đầu tiên không hoàn hảo, vì vậy bạn có thể thay đổi một số thông số trong quá trình kiểm tra vật lý để cải thiện thiết kế. Chúng tôi đã sử dụng các Macrocell của Bộ nhớ động (DM) để tạo điều kiện chuyển đổi trạng thái. Hai trong số bốn khối DM có kết nối ma trận để chúng có thể tương tác với các khối bên ngoài hệ thống con ASM. Mỗi DM Macrocell có thể có tối đa 6 cấu hình khác nhau có thể được sử dụng ở các trạng thái khác nhau. Các khối DM được sử dụng trong thiết kế này để kích hoạt ASM chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác. Ví dụ, trạng thái Silego [3] được lặp lại hai lần qua các lần chuyển đổi; nó cần viết phần đầu và phần cuối của chữ cái viết hoa “I” có cùng một mẫu, nhưng trước tiên nó cần đến Silego [4] để viết mẫu ở giữa chữ hoa “I”, và sau đó là khi Silego [3] được thực thi lần thứ hai, nó cần chuyển sang trạng thái No Message, tiếp tục phần còn lại của quá trình chuyển đổi. Làm cách nào để ngăn Silego [3] rơi vào vòng lặp vô hạn với Silego [4]? Thật đơn giản, có một số LUT được định cấu hình là SR Flip Flops yêu cầu Silego [3] không chọn Silego [4] lặp đi lặp lại mà hãy chọn trạng thái No Message vào lần thứ hai. Sử dụng SR Flip Flops để ngăn các vòng lặp vô hạn khi bất kỳ trạng thái nào được lặp lại là một cách tuyệt vời để giải quyết vấn đề này và chỉ yêu cầu một LUT 3-bit được cấu hình như trong Hình 4 và Hình 5. Quá trình này xảy ra cùng lúc với đầu ra ASM làm cho Silego [3] chuyển đến Silego [4], vì vậy lần sau khi máy trạng thái thực thi Silego [3], nó sẽ được thông báo chọn trạng thái Không có Thông báo để tiếp tục quá trình.

Một khối ASM khác hữu ích cho dự án này là F (1) Computational Macrocell. F (1) có thể thực hiện tốt một danh sách các lệnh cụ thể để đọc, lưu trữ, xử lý và xuất dữ liệu mong muốn. Nó có thể thao tác 1 bit tại một thời điểm. Trong dự án này, khối F (1) được sử dụng để đọc, trì hoãn và xuất ra các bit để điều khiển một số LUT và cho phép các trạng thái (chẳng hạn như trong Silego [1] để kích hoạt Silego [2]).

Bảng trong Hình 1 giải thích cách mỗi đèn LED được định địa chỉ đến các chân GPO củaGreenPAK; các chân vật lý liên quan được đánh địa chỉ từ RAM Đầu ra ASM trong ma trận, như được hiển thị trong Bảng 2.

Như bạn có thể thấy trong Bảng 2, mỗi chân của chip được định địa chỉ cho các đầu ra ASM riêng biệt; ASMOUTPUT 1 có tám (8) đầu ra được sử dụng kết nối trực tiếp với GPO bên ngoài ngoại trừ OUT 4. ASM OUTPUT 0 có bốn (4) đầu ra trong đó OUT 0 và OUT 1 được kết nối trực tiếp với PIN 4 và PIN 16 tương ứng; OUT 2 được sử dụng để thiết lập lại LUT5 và LUT6 tại các trạng thái Silego [5] và Silego [9] và cuối cùng OUT 3 được sử dụng để thiết lập LUT6 tại Silego [4] và Silego [7]. ASM nRESET không được bật tắt trong thiết kế này vì vậy nó chỉ buộc phải ở mức CAO khi được kết nối với VDD. Đèn LED phía trên và phía dưới đã được thêm vào dự án này để tạo hoạt ảnh bổ sung trong khi “SILEGO” đang được hiển thị. Hoạt ảnh này nói về một vài dòng quay vòng theo thời gian với chuyển động của động cơ. Những dòng này là đèn LED màu trắng, trong khi đèn dùng để viết các chữ cái có màu đỏ. Để đạt được hoạt ảnh này, chúng tôi đã sử dụng GreenPAK’s PGEN và CNT0. PGEN là một bộ tạo mẫu sẽ xuất ra bit tiếp theo trong mảng của nó ở mọi cạnh xung nhịp. Chúng tôi chia chu kỳ quay của động cơ thành 16 phần và kết quả được đặt thành chu kỳ đầu ra là CNT0. Mẫu được lập trình trong PGEN được thể hiện trong Hình 6.

Bước 3: Kết quả

Để kiểm tra thiết kế, chúng tôi đã kết nối ổ cắm của SLG46880 với PCB bằng cáp ruy-băng. Hai bảng bên ngoài được kết nối với mạch, một trong số đó chứa bộ điều chỉnh điện áp và bảng kia chứa dãy đèn LED. Để bắt đầu hiển thị thông báo để trình diễn, chúng tôi bật mạch logic được điều khiển bởi GreenPAK, sau đó bật động cơ DC. Tốc độ có thể cần được điều chỉnh để đồng bộ hóa thích hợp. Kết quả cuối cùng được hiển thị trong Hình 7. Ngoài ra còn có một video liên quan với ghi chú ứng dụng này.

Kết luận Nhận thức về Hiển thị Tầm nhìn được trình bày trong dự án này được thiết kế bằng Hộp thoại GreenPAK SLG46880 làm bộ điều khiển chính. Chúng tôi đã chứng minh rằng thiết kế hoạt động bằng cách viết từ “SILEGO” bằng đèn LED. Một số cải tiến có thể được thực hiện đối với thiết kế bao gồm:

● Sử dụng nhiều GreenPAK để tăng số lượng trạng thái có thể in một tin nhắn hoặc hoạt ảnh dài hơn.

● Thêm nhiều đèn LED hơn vào mảng. Có thể hữu ích khi sử dụng đèn LED gắn trên bề mặt thay vì đèn LED xuyên lỗ để giảm khối lượng của tay quay.

● Việc bao gồm một bộ vi điều khiển có thể cho phép bạn thay đổi thông báo hiển thị bằng cách sử dụng các lệnh I2C để định cấu hình lại thiết kế GreenPAK. Điều này có thể được sử dụng để tạo ra một màn hình đồng hồ kỹ thuật số cập nhật các chữ số để hiển thị thời gian một cách chính xác