Charlieplexing LEDs- Теория: 7 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:43

Бул үйрөткүч - бул сиздин жеке долбооруңуз жана charlieplexing теориясынын сүрөттөмөсү. Бул электрониканын негиздери бар адамдар үчүн ылайыктуу, бирок башталгычтар эмес. Мен муну мурун жарыяланган Instructables'де алган көптөгөн суроолорума жооп катары жаздым.

'Charlieplexing' деген эмне? Бул бир нече төөнөгүчтөр менен көп LED айдап жатат. Эгерде сиз ойлонуп жатсаңыз, Charlieplexing техниканы иштеп чыккан Максимдеги Чарльз Аллендин ысымы менен аталган. Бул көп нерселер үчүн пайдалуу болушу мүмкүн. Статус маалыматын кичинекей микроконтроллерде көрсөтүү керек болушу мүмкүн, бирок бир нече казыктар бош. Сиз кооз чекиттүү матрицаны же саатты көрсөтүүнү каалашыңыз мүмкүн, бирок көп компоненттерди колдонууну каалабайсыз. Charlieplexing көрсөткөн кээ бир башка долбоорлорду карап көргүңүз келиши мүмкүн: Бир нече микроконтроллердин казыгынан кантип көп LED айдаганы. Westfw тарабынан:- https://www.instructables.com/id/ED0NCY0UVWEP287ISO/ Жана менин бир нече долбоорлорум, Microdot сааты:- https://www.instructables.com/id/EWM2OIT78OERWHR38Z/ Minidot 2 сааты: - https://www.instructables.com/id/E11GKKELKAEZ7BFZAK/ charlieplexingти колдонуунун дагы бир сонун мисалы: https://www.jsdesign.co.uk/charlie/ өчүрүү/караңгылатуу, бул жерде талкууланбайт. UPDATE 19 Август 2008: Мен комментарийлер бөлүмүндө талкууланган жогорку кубаттуулуктагы светодиоддор үчүн матрицаны charliplexing колдоно ала турган схемасы бар zip файлын коштум. Колдонуучу интерфейсин жасоо үчүн баскыч + позиция коддоочусу бар, же USB же RS232 компьютерди башкаруу схемасы бар. Ар бир жогорку чыңалуу рельсин эки чыңалуунун бирине коюуга болот, айталы, КЫЗЫЛ диоддор үчүн 2.2В жана жашыл/көк/ак үчүн 3.4В. Жогорку капталдагы рельстер үчүн чыңалуу trimpot аркылуу коюлушу мүмкүн. Мен тактага 20wire IDC лента кабелин туташтырууну жана тасманын узундугу боюнча 20pin IDC коннекторлорун кошууну, ар бир LED тактасынын матрицада каалаган зымдарга шилтемелери бар экенин болжолдоп жатам. Район Eagle Cadда жана төмөнкү суб сүрөттө келтирилген. Жогорку каптал схемасы ылайыктуу болушу мүмкүн деп ойлогон оптокуплерди колдонуу менен ишке ашырылат. Мен чындыгында бул схеманы сынап көргөн жокмун жана убакыттын жоктугунан эч кандай программалык камсыздоону жазган жокмун, бирок комментарийге койдум, өзгөчө мен оптокуплерди ишке ашырууга кызыгам. Кимде ким эр жүрөк болсо, жыйынтыгын жазыңыз. UPDATE 2008 -жылдын 27 -августу: EagleCad колдонбогондор үчүн …. төмөндө схеманын PDF форматында

1 -кадам: Кээ бир LED теориясы

Charlieplexing LED жана заманбап микроконтроллерлердин бир катар пайдалуу жактарына таянат.

Биринчиден, сиз LEDди электрге туташтырганда эмне болот. Төмөндөгү негизги диаграмма кадимки 5мм аз кубаттуу LEDдин If v Vf ийри деп аталганын көрсөтөт. Эгерде "алдыга ток" Vf "алдыга чыңалуу" дегенди түшүндүрөт Башкача айтканда, вертикалдуу огу, эгер сиз анын терминалдарына горизонталдык огунун чыңалуусун койсоңуз, LED аркылуу өтүүчү токту көрсөтөт. Бул башкача иштейт, эгерде сиз токтун кандайдыр бир мааниге ээ экенин өлчөсөңүз, анда горизонталдык огуна карап, LED анын терминалдарында көрсөтүүчү чыңалуусун көрө аласыз. Экинчи диаграммада If жана Vf деп белгиленген LEDдын схемасы көрсөтүлгөн. Негизги диаграммадан графиктин кызыктырган жерлерин белгилеп койдум. - Биринчи аймак - LED "өчүк". Тагыраак айтканда, LED жарыкты ушунчалык күңүрт чыгарат, эгерде сизде супер-дупер сүрөтүн күчөткүч болбосо, аны көрө албайсыз. - Экинчи аймакта кичинекей жарык берүүчү LED бар. - Үчүнчү аймак - бул адатта LED иштейт жана өндүрүүчүлөрдүн рейтингинде жарык чыгарат. Төртүнчү аймак - бул диоддун иштөө чегинен тышкары иштеген жери, балким абдан жаркырап турат, бирок, тилекке каршы, сыйкырдуу түтүн чыгып кете электе бир аз убакытка чейин кайра иштебейт… ал аркылуу өтө көп ток агат. Эске алыңыз, эгерде LED/Vf ийри же иштөөчү ийри сызык сызыктуу эмес. Башкача айтканда, бул түз сызык эмес … анын ичинде ийилген же ийилген. Акыр -аягы, бул диаграмма 20мА иштөө үчүн иштелип чыккан типтүү 5 мм кызыл LED үчүн. Ар кандай өндүрүүчүлөрдүн ар кандай LED диоддору ар кандай иштөө ийри сызыктарына ээ. Мисалы, 20мАдагы бул диаграммада LEDдин алдыга чыңалуусу болжол менен 1,9В болот. 20мА көк 5мм LED үчүн алдыга чыңалуу 3,4В болушу мүмкүн. 350 мА жогорку кубаттуулуктагы ак люкс LED үчүн алдыга чыңалуу 3,2В тегерегинде болушу мүмкүн. Кээ бир LED чырактары Vf/If ийригин кайра өзгөртүп, серия же параллелдүү бир нече LED болушу мүмкүн. Адатта, өндүрүүчү LEDди колдонуу үчүн коопсуз болгон иштеп жаткан токту жана ошол учурдагы алдыга чыңалууну көрсөтөт. Адатта (бирок дайыма эле эмес) сиз маалымат барагында төмөндөгүдөй графикти аласыз. Ар кандай иштеп жаткан токтордо алдыга чыңалуу эмне экенин аныктоо үчүн LED үчүн маалымат барагын карашыңыз керек. Эмне үчүн бул графика ушунчалык маанилүү? Анткени ал LEDда чыңалуу болгондо, агып келе турган ток графикке ылайык болорун көрсөтөт. Чыңалууну төмөндөтүңүз жана азыраак ток агат ….. жана LED 'өчөт'. Бул charlieplexing теориясынын бир бөлүгү, биз кийинки кадамга чыгабыз.

2 -кадам: Мыйзамдар (электроника)

Азырынча charlieplexing сыйкырына жете элекпиз ….электроника мыйзамдарынын кээ бир негиздерине барышыбыз керек. Биринчи кызыкчылык мыйзамы электрдик схемада туташкан компоненттердин бардык серияларынын жалпы чыңалуусу жеке адамдын суммасына барабар экенин көрсөтөт. компоненттер боюнча чыңалуу. Бул төмөндөгү негизги диаграммада көрсөтүлгөн. Бул диоддорду колдонууда пайдалуу, анткени сиздин орточо батарейкаңыз же микроконтроллердин чыккычы эч качан LEDди сунушталган токто иштетүү үчүн туура чыңалуу болбойт. Мисалы, микроконтроллер адатта 5Вда иштейт жана анын чыккычы 5Вда болот. Эгерде сиз жөн гана LEDди микро чыгаргычка туташтырсаңыз, анда мурунку беттеги иштөө сызыгынан LEDде өтө көп ток агып кетээрин көрөсүз жана ал ысып, күйүп кетет (балким микрофонду да бузат). Бирок, эгерде биз LED менен катар экинчи компонентти киргизсек, анда 5Внын бир бөлүгүн алып таштай алабыз, ошондуктан сол чыңалуу LEDди туура иштеп жаткан учурда иштетүү үчүн туура болот. Бул адатта резистор, жана ушундай жол менен колдонулганда учурдагы чектөөчү резистор деп аталат. Бул ыкма абдан кеңири колдонулат жана "ом мыйзамы" деп аталган нерсеге алып келет …. Ohm мырзанын атынан аталган. Омс мыйзамы V = I * R теңдемесине ылайык келет, мында V - бул ток I болгондо R каршылыгында пайда боло турган чыңалуу резистор аркылуу агып жатат. V вольтто, мен амперде, ал эми омдо. R эгерде бизде 5В болсо, биз 20мАда иштеши үчүн диод аркылуу 1.9В керек, анда резистордун 5-1.9 = 3.1 болушун каалайбыз. V ал боюнча. Биз муну экинчи диаграммадан көрө алабыз. Резистор LED менен катар болгондуктан, ошол эле резистор LED аркылуу агат, башкача айтканда 20мА. Ошентип, теңдемени кайра түзүп, биз бул ишти жасоо үчүн керек болгон каршылыкты таба алабыз. азырынча … сонун Эми 3 -диаграмманы караңыз. Бул LED эки резистордун ортосунда жайгашкан. Жогоруда айтылган биринчи мыйзамга ылайык, биз экинчи диаграммада ушундай эле абалдабыз. Бизде LED боюнча 1.9В бар, андыктан ал спецификалык баракчага ылайык иштеп жатат. Бизде ар бир резистордун ар бири 1,55В (бардыгы 3,1) алып салат. Чыңалууларды кошуу менен бизде 5V (микроконтроллер пин) = 1.55V (R1) + 1.9V (LED) + 1.55V (R2) бардыгын тең салмактайт. Бул экинчи диаграммада эсептелген сумманын жарымы. Албетте, иш жүзүндө 77.5ohm резисторун табуу кыйын болот, андыктан сиз эң жакын болгон бааны алмаштырып коёсуз, айталы 75ohms жана бир аз көбүрөөк ток менен аяктайт LED же 82ohms коопсуз жана бир аз азыраак болушу үчүн. Эмне үчүн жер бетинде биз жөнөкөй LEDди айдай турган бул резистордук кумду жасашыбыз керек …. эгерде сизде бир светодиод болсо, анда баары бир аз акылсыз, бирок бул charlieplexing боюнча көрсөтмө жана бул кийинки кадам үчүн пайдалуу болот.

3 -кадам: "кошумча Drive" киргизүү

"Шарлиеплексингди" сүрөттөө үчүн тагыраак дагы бир ат - "кошумча диск".

Орточо микроконтроллерде микрофонго микрофонго "0" же "1" болушу керек же чыгууда 0В чыңалуусун же 5В чыңалуусун көрсөтүүнү айтсаңыз болот. Төмөндөгү диаграммада артка бурулган өнөктөшү бар сэндвичтүү LED көрсөтүлөт … же кошумча LED, демек, кошумча диск. Диаграмманын биринчи жарымында микро 5 В чейин, ал эми В үчүн 0В ток чыгарат. Ошентип, ток Адан Вга агат, анткени LED2 LED1ге артка багытталган, ал аркылуу эч кандай ток өтпөйт жана болбойт. жаркыроо. Бул тескери бурулуш деп аталат. Бизде мурунку беттеги абалдын эквиваленти бар. Биз негизинен LED2ге көңүл бурбай койсок болот. Жебелер учурдагы агымды көрсөтөт. Жарык диод негизинен диод (демек, жарык чыгаруучу диод). Диод - бул токтун бир багытта агып кетүүсүнө мүмкүндүк берген, бирок башка багытта эмес. Светодиоддун схемасы муну көрсөтүп турат, ток жебенин багыты боюнча агат ……. бирок башка жол менен тосулган. Эгерде биз микроге азыр 5 В жана В пинине 0В чыгарууну көрсөтсөк, бизде тескерисинче. Азыр LED1 тескери тараптуу, LED2 алдыга багытталган жана учурдагы агымга мүмкүндүк берет. LED2 жаркырайт жана LED1 караңгы болот. Эми киришүүдө айтылган ар кандай долбоорлордун схемаларын карап көрүү жакшы болмок. Сиз матрицада бул кошумча жуптардын көп бөлүгүн көрүшүңүз керек. Албетте, төмөндөгү мисалда биз эки микроконтроллердин казыгы бар эки светодиодду айдап жатабыз ….. Эмне үчүн убара болуп жатканыңызды айта аласыз. Эмесе, кийинки бөлүмдө биз charlieplexingдин ичегисине жетебиз жана ал микроконтроллерлердин чыккычтарын кантип эффективдүү колдонот.

4 -кадам: Акыры….a Charlieplex Matrix

Киришүүдө айтылгандай, charliplexing - бул микроконтроллердеги бир нече казыктары бар лотторду айдоонун ыңгайлуу жолу. Бирок мурунку беттерде биз чындыгында эч кандай казыкты сактап калган жокпуз, эки светодиодду эки казык менен айдап….

Ооба, биз даттануу диск идеясын charlieplex матрицасына жайылта алабыз. Төмөндөгү диаграмма минималдуу charlieplex матрицасын үч резистордон жана алты LEDдан турат жана үч микроконтроллердин казыгын колдонот. Эми бул ыкма канчалык ыңгайлуу экенин көрүп жатасызбы? Эгерде сиз алты светодиодду кадимкидей айдагыңыз келсе … сизге алты микроконтроллердин төөнөгүчтөрү керек болот. Чындыгында микроконтроллердин N казыктары менен сиз N * (N - 1) светодиоддорун айдай аласыз. 3 казык үчүн бул 3 * (3-1) = 3 * 2 = 6 LED. Нерселер тезирээк казыктар менен чогулат. 6 казык менен сиз 6 * (6 - 1) = 6 * 5 = 30 светодиодду айдай аласыз ….wow! Эми charlieplexing битке. Төмөндөгү диаграмманы караңыз. Бизде үч кошумча жуп бар, алардын ар биринин микро чыгаруучу казыктарынын ортосундагы бир жуп. Бир жуп А-В, бир жуп В-С жана бир жуп А-С. Эгерде сиз C пинин азырынча ажыратсаңыз, бизде мурдагыдай абал болмок. А пининде 5В жана В пининде 0В болгондо, LED1 жаркырайт, LED2 тескери тараптуу жана ток өткөрбөйт. В пининде 5В жана А пинде 0В болгондо LED2 жаркырайт жана LED1 тескери тараптуу болот. Бул башка микро казыктарга тиешелүү. Эгерде биз В пинин ажыратып, А пинин 5Вга жана С пинин 0Вга койсок, анда LED5 жаркырап күймөк. А пини 0V жана C пин 5V болуп артка бурулуп, LED6 жаркырап турмак. B-C казыктарынын ортосундагы кошумча жуп үчүн дагы. Токто, мен сенин айтканыңды угуп жатам. Экинчи ишти кененирээк карап көрөлү. Бизде пин Ада 5В жана В пининде 0В бар. Биз В пинин (ортоңку) ажыратып койдук. Макул, ошондуктан ток LED5 аркылуу агат, ток LED6 аркылуу өтпөйт, анткени ал тескери тараптуу (ошондой эле LED2 жана LED4)… жокпу? Эмне үчүн бул светодиоддор ошондой эле күйбөйт. Бул жерде charlieplexing схемасынын жүрөгү. Чынында, LED1 жана LED3 экөө тең агып жатат, бирок экөөнүн тең чыңалуусу LED5 чыңалуусуна барабар болот. Адатта, алар LED5ге ээ болгон жарым чыңалууга ээ болушат. Ошентип, эгерде бизде LED5 боюнча 1.9V болсо, анда LED1де 0.95V гана болот LED1де 0.95V. Бул макаланын башында айтылган If/Vf ийри сызыгынан, биз бул жарым чыңалуудагы ток 20 мАдан алда канча төмөн экенин көрө алабыз ….. жана бул светодиоддор көрүнбөйт. Бул учурдагы уурдоо деп аталат. Ошентип, токтун көбү биз каалаган светодиод менен агат, LEDдин ар кандай сериялык айкалышына эмес, эң аз светодиод аркылуу (башкача айтканда бир LED) эң түз жол. Эгерде сиз charlieplex матрицасынын каалаган эки дискке 5V жана 0V коюунун айкалышынын учурдагы агымын карасаңыз, анда сиз ошол эле нерсени көрөсүз. Бир убакта бир гана LED күйөт. Көнүгүү катары биринчи жагдайды караңыз. А пинде 5В жана В пинде 0В, С пинин ажыратыңыз. LED1 - токту кабыл алуунун эң кыска жолу, ал эми LED 1 жаркырайт. Кичине ток LED5 аркылуу да өтөт, андан кийин LED4тү B пинкине камдап коюңуз …. бирок дагы, бул эки LED бирдей жаркыраш үчүн LED 1ге салыштырмалуу жетиштүү токту которо албайт. Ошентип, charlieplexing күчү ишке ашат. Экинчи диаграмманы караңыз, бул менин Microdot саатымдын схемасы …..30 LED, 6 казык менен. Менин Minidot 2 саатым негизинен Microdotтун кеңейтилген версиясы болуп саналат.. Ошол эле 30 LED диапазонуна жайгаштырылган. Массивде үлгү түзүү үчүн, жарык бериле турган ар бир LED кыскача күйгүзүлөт, андан кийин микро кийинкиге өтөт. Эгерде жарык берүү пландаштырылса, ал кыска убакытка кайра күйгүзүлөт. Жарык диоддору аркылуу тез сканерлөө менен, "көрүүнүн туруктуулугу" деп аталган принцип LED диапазонуна статикалык үлгү көрсөтүүгө мүмкүндүк берет. Minidot 2 макаласында бул принцип боюнча бир аз түшүндүрмө бар. Бирок күтө туруңуз…. Мен жогоруда сүрөттөмөдө бир аз жылтырап калдым окшойт. Бул эмне 'ажыратуучу пин В', 'ажыратуучу пин С' бизнеси. Сураныч, кийинки бөлүм.

5-кадам: Үч штаттар (үч дөңгөлөктүү эмес)

Мурунку кадамда биз микроконтроллерди 5В же 0В чыңалуусун чыгаруу үчүн программалоого болот деп айтканбыз. Charlieplex матрицасынын иштеши үчүн, биз матрицадан эки казыкты тандап, башка казыктарды ажыратабыз.

Албетте, казыктарды кол менен ажыратуу бир аз кыйын, айрыкча, эгер биз нерселерди тез сканерлеп жаткан болсок, үлгү көрсөтүү үчүн көрүнүш эффектинин туруктуулугун колдонуу үчүн. Бирок, микроконтроллердин чыгуучу казыктары да кирүү казыктары катары программаланышы мүмкүн. Кирүү үчүн микро пин программаланган кезде, ал "жогорку импеданс" же "үч абал" деп аталат. Башкача айтканда, бул пинге абдан жогорку каршылык көрсөтөт (мегаомдордун, же миллиондогон омдордун). Эгерде өтө жогорку каршылык болсо (диаграмманы караңыз), анда биз пинди ажыратылган деп эсептей алабыз, ошондуктан charliplex схемасы иштейт. Экинчи диаграмма биздин мисалдагы 6 LEDдин ар бирин жарыктандырууга мүмкүн болгон ар бир комбинация үчүн матрицанын казыктарын көрсөтөт. Адатта үч мамлекет "X" менен белгиленет, 5V "1" (логикалык 1 үчүн) жана 0В "0" катары көрсөтүлөт. '0' же '1' үчүн микро программалык камсыздоодо сиз казыктарды чыгуучу кылып программалашыңыз керек жана анын абалы жакшы аныкталган. Үч штат үчүн сиз аны кирүү катары программалайсыз жана ал кириш болгондуктан, биз абалдын кандай экенин билбейбиз. Биз пин-кодду үч штат же киргизүү үчүн бөлсөк да, аны окуунун кереги жок. Биз жөн гана микроконтроллердеги кирүү пининин жогорку импеданс экендигин колдонобуз.

6 -кадам: Кээ бир практикалык маселелер

Шарлиеплекстин сыйкыры бир нече LED диапазонунда берилген жеке чыңалуу ар дайым бир LED диапазонундагы сериялардын айкалышы менен параллелдүү болгондо дайыма бир LEDга караганда азыраак болот. Эгерде чыңалуу азыраак болсо, анда ток азыраак болот жана сериялардын айкалышындагы ток ушунчалык төмөн болот, ошондуктан LED күйбөйт. Бул дайыма эле андай эмес. Сиздин матрицаңызда 1,9В алдыга чыңалуу жана 3,5В алдыга чыңалуусу бар көк LED (LED1 = кызыл, LED3 = кызыл, LED5 = көк биздин 6 LED мисалында). Эгерде сиз көк LEDди күйгүзсөңүз, анда ар бир кызыл LED үчүн 3.5/2 = 1.75V менен бүтмөк. Бул LEDдин күңүрт иштөө аймагына абдан жакын болушу мүмкүн. Сиз кызыл диоддор көк жарык болгондо күңүрт жаркырап турганын таба аласыз. Бул сиздин матрицаңыздагы ар кандай түстүү диоддордун алдыга чыңалуусу иштеп жаткан токто болжол менен бирдей экенине ынануу жакшы идея. Менин Microdot/Minidot долбоорлорумда бул жөнүндө тынчсыздануунун кажети жок болчу, мен жогорку эффективдүү көк/жашыл SMD диоддорун колдондум, алар бактыга жараша кызыл/сары сыяктуу алдыга чыңалууга ээ. Бирок, мен ошол эле нерсени 5мм диод менен ишке ашырсам, натыйжа көйгөйлүү болмок. Бул учурда мен көк/жашыл charlieplex матрицасын жана кызыл/сары матиксти өзүнчө ишке ашырмакмын. Мен дагы төөнөгүчтөрдү колдонушум керек болчу ….бирок сен барасың. Дагы бир маселе - микродон учурдагы тартууну жана LEDди канчалык жаркыраганын көрүү. Эгерде сизде чоң матрица болсо жана аны тез сканерлеп жатсаңыз, анда ар бир LED кыска убакытка күйүп турат. Бул статикалык дисплейге салыштырмалуу күңүрт көрүнөт. Сиз учурдагы чектөөчү резисторлорду азайтуу менен LED аркылуу токту көбөйтүү менен алдай аласыз, бирок бир чекитке чейин. Эгерде сиз микродон өтө көп токту көпкө тартсаңыз, анда чыккычтарга зыян келтиресиз. Эгерде сизде жай кыймылдаган матрица болсо, статус же циклон дисплейи деп айтсаңыз, сиз токту коопсуз деңгээлге түшүрө аласыз, бирок дагы эле жаркыраган LED дисплейи бар, анткени ар бир LED узак убакыт бою күйүп турат, мүмкүн статикалык (эгерде charlieplexingдин кээ бир артыкчылыктары:- көптөгөн светодиоддорду көзөмөлдөө үчүн микроконтроллердеги бир нече казыкты гана колдонот- компоненттердин санын азайтат, анткени сизге айдоочу чиптери/резисторлору ж.б керек эмес. чыңалуу абалы жана казыктардын кирүү/чыгуу абалы- ар кандай түстөрдү аралаштырууда этият болуу керек- ПХБнын жайгашуусу кыйын, анткени LED матрицасы татаалыраак.

7 -кадам: Шилтемелер

Интернетте charlieplexing жөнүндө көптөгөн шилтемелер бар. Макаланын маңдайындагы шилтемелерден тышкары, алардын айрымдары: Максимдин баштапкы макаласы, бул 7 сегменттүү дисплейлерди айдоого байланыштуу көп нерсени камтыйт. https://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1880А Викиге кирүү