Charlieplexing светодиодтары- теория: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Бұл нұсқаулық сіздің жеке жобаңыз емес, сонымен қатар шарлеплекс теориясының сипаттамасы. Бұл электроника негіздері бар адамдарға жарамды, бірақ жаңадан бастаушылар емес. Мен бұны бұрын жарияланған нұсқаулықтарда алған көптеген сұрақтарға жауап ретінде жаздым.

«Шарлиплексинг» дегеніміз не? Ол бірнеше түйреуіштері бар көптеген светодиодтарды басқарады. Егер сіз Charlieplexing техниканы әзірлеген Максимдегі Чарльз Алленнің есімімен аталады деп ойласаңыз. Бұл көп нәрсеге пайдалы болуы мүмкін. Кішкене микроконтроллерде күй туралы ақпаратты көрсету қажет болуы мүмкін, бірақ бірнеше түйреуіш бар. Сіз сәнді нүктелік матрицаны немесе сағаттық дисплейді көрсеткіңіз келуі мүмкін, бірақ көптеген компоненттерді қолданғыңыз келмейді. Charlieplexing көрсететін кейбір басқа жобаларды қарастырғыңыз келуі мүмкін: бірнеше микроконтроллердің түйреуіштерінен көп жарықдиодты қалай шығаруға болады. Westfw бойынша:- https://www.instructables.com/id/ED0NCY0UVWEP287ISO/ және менің бірнеше жеке жобаларым, Microdot сағаттары:- https://www.instructables.com/id/EWM2OIT78OERWHR38Z/ Minidot 2 сағаты: - https://www.instructables.com/id/E11GKKELKAEZ7BFZAK/ charlieplexing қолданудың тағы бір керемет мысалы мына жерде: https://www.jsdesign.co.uk/charlie/ Minidot 2 сағаты чарлиплекстің жетілдірілген схемасын ұсынады. өшу/күңгірттеу, мұнда талқыланбайды. ЖАҢАРТУ 2008 ж. 19 тамыз: Мен түсініктемелер бөлімінде талқыланатын (ұзындығы бойынша:) жоғары жарық диодты шамалар үшін матрицалық charliplexing қолдана алатын схемасы бар zip файлын қостым. Ол пайдаланушы интерфейсін жасауға арналған түймешік + позиция кодері, сонымен қатар компьютерді USB немесе RS232 басқару схемасы бар. Жоғары кернеулі рельстердің әрқайсысын екі кернеудің біреуіне орнатуға болады, мысалы, ҚЫЗЫЛ светодиодтар үшін 2,2 В және жасыл/көк/ақ үшін 3,4 В. Жоғары бүйірлік рельстер үшін кернеуді тримпот арқылы орнатуға болады. Мен 20 сымды IDC таспалы кабельді тақтаға қосуды және таспаның ұзындығына 20 істікшелі IDC қосқыштарын қосуды көздеймін, әр жарықдиодты тақта матрицадағы кез келген сымдарға сілтемелері бар. Схема Eagle Cad -де орналасқан және төменгі суретте көрсетілген. Жоғарғы бүйірлік схема менің ойымша, қолайлы болуы мүмкін оптикалық қосқыштарды қолдану арқылы жүзеге асады. Мен бұл схеманы іс жүзінде сынап көрмедім және уақыттың болмауына байланысты ешқандай бағдарламалық жасақтама жазған жоқпын, бірақ мен оны түсініктеме беру үшін қойдым, мені әсіресе оптикалық қосқыштың енгізілуі қызықтырады. Кім батыл болса да, нәтижесін жариялаңыз. ЖАҢАРТУ 2008 ж. 27 тамыз: EagleCad қолданбайтындар үшін …. төменде схеманың pdf форматында берілген.

1 -қадам: Кейбір жарық диодты теория

Charlieplexing светодиоды мен заманауи микроконтроллерлердің бірқатар пайдалы жақтарына сүйенеді.

Біріншіден, жарық диодты электр желісіне қосқанда не болады. Төмендегі негізгі диаграммада 5мм төмен қуатты жарықдиодтың If v Vf қисығы деп аталатын нәрсе көрсетілген. Егер «алға ток» Vf «алға кернеуді» білдіреді. Басқаша айтқанда, вертикаль ось, егер сіз оның көлденең осінің кернеуін кернеуге қойсаңыз, жарық диоды арқылы өтетін токты көрсетеді. Ол керісінше жұмыс істейді, егер сіз токтың қандай да бір мәні бар екенін өлшесеңіз, көлденең оське қарай аласыз және жарықдиодты оның терминалдарында беретін кернеуді көре аласыз. Екінші диаграммада If және Vf белгісі бар светодиодтың схемасы көрсетілген. Негізгі диаграммадан мен графиктің қызығушылық тудыратын аймақтарын белгіледім. - Бірінші аймақ - жарық диоды «өшірілген» жерде. Дәлірек айтқанда, жарық диодты жарық шығарады, сондықтан сізде супер-дуперлік суретті күшейткіш болмаса, оны көре алмайсыз. - Екінші аймақта жарық диодты шамалы жарық шығарады. - Үшінші аймақ - бұл әдетте жарық диоды жұмыс істейтін және өндірушілер рейтингінде жарық шығаратын аймақ. Төртінші аймақ - бұл жарық диодты жұмыс шегінен тыс жерде жұмыс істейтін, мүмкін, ол өте жарқырап тұр, бірақ, сиқырлы түтін шығып кетпес бұрын, ол біраз уақытқа дейін жұмыс істемейді, яғни ол бұл жерде жанып кетеді. ол арқылы тым көп ток өтеді. Егер LED/жарық диодының If/Vf қисығы немесе жұмыс қисығы «сызықты емес» қисық екенін ескеріңіз. Яғни, бұл түзу емес … оның иілісі немесе бұрылысы бар. Ақырында бұл диаграмма 20мА жұмыс істеуге арналған әдеттегі 5 мм қызыл жарық диодқа арналған. Әр түрлі өндірушілердің әр түрлі жарық диодтары әр түрлі жұмыс қисықтарына ие. Мысалы, бұл диаграммада 20 мА кезінде жарық диодтың тура кернеуі шамамен 1,9 В болады. 20мА -дағы 5мм көк көк жарық диод үшін тура кернеу 3,4В болуы мүмкін. 350 мА жоғары қуатты ақ люкс жарық диоды үшін алдыңғы кернеу 3,2 В шамасында болуы мүмкін. Кейбір светодиодтар пакеті Vf/If қисығын қайта өзгерте отырып, қатар немесе параллель бірнеше жарықдиодты болуы мүмкін. Әдетте өндіруші жарықдиодты пайдалану қауіпсіз болатын жұмыс токын және осы токтағы тура кернеуді көрсетеді. Әдетте (бірақ әрқашан емес) сіз деректер кестесінде төмендегідей ұқсас графикті аласыз. Әр түрлі жұмыс токтарында тура кернеудің қандай болатынын анықтау үшін жарық диодты деректер кестесін қарау керек. Бұл график неге соншалықты маңызды? Себебі ол жарық диодты кернеуде болғанда, ағымдағы ток графикке сәйкес болатынын көрсетеді. Кернеуді төмендетіңіз, ал ток аз болады ….. светодиод «өшеді». Бұл charlieplexing теориясының бөлігі, оған біз келесі қадамда жетеміз.

2 -қадам: Заңдар (электроника)

Әлі де charlieplexing сиқырына әлі жеткен жоқпыз. Біз электроника заңдарының кейбір негіздеріне жүгінуіміз керек. Бірінші қызығушылық заңы электр тізбегіндегі қосылған компоненттердің кез келген сериясындағы жалпы кернеу жеке адамның қосындысына тең екенін көрсетеді. компоненттер бойынша кернеулер. Бұл төмендегі негізгі диаграммада көрсетілген. Бұл светодиодты қолданған кезде пайдалы, себебі сіздің орташа аккумуляторыңыз немесе микроконтроллердің шығыс түйіні ешқашан жарықдиодты ұсынылған ток кезінде дұрыс кернеу болмайды. Мысалы, микроконтроллер әдетте 5В кернеуде жұмыс істейді, ал оның қосқыштары 5В болады. Егер сіз светодиодты микрофонның шығыс түйреуішіне қоссаңыз, алдыңғы беттегі жұмыс қисығынан жарық диодты шамадан тыс көп ағып кететінін көресіз, ол қызып кетеді және жанып кетеді (мүмкін микробқа да зақым келуі мүмкін). Дегенмен, егер біз екінші компонентті жарықдиодты сериямен енгізетін болсақ, онда біз 5В шамасының бір бөлігін алып тастай аламыз, сол кезде кернеу светодиоды дұрыс жұмыс істеп тұрған кезде дұрыс жұмыс істейді. Бұл әдетте резистор, және осылайша қолданғанда ток шектеу резисторы деп аталады. Бұл әдіс өте жиі қолданылады және «Ом заңы» деп аталады. Ось мырзаның атымен аталады. Омс заңы V = I * R теңдеуіне сүйенеді, мұндағы V - кернеу, егер I ток кезінде R кедергісінде пайда болады резистор арқылы өтеді. V-вольтте, мен-амперде, ал R-омда, сондықтан егер бізде 5В кернеу болса және біз 20мА-да жұмыс істеуі үшін жарықдиодты 1,9В кернеуді қаласақ, онда резистордың 5-1,9 = 3,1 болғанын қалаймыз. V арқылы. Біз мұны екінші диаграммадан көре аламыз, себебі резистор светодиоды бар сериялы болғандықтан, резистор арқылы жарық диодты, яғни 20мА болады. Теңдеуді қайта реттей отырып, біз бұл жұмысты орындау үшін қажетті қарсылықты таба аламыз. әзірге … керемет. Енді 3 -диаграмманы қараңыз. Оның жарық диоды екі резистордың арасында орналасқан. Жоғарыда айтылған бірінші заң бойынша бізде екінші диаграммада дәл осындай жағдай бар. Бізде светодиодта 1,9 В бар, сондықтан ол оның парағына сәйкес жұмыс істейді. Бізде әр резистордың әрқайсысы 1,55В шегеріледі (барлығы 3,1). Кернеулерді қосқанда бізде 5В (микроконтроллердің штыры) = 1,55В (R1) + 1,9В (жарық диодты) + 1,55В (R2) бар және бәрі теңестіріледі. Омс заңын қолдана отырып, резисторлардың әрқайсысы 77,5 Ом болуы керек, Бұл екінші диаграмма бойынша есептелген соманың жартысын құрайды. Әрине, сізге 77,5 Ом резисторды табу қиынға соғады, сондықтан сіз ең жақын қол жетімді мәнді ауыстырасыз, айталық 75 Ом. Жарықдиодты немесе 82 Ом қауіпсіз және аз болуы керек. Неліктен біз қарапайым светодиодты басқару үшін осы резисторлық құмды жасауымыз керек … егер жақсы, егер сізде бір жарық диоды болса, онда бәрі ақымақ, бірақ бұл charlieplexing бойынша нұсқаулық. және бұл келесі қадамға өте ыңғайлы.

3 -қадам: «Қосымша дискіні» енгізу

«Шарлиплекстеуді» сипаттауға дәлірек болатын тағы бір атау - бұл «қосымша диск».

Орташа микроконтроллерде сіз микробағдарламаға шығыс түйреуішін «0» немесе «1» етіп қоюды немесе шығуда 0В кернеуді немесе шығуда 5В кернеуді ұсынуды айтуға болады. Төмендегі диаграммада светодиодты кері серіктесі бар … немесе қосымша жарықдиодты, демек, қосымша диск көрсетілген. Диаграмманың бірінші жартысында микро А В түйреуішіне 5В, ал В В нүктесіне 0В шығарады. Осылайша ток А -дан В -ге өтеді, себебі LED2 LED1 -ге артқа бағытталған, ол арқылы ешқандай ток өтпейді және ол болмайды. жарқырау. Бұл керісінше деп аталады. Бізде алдыңғы беттегі жағдайдың баламасы бар. Біз негізінен LED2 елемеуге болады. Көрсеткілер ағымдағы ағынды көрсетеді. Жарық диоды - бұл диод (сондықтан жарық шығаратын диод). Диод - бұл токтың бір бағытта өтуіне мүмкіндік беретін құрылғы, бірақ басқа бағытта емес. Светодиодтың схемасы осыны көрсетеді, ток көрсеткі бағытында өтеді, бірақ басқа жолмен бұғатталған. Егер біз микроға В түйреуішіне 5В шығуды және А түйреуішіндегі 0В шығуға нұсқау берсек, бізде керісінше. Енді LED1 кері бұрылады, LED2 алға бағытталған және ток ағынын қамтамасыз етеді. LED2 жанып тұрады, ал LED1 қараңғы болады. Кіріспеде айтылған әр түрлі жобалардың схемаларын қарау жақсы болар еді. Сіз матрицада осы қосымша жұптардың көп бөлігін көруіңіз керек. Әрине, төмендегі мысалда біз екі микроконтроллердің түйреуіші бар екі светодиодты басқарамыз.. Келесі бөлімде біз charlieplexing -ге қалай жетуге болатынын және микроконтроллердің шығыс түйреуіштерін қалай тиімді пайдаланатынын білеміз.

4 -қадам: Соңында…. Charlieplex матрицасы

Кіріспеде айтылғандай, charliplexing - бұл микроконтроллерде бірнеше түйреуіштері бар көптеген светодиоды жүргізудің ыңғайлы әдісі. Алдыңғы беттерде біз екі түйреуішті екі светодиодты басқара отырып, ешбір түйреуішті сақтаған жоқпыз.

Біз шағымдық дискінің идеясын шарлиплекс матрицасына кеңейте аламыз. Төмендегі диаграммада үш резистор мен алты светодиодтан тұратын және тек үш микроконтроллердің түйреуіштері бар минималды charlieplex матрицасы көрсетілген. Енді сіз бұл әдіс қаншалықты ыңғайлы екенін көрдіңіз бе? Егер сіз алты жарықдиодты қалыпты түрде басқарғыңыз келсе … сізге алты микроконтроллердің түйреуіші қажет. Шын мәнінде микроконтроллердің N түйреуіштерімен сіз N * (N - 1) жарықдиодты жүргізе аласыз. 3 түйреуіш үшін бұл 3 * (3-1) = 3 * 2 = 6 жарық диоды. Істер көп түйреуіштермен тез жиналады. 6 түйреуішпен сіз 6 * (6 - 1) = 6 * 5 = 30 жарықдиодты басқара аласыз. Енді charlieplexing битіне. Төмендегі диаграмманы қараңыз. Бізде үш қосымша жұп бар, олардың әрқайсысы микро шығыс түйреуіштері арасындағы бір жұп. A-B арасындағы бір жұп, B-C арасындағы бір жұп және A-C арасындағы бір жұп. Егер сіз C түйреуішін қазірше ажыратсаңыз, бізде бұрынғыдай жағдай болады. А штырында 5В және В істігінде 0В болғанда, LED1 жанып тұрады, LED2 кері бұрылады және ток өткізбейді. В істікшесінде 5В және А штырында 0В жарық диодты 2 жыпылықтайды, ал LED1 кері бұрылады. Бұл басқа микро түйреуіштерге қатысты. Егер біз В штырын ажыратып, А түйреуішін 5В -қа, С -түйреуішті 0В -ке орнатсақ, онда LED5 жанып тұрады. А түйреуіші 0В, ал С винті 5В болатындай кері айналдыру, содан кейін LED6 жанып тұрады. B-C түйреуіштері арасындағы қосымша жұп үшін де солай. Күте тұрыңыз, мен сіздің айтқаныңызды естіп тұрмын. Екінші жағдайды толығырақ қарастырайық. Бізде А түйреуішінде 5В, ал В түйреуішінде 0В бар. Біз В (ортасында) түйреуішін ажыраттық. Жарайды, сондықтан ток LED5 арқылы өтеді, ток LED6 арқылы өтпейді, себебі ол кері бағытталған (сонымен қатар LED2 және LED4) …. Сонымен қатар токтың А пинінен LED1 мен LED3 арқылы өтетін жолы бар жоқ па? Неліктен бұл светодиодтар жанбайды. Бұл карлеплекс схемасының жүрегі. Шынында да, LED1 мен LED3 екеуінде де ток бар, бірақ олардың екеуіндегі кернеу тек LED5 кернеуіне тең болады. Әдетте оларда LED5 кернеуінің жартысы болады. Егер бізде LED5 -те 1,9В болса, онда LED1 -де тек 0,95 В болады, ал LED3 -те 0,95 В болады. Мақаланың басында айтылған If/Vf қисығынан біз бұл кернеудің жартысы 20 мА -дан әлдеқайда төмен екенін көре аламыз. Бұл ток ұрлау деп аталады. Осылайша, токтың көп бөлігі светодиодтардың кез келген комбинациясынан гөрі, біз қалаған светодиод арқылы өтеді, бұл ең аз жарық диодтар (яғни бір жарықдиод) арқылы өтетін тікелей жол. Егер сіз charlieplex матрицасының кез келген екі жетекті түйреуішіне 5В және 0В қосудың кез келген комбинациясының ағымдағы ағымына қарасаңыз, сіз дәл сол нәрсені көресіз. Бір уақытта бір ғана жарық диоды жанып тұрады. Жаттығу ретінде бірінші жағдайды қараңыз. А түйреуішінде 5В және В штырында 0В, С түйреуішін ажыратыңыз. LED1 - ток қабылдайтын ең қысқа жол, ал СИД 1 жанып тұрады. Кішкене ток LED5 арқылы да өтеді, содан кейін LED4 резервтік көшірмесін В түйреу үшін сақтайды ….. бірақ тағы да, бұл екі жарықдиодты сериялы жарық диодты 1 -ге қарағанда жеткілікті ток өткізе алмайды. Осылайша charlieplexing күші жүзеге асады. Екінші диаграмманы қараңыз, бұл менің Microdot сағатымның схемасы …. 30 жарықдиодты, тек 6 түйреуішпен. Менің Minidot 2 сағаты - бұл Microdot -тың кеңейтілген нұсқасы…. Сол 30 жарық диоды жиымға орналастырылған. Массивте үлгіні жасау үшін әр жарықтандырылатын жарық диоды қысқа уақытқа қосылады, содан кейін микро келесіге ауысады. Егер жарықтандыру жоспарланған болса, ол қысқа уақытқа қайта қосылады. Жарықдиодты сканерлеу арқылы жеткілікті жылдамдықпен «көру тұрақтылығы» принципі жарықдиодты диапазонға статикалық үлгіні көрсетуге мүмкіндік береді. Minidot 2 мақаласында бұл принципке біраз түсініктеме бар. Бірақ күте тұрыңыз ….. Мен жоғарыдағы сипаттамада біраз жылтыраған сияқтымын. Бұл «В сымын ажырату», «С түйреуін ажырату» деген не? Келесі бөлімді өтінемін.

5-қадам: Үш мемлекет (үш мотоцикл емес)

Алдыңғы қадамда біз микроконтроллерді 5В немесе 0В кернеуді шығаруға бағдарламалауға болатынын айттық. Шарлиплексті матрицаның жұмыс істеуі үшін біз матрицадан екі түйреуішті таңдаймыз және басқа түйреуіштерді ажыратамыз.

Әрине, түйреуіштерді қолмен ажырату қиынға соғады, әсіресе егер біз үлгіні көрсету үшін көру әсерінің тұрақтылығын қолдану үшін заттарды сканерлейтін болсақ. Сонымен қатар, микроконтроллердің шығыс түйреуіштерін кіріс түйреуіштері ретінде де бағдарламалауға болады. Шағын түйін кіріс ретінде бағдарламаланған кезде, ол «жоғары кедергі» немесе «үш күй» деп аталады. Яғни, бұл түйреуішке өте жоғары қарсылықты (мегаомдардың немесе миллиондаған Ом тәртібінің) көрсетеді. Егер өте жоғары қарсылық болса (диаграмманы қараңыз), онда біз түйреуішті ажыратылған деп есептей аламыз, сондықтан charliplex схемасы жұмыс істейді. Екінші диаграммада біздің мысалдағы 6 жарықдиодты жарықтандыруға болатын әрбір комбинацияға арналған матрицалық түйреуіштер көрсетілген. Әдетте три-күй «X» белгісімен белгіленеді, 5В «1» (логикалық 1 үшін) және 0В «0» түрінде көрсетіледі. «0» немесе «1» шағын микробағдарламасында түйреуіштерді шығыс етіп бағдарламалайтын боласыз және оның жағдайы жақсы анықталған. Үш штат үшін сіз оны кіріс ретінде бағдарламалайсыз, және бұл кіріс болғандықтан, біз бұл күйдің қандай болатынын білмейміз … «белгісіз» X «. Біз түйреуішті үш күйге немесе кіріске бөле алсақ та, оны оқудың қажеті жоқ. Біз микроконтроллердегі кіріс түйреуішінің жоғары кедергі екенін білеміз.

6 -қадам: Кейбір практикалық мәселелер

Шарлиплекстеудің сиқыры бірнеше светодиодтар бойынша берілген жеке кернеу бір жарық диодты серия комбинациясымен параллель болған кезде әрқашан бір светодиодтан төмен болатындығына негізделген. Егер кернеу аз болса, онда ток аз болады, және серия комбинациясындағы ток соншалықты төмен болады, светодиоды жанбайды деп үміттенемін, бірақ бұл әрдайым бола бермейді. матрицаңызда 1,9В тура кернеу және 3,5В кернеуі бар көк жарық диодты (LED1 = қызыл, LED3 = қызыл, LED5 = көк 6 жарықдиодты мысалда). Егер сіз көгілдір жарық диодты жандырсаңыз, онда сізде қызыл жарық диодтардың әрқайсысы үшін 3,5/2 = 1,75 В болады. Бұл светодиодтың күңгірт жұмыс аймағына өте жақын болуы мүмкін. Сіз қызыл светодиодтар көк түспен жанып тұрғанын біле аласыз, сондықтан сіздің матрицаңыздағы түрлі түсті жарық диодтарының тура кернеуі жұмыс токында шамамен бірдей екеніне көз жеткізіңіз, немесе сол түсті қолданыңыз. Матрицадағы светодиодтар. Менің Microdot/Minidot жобаларымда бұл туралы алаңдамаудың қажеті жоқ, мен жоғары тиімділігі жоғары көк/жасыл SMD светодиодтарын қолдандым, олар бақытымызда қызыл/сары сияқты тура кернеуге ие. Алайда, егер мен 5мм жарық диодтарымен бірдей нәрсені қолдансам, нәтиже қиын болады. Бұл жағдайда мен көк/жасыл шарлиплексті матрицаны және қызыл/сары матиксті бөлек енгізер едім. Мен көп түйреуіштерді қолдануым керек еді … бірақ сіз осындасыз. Тағы бір мәселе - микрофоннан ағымдағы ұтысқа және жарықдиодты қаншалықты жарықтандыруға болатынын қарау. Егер сізде үлкен матрица болса және оны жылдам сканерлейтін болсаңыз, онда әр жарық диоды қысқа уақытқа ғана қосылады. Бұл статикалық дисплеймен салыстырғанда салыстырмалы түрде күңгірт болып көрінеді. Тоқты шектеу резисторларын азайту арқылы светодиод арқылы токты көбейту арқылы алдай аласыз, бірақ тек бір нүктеге дейін. Егер сіз ұзақ уақыт бойы микроағзадан тым көп ток тартсаңыз, шығыс түйреуіштерін зақымдайсыз. Егер сізде баяу қозғалатын матрица болса, статус немесе циклондық дисплейде айтсаңыз, сіз токты қауіпсіз деңгейге дейін төмендете аласыз, бірақ жарық диодты дисплейде болады, себебі әр жарық диоды ұзақ уақыт бойы қосулы, мүмкін статикалық (егер Charlieplexing-тің кейбір артықшылықтары:- көптеген светодиодты басқару үшін микроконтроллердегі бірнеше түйреуіштерді қолданады- компоненттер санын азайтады, себебі сізге көптеген драйверлердің чиптері/резисторлары қажет емес және т.б. түйреуіштердің кернеу жағдайы мен кіріс/шығыс күйі- әр түрлі түстерді араластыруда абай болу керек- ПХД орналасуы қиын, себебі жарық диодты матрица күрделі.

7 -қадам: Әдебиеттер

Интернетте charlieplexing туралы көптеген сілтемелер бар. Мақаланың алдыңғы жағындағы сілтемелерден басқа, олардың кейбіреулері: Максимнің түпнұсқалық мақаласында 7 сегментті дисплейлерді басқару туралы көп нәрсе айтуға болады, бұл да мүмкін. https://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1880А Викиге кіру