Charlieplexing LEDləri- nəzəriyyə: 7 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Bu təlimat daha az öz layihənizdir və daha çox charlieplexing nəzəriyyəsinin təsviridir. Elektronikanın əsaslarını bilən insanlar üçün uyğundur, lakin yeni başlayanlar deyil. Bunu əvvəllər dərc etdiyim Təlimat kitablarında aldığım çoxsaylı suallara cavab olaraq yazdım.

'Charlieplexing' nədir? Yalnız bir neçə pinlə çoxlu LED idarə edir. Maraqlandığınız təqdirdə, Charlieplexing texnikanı inkişaf etdirən Maximdəki Charles Allenin adını daşıyır. Bu çox şey üçün faydalı ola bilər. Kiçik bir mikrokontrolördə status məlumatlarını göstərməyiniz lazım ola bilər, ancaq bir neçə pin ehtiyatı var. Xülya nöqtəli matris və ya saat ekranı göstərmək istəyə bilərsiniz, lakin çoxlu komponentlərdən istifadə etmək istəmirsiniz. Baxmaq istəyə biləcəyiniz charlieplexing nümayiş etdirən digər layihələr bunlardır: Bir neçə mikrokontrolör pinindən bir çox LED -i necə idarə etmək olar. Westfw tərəfindən:- https://www.instructables.com/id/ED0NCY0UVWEP287ISO/ Və öz layihələrimdən bir neçəsi, Microdot saatı:- https://www.instructables.com/id/EWM2OIT78OERWHR38Z/ Minidot 2 saatı: - https://www.instructables.com/id/E11GKKELKAEZ7BFZAK/ charlieplexing istifadəsinin başqa bir gözəl nümunəsi: https://www.jsdesign.co.uk/charlie/ Minidot 2 saatı üçün inkişaf etmiş bir charlieplexing sxemini təqdim edir. solğunlaşma/qaralma, burada müzakirə olunmayacaq. YENİLƏNİŞ 19 Avqust 2008: Şərhlər bölməsində (uzun müddət:) müzakirə olunan yüksək güclü LED -lər üçün matrisdən istifadə etmək üçün istifadə edilə bilən bir dövrə ilə bir zip faylı əlavə etdim. İstifadəçi interfeysi etmək üçün bir düymə + mövqe kodlayıcısı və ya USB və ya RS232 kompüter nəzarəti üçün sxemlər var. Yüksək yan gərginlikli relslərin hər biri, QIRMIZI LEDlər üçün 2.2V və yaşıl/mavi/ağ üçün 3.4V olmaqla iki gərginlikdən birinə təyin edilə bilər. Yüksək yan relslər üçün gərginlik trimpot ilə təyin edilə bilər. Lövhəyə 20 telli bir IDC lent kabelinin bağlanmasını və lentin uzunluğu boyunca 20pin IDC konnektorlarının əlavə edilməsini, hər LED lövhənin matrisdəki istənilən tellərə bağlantıları olmasını nəzərdə tuturam. Dövrə Eagle Cad -dədir və aşağıdakı alt görüntüdə göstərilmişdir. Yüksək yan dövrə, uyğun ola biləcəyini düşündüyüm optokupllardan istifadə etməklə həyata keçirilir. Mən əslində bu dövrəni sınamamışam və ya vaxt olmadığı üçün heç bir proqram yazmamışam, amma şərh üçün qoymuşam, xüsusən optocoupler tətbiqi ilə maraqlanıram. Gedəcək qədər cəsarətli hər kəs … nəticələrinizi yazın. GÜNCELLEME 27 Avqust 2008: EagleCad istifadə etməyənlər üçün …. Aşağıda sxematik bir pdf əlavə olunur

Addım 1: Bəzi LED nəzəriyyəsi

Charlieplexing, LED -lərin və müasir mikrokontrolörlərin bir sıra faydalı cəhətlərinə əsaslanır.

Əvvəlcə bir LED -i elektrik enerjisinə bağladığınızda nə baş verir. Aşağıdakı əsas diaqram, tipik 5 mm aşağı güclü LED -in If v Vf əyrisi adlanan şeyi göstərir. Vf 'irəli cərəyan' üçün dayanırsa 'irəli gərginlik' deməkdir Başqa sözlərdəki şaquli ox, üfüqi ox gərginliyini terminallarına qoysanız LEDdən axacaq cərəyanı göstərir. Əksinə işləyir, əgər cərəyanın müəyyən bir dəyərə malik olduğunu ölçsəniz, üfüqi oxa baxa bilərsiniz və LED -in terminallarında təqdim edəcəyi gərginliyi görə bilərsiniz. İkinci diaqram, If və Vf etiketli bir LED -in sxematik təsvirini göstərir. Əsas diaqramdan qrafikin maraqlandığı sahələri də qeyd etdim. - Birinci sahə LED -in 'söndüyü' yerdir. Daha doğrusu, LED işığı o qədər zəif tutur ki, bir növ super-duper görüntü gücləndiriciniz olmadıqda onu görə bilməyəcəksiniz. - İkinci sahədə bir az parıltı verən LED var. Üçüncü sahə, bir LED -in işlədildiyi və istehsalçıların reytinqində işıq yaydığı yerdir. - Dördüncü sahə, bir LED -in işləmə hüdudlarından kənara çıxarıldığı yerdir, ehtimal ki, çox parlaq bir şəkildə parlayır, amma təəssüf ki, içərisində sehrli tüstü çıxana qədər qısa müddət ərzində yenidən işləməyəcək …… yəni bu sahədə yanır içindən çox cərəyan axır. Diqqət yetirin ki, LED-in If/Vf əyrisi və ya işləmə əyrisi 'qeyri-xətti' bir əyridir. Yəni düz bir xətt deyil … bir əyilmə və ya əyilmə var. Nəhayət, bu diaqram 20mA -da işləmək üçün hazırlanmış tipik 5 mm qırmızı LED -dir. Fərqli istehsalçıların fərqli LEDləri fərqli işləmə əyrilərinə malikdir. Məsələn, bu diaqramda 20mA -da LED -in irəli gərginliyi təxminən 1.9V olacaq. 20mA -da mavi 5 mm LED üçün irəli gərginlik 3,4 V ola bilər. 350mA -da yüksək güclü ağ lüks bir LED üçün irəli gərginlik təxminən 3.2V ola bilər. Bəzi LED paketləri Vf/If əyrisini yenidən dəyişdirərək ardıcıl və ya paralel olaraq bir neçə LED ola bilər. Tipik olaraq bir istehsalçı, LED -in istifadəsi təhlükəsiz olan bir iş cərəyanını və bu cərəyandakı irəli gərginliyi təyin edəcək. Adətən (lakin həmişə deyil) məlumat cədvəlində aşağıda oxşar bir qrafik alırsınız. Fərqli iş cərəyanlarında irəli gərginliyin nə olduğunu müəyyən etmək üçün LED -in məlumat cədvəlinə baxmalısınız. Bu qrafik niyə bu qədər vacibdir? Çünki LED üzərində bir gərginlik olduqda, axan cərəyanın qrafikə uyğun olacağını göstərir. Gərginliyi aşağı salın və daha az cərəyan axacaq …..və LED 'sönəcək'. Bu, növbəti addımda əldə edəcəyimiz charlieplexing nəzəriyyəsinin bir hissəsidir.

Addım 2: Qanunlar (Elektronika)

Hələ charlieplexing sehrində hələ deyil …. Elektronika qanunlarının bəzi əsaslarına keçməliyik. İlk maraq qanunu, bir elektrik dövrəsindəki hər hansı bir əlaqəli komponent arasındakı ümumi gərginliyin fərdin cəminə bərabər olduğunu bildirir. komponentlər arasındakı gərginlik. Bu, aşağıda göstərilən əsas diaqramda göstərilmişdir. Bu, LED -lərdən istifadə edərkən faydalıdır, çünki orta batareyanız və ya mikrokontrolör çıxış pininiz heç vaxt LEDinizi tövsiyə olunan cərəyanda işə salmaq üçün tam olaraq doğru gərginlik olmayacaqdır. Məsələn, bir mikro nəzarətçi ümumiyyətlə 5V -da işləyəcək və çıxış pinləri 5V -də olacaq. Bir mikrofonun çıxış pininə bir LED bağlasanız, əvvəlki səhifədəki iş əyrisindən LED -də çox cərəyan axacağını və istiləşib yanacağını (yəqin ki, mikrofonu da zədələyəcəyini) görəcəksiniz. LED -lə birlikdə ikinci bir komponent təqdim etsək, 5V -nin bir hissəsini çıxara bilərik ki, geriliyi LED -i lazımi iş cərəyanı ilə idarə etmək üçün sağ olsun. Bu tipik olaraq bir rezistordur və bu şəkildə istifadə edildikdə cərəyanı məhdudlaşdıran rezistor adlanır. Bu üsul çox yaygın olaraq istifadə olunur və 'ohms qanunu' adlanan şeyə gətirib çıxarır …. Ohm cənab Ohm adına verildi. Ohms qanunu V = I * R tənliyini izləyir, burada V bir cərəyan I olduqda R müqavimətində görünəcək gərginlikdir. rezistordan keçir. V voltda, mən amperdə və R ohmda. Buna görə 5V sərf etməliyiksə və 20mA-da LED-dən 1.9V istəsək, rezistorun 5-1.9 = 3.1 olmasını istəyirik. V bunun qarşısındadır. Bunu ikinci diaqramda görə bilərik. Rezistor LED -lə ardıcıl olduğundan, LED -lə eyni cərəyan, yəni 20mA axacaq. Tənliyi yenidən təşkil edərək bu işi yerinə yetirmək üçün lazım olan müqaviməti tapa bilərik. V = I * RsoR = V / Misalımızdakı dəyərləri əvəz edərək əldə edirik: R = 3.1 / 0.02 = 155ohms (qeyd 20mA = 0.02Amps) Hələ də mənimlə indiyə qədər … sərin. İndi diaqram 3 -ə baxın. LED iki rezistor arasında sıxılmış vəziyyətdədir. Yuxarıda qeyd olunan birinci qanuna görə, ikinci diaqramda da eyni vəziyyətdəyik. LED -də 1.9V var, buna görə də xüsusi cədvələ uyğun olaraq işləyir. Hər bir rezistorun hər biri 1.55V çıxarıb (cəmi 3.1). Gərginlikləri əlavə edərək 5V (mikrokontrolör pimi) = 1.55V (R1) + 1.9V (LED) + 1.55V (R2) var və hər şey balanslaşdırılır. Ohm qanunu ilə rezistorların hər birinin 77.5 ohm olması lazım olduğunu görürük. Bu, ikinci diaqramdan hesablanan məbləğin yarısıdır. Əlbəttə ki, 77.5ohm rezistor tapmaq çətin olardı, buna görə 75ohms deyərək ən yaxın mövcud dəyəri əvəz edərdiniz və LED və ya 82 ohm təhlükəsiz və bir az daha azdır. Niyə yer üzündə sadə bir LED idarə etmək üçün bu müqavimət qumunu etməliyik …. əgər bir LEDiniz varsa, hamısı bir az axmaqdır, amma bu, charlieplexing -də göstərişdir və növbəti addım üçün lazımlı gəlir.

Addım 3: "Tamamlayıcı Sürücü" tətbiq edin

'Charlieplexing'i' izah etmək üçün daha doğru olan başqa bir ad 'tamamlayıcı sürücüdür'.

Orta mikrokontrolörünüzdə, firmware -də mikro -a çıxış pinini '0' və ya '1' olaraq təyin etməyi və ya çıxışda 0V gərginlik və ya çıxışda 5V gərginlik təqdim etməyi söyləyə bilərsiniz. Aşağıdakı diaqramda, əks tərəfdaş ilə sıxılmış LED göstərilir …. və ya tamamlayıcı bir LED, buna görə də tamamlayıcı sürücü. Diaqramın ilk yarısında, mikro 5 A pininə 0V, B pininə isə 0V çıxış edir. Beləliklə, cərəyan A -dan B -yə axacaq, çünki LED2 LED1 -ə geriyə yönəldildiyindən heç bir cərəyan axmayacaq və olmayacaq. parıltı. Ters qərəzli deyilən şeydir. Əvvəlki səhifədəki vəziyyətə bənzəyirik. Əsasən LED2 -ni gözardı edə bilərik. Oklar cari axını göstərir. Bir LED əslində bir dioddur (buna görə də İşıq Yayan Diod). Diod, cərəyanın bir istiqamətdə hərəkət etməsinə imkan verən, lakin digər istiqamətdə olmayan bir cihazdır. Bir növ LED -in şematik sxemi bunu göstərir ki, cərəyan ox istiqamətində axacaq ……, əksinə bloklanır. Mikrodan B pininə 5V və A pinində 0V çıxışı göstərməyi əmr etsək, əksinə olur. İndi LED1 tərs qərəzlidir, LED2 irəli tərəflidir və cərəyan axını təmin edəcək. LED2 parlayacaq və LED1 qaranlıq olacaq. İndi girişdə göstərilən müxtəlif layihələrin sxemlərinə baxmaq yaxşı bir fikir ola bilər. Bir matrisdə bu tamamlayıcı cütlərin çoxunu görməlisiniz. Əlbəttə ki, aşağıdakı misalda iki mikrokontrolör sancağı olan iki LED idarə edirik …. niyə narahat olduğunu deyə bilərsiniz. Növbəti hissə, charlieplexing -in bağırsaqlarına və mikrokontrolörlərin çıxış pinlərindən necə səmərəli istifadə etdiyimizə aiddir.

Addım 4: Nəhayət…. Charlieplex Matrix

Girişdə qeyd edildiyi kimi, charliplexing, mikrokontrolördə yalnız bir neçə sancaq olan çoxlu LED -ləri idarə etməyin faydalı bir yoludur. Ancaq əvvəlki səhifələrdə iki pinlə iki LED idarə edərək heç bir sancaq saxlamadıq….

Şikayətçi sürücü ideyasını bir charlieplex matrisinə genişləndirə bilərik. Aşağıdakı diaqram, üç rezistordan və altı LEDdən ibarət olan və yalnız üç mikrokontrolör sancağından istifadə edən minimum charlieplex matrisini göstərir. İndi bu metodun nə qədər lazımlı olduğunu görürsünüzmü? Altı LED -i normal qaydada idarə etmək istəsəniz … altı mikrokontrolör sancağına ehtiyacınız olacaq. Əslində bir mikro nəzarətçinin N pinləri ilə potensial olaraq N * (N - 1) LEDləri idarə edə bilərsiniz. 3 pin üçün bu 3 * (3-1) = 3 * 2 = 6 LED-dir. İşlər daha çox sancaqlar ilə tez yığılır. 6 pinlə 6 * (6 - 1) = 6 * 5 = 30 LED idarə edə bilərsiniz …. vay! İndi charlieplexing bitinə. Aşağıdakı diaqrama baxın. Hər bir mikro çıxış sancağının birləşməsi arasında bir -birini tamamlayan üç cüt var. A-B arasında bir cüt, B-C arasında bir cüt və A-C arasında bir cüt. C pinini indiyə qədər ayırsanız, əvvəlki vəziyyətlə eyni vəziyyətə düşərdik. A pinində 5V və B pinində 0V olduqda, LED1 parlayacaq, LED2 əks tərəfli və cərəyan keçirməyəcək. B pinində 5V və A pinində 0V ilə LED2 parlayacaq və LED1 əks tərəflidir. Bu digər mikro sancaqlar üçün uyğundur. B pinini ayırıb A pinini 5V və C pinini 0V olaraq təyin etsək, LED5 parlayacaq. A pininin 0V və C pininin 5V olması üçün tərsinə döndükdə LED6 parlayacaq. B-C pinləri arasındakı tamamlayıcı cüt üçün də eyni. Dayanın, dediyinizi eşidirəm. İkinci işə bir az daha yaxından baxaq. A pinində 5V və C pinində 0V var. B pinini (ortada) ayırdıq. Tamam, buna görə bir cərəyan LED5 -dən axır, cərəyan LED6 -dan axmır, əksinə qərəzlidir (və LED2 və LED4 də belədir) …. Amma cərəyanın A pinindən LED1 və LED3 vasitəsilə keçməsi üçün bir yol da var yoxdur? Niyə bu LED -lər yanmır? Burada charlieplexing sxeminin ürəyi var. Həqiqətən, həm LED1, həm də LED3 axan bir cərəyan var, lakin bunların hər ikisindəki gərginlik yalnız LED5 üzərindəki gərginliyə bərabər olacaq. Tipik olaraq, LED5 -in üzərindəki gərginliyin yarısına sahib olarlar. Beləliklə, LED5 -də 1.9V varsa, LED1 -də yalnız 0.95V və LED3 -də 0.95V olacaq. Məqalənin əvvəlində qeyd olunan If/Vf əyrisindən, bu yarım gərginlikdəki cərəyanın 20mA -dan xeyli aşağı olduğunu görə bilərik. Buna cari oğurluq deyilir. Beləliklə, cərəyanın əksəriyyəti istənilən LED birləşməsindən çox, istədiyimiz LED -dən keçəcək, ən az sayda LED -dən (yəni bir LED) keçən ən birbaşa yol. Charlieplex matrisinin hər hansı iki sürücü pininə 5V və 0V qoymağın hər hansı bir birləşməsi üçün mövcud axına baxsanız, eyni şeyi görəcəksiniz. Bir anda yalnız bir LED yanacaq. Bir məşq olaraq ilk vəziyyətə baxın. A pinində 5V və B pinində 0V, C pinini ayırın. LED1 cərəyanın keçəcəyi ən qısa yoldur və LED 1 parlayacaq. Kiçik bir cərəyan da LED5 -dən keçəcək, sonra B4 -ni bağlamaq üçün LED4 -ü yedəkləyin….. amma yenə də bu iki LED, parlaq şəkildə parlamaq üçün LED 1 -ə nisbətən kifayət qədər cərəyanı sifonlaya bilməyəcək. Beləliklə, charlieplexing gücü həyata keçirilir. Microdot saatımın sxematik olan ikinci diaqramına baxın…..30 LED, yalnız 6 pinli. Mənim Minidot 2 saatım əsasən Microdot -un genişləndirilmiş bir versiyasıdır. Eyni 30 LED bir sıra ilə düzülmüşdür. Dizidə bir naxış düzəltmək üçün işıqlandırılacaq hər bir LED qısa müddətdə açılır, sonra mikro digərinə keçir. İşıqlandırılması planlaşdırılırsa, qısa müddətə yenidən açılır. LED -ləri tez bir zamanda tarayaraq 'görmə davamlılığı' adlı bir prinsip, bir sıra LED -lərin statik bir model göstərməsinə imkan verəcək. Minidot 2 məqaləsində bu prinsiplə bağlı bir az izahat var. Ancaq gözləyin ….. Yuxarıdakı təsvirdə bir az parıldadım. Bu nədir 'B pinini ayır', 'C pinini ayır' işi. Növbəti hissə.

Addım 5: Üç dövlətlər (Üç velosiped deyil)

Əvvəlki addımda qeyd etdiyimiz bir mikro nəzarətçi 5V və ya 0V gərginlik çıxarmaq üçün proqramlaşdırıla bilər. Charlieplex matrisinin işləməsi üçün matrisdə iki sancaq seçirik və digər pinləri ayırırıq.

Əlbəttə ki, sancaqları əl ilə ayırmaq bir az çətindir, xüsusən də bir nümunə göstərmək üçün görmə effektinin davamlılığını istifadə etmək üçün hər şeyi çox tez tarayırıqsa. Bununla birlikdə, bir mikro nəzarətçi çıxış pinləri də giriş pinləri olaraq proqramlaşdırıla bilər. Bir mikro pin giriş olaraq proqramlaşdırıldıqda, 'yüksək impedence' və ya 'tri-state' adlanan şeyə daxil olur. Yəni, pinə çox yüksək müqavimət (meqaohm və ya milyonlarla ohm) verir. Çox yüksək bir müqavimət varsa (diaqrama baxın), əslində pinin ayrıldığını hesab edə bilərik və buna görə də charliplex sxemi işləyir. İkinci diaqram, nümunəmizdəki 6 LED -in hər birini işıqlandırmaq mümkün olan hər bir birləşmə üçün matris pinlərini göstərir. Tipik olaraq bir üç dövlət 'X' ilə ifadə edilir, 5V '1' (məntiqi 1 üçün) və 0V '0' olaraq göstərilir. '0' və ya '1' üçün mikro firmware -də pinləri çıxış olaraq proqramlaşdırırsınız və vəziyyəti yaxşı müəyyən edilir. Üç dövlət üçün bunu bir giriş olaraq proqramlaşdırırsınız və bir giriş olduğu üçün vəziyyətin nə ola biləcəyini əslində bilmirik. Üç dövlətli və ya girişli olmaq üçün bir pin ayıra bilsək də, oxumağa ehtiyacımız yoxdur. Bir mikrokontrolörün giriş pininin yüksək impedans olması faktından istifadə edirik.

Addım 6: Bəzi Praktiki Məsələlər

Charlieplexing sehri, tək LED seriyası birləşməsi ilə paralel olduqda, birdən çox LED -də verilən fərdi gərginliyin həmişə bir LED -dən daha az olacağına əsaslanır. Gərginlik daha azdırsa, cərəyan daha azdır və inşallah seriya birləşməsindəki cərəyan o qədər aşağı olacaq ki, LED yanmayacaq, amma bu həmişə belə olmur. matrisinizdə 1,9V irəli gərginlik və 3,5V irəli gərginlikli mavi LED (6 LED nümunəmizdə LED1 = qırmızı, LED3 = qırmızı, LED5 = mavi). Mavi LED -i yandırsaydınız, qırmızı LED -lərin hər biri üçün 3.5/2 = 1.75V alacaqsınız. Bu, LED -in zəif iş sahəsinə çox yaxın ola bilər. Mavi işıq yandıqda qırmızı LED -lərin zəif yanacağını görə bilərsiniz, bu səbəbdən matrisinizdəki fərqli rəngli LED -lərin irəli gərginliyinin işləmə cərəyanında təxminən eyni olduğundan əmin olmaq yaxşı bir fikirdir və ya eyni rəngli Matrisdəki LEDlər. Microdot/Minidot layihələrimdə bu barədə narahat olmağım lazım deyildi, xoşbəxtlikdən qırmızı/sarılarla eyni irəli gərginliyə malik yüksək səmərəli mavi/yaşıl SMD LED -lərindən istifadə etdim. Ancaq eyni şeyi 5 mm LED ilə həyata keçirsəm, nəticə daha problemli olardı. Bu vəziyyətdə ayrı -ayrılıqda mavi/yaşıl charlieplex matrix və qırmızı/sarı matiks tətbiq edərdim. Daha çox sancaqlar istifadə etməli idim …. amma ora gedirsən. Başqa bir məsələ, mikro -dan cari çəkilişinizə və LED -in nə qədər parlaq olmasını istəməkdir. Böyük bir matrisiniz varsa və onu sürətlə tarayırsınızsa, hər bir LED yalnız qısa müddətə yanır. Bu, statik ekrana nisbətən nisbətən qaranlıq görünəcək. Cari məhdudlaşdıran rezistorları azaldaraq LED vasitəsilə cərəyanı artıraraq aldada bilərsiniz, ancaq bir nöqtəyə. Mikrodan çox uzun müddət çox cərəyan çəksəniz, çıxış pinlərinə zərər verərsiniz. Yavaş -yavaş hərəkət edən bir matrisiniz varsa, bir vəziyyət və ya siklon ekranı deyin, cərəyanı etibarlı bir səviyyədə saxlaya bilərsiniz, amma yenə də parlaq bir LED ekrana sahib ola bilərsiniz, çünki hər bir LED daha uzun müddət yandırılır, bəlkə də statikdir. Charlieplexing-in bəzi üstünlükləri:- bir çox LED-i idarə etmək üçün mikrokontrolördə yalnız bir neçə pin istifadə edir- çoxlu sürücü çiplərinə/rezistorlara ehtiyacınız olmadığı üçün komponent sayını azaldır. pinlərin həm gərginlik vəziyyəti, həm də giriş/çıxış vəziyyəti- fərqli rəngləri qarışdırarkən diqqətli olmaq lazımdır- PCB düzeni çətindir, çünki LED matrisi daha mürəkkəbdir.

Addım 7: İstinadlar

Vebdə charlieplexing haqqında çoxlu istinadlar var. Məqalənin önündəki bağlantılara əlavə olaraq onlardan bəziləri bunlardır: Maxim -in orijinal məqaləsi, bu da 7 seqmentli displeyləri idarə etməklə bağlı çox şeyə malikdir. https://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1880A viki girişi