Направи си сам автомобилен мигач с анимация: 7 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:57

Напоследък анимираните LED индикатори отпред и отзад се превърнаха в норма в автомобилната индустрия. Тези работещи LED модели често представляват търговска марка на автомобилните производители и се използват и за визуална естетика. Анимациите могат да бъдат с различни модели на изпълнение и могат да бъдат реализирани без MCU, използвайки няколко дискретни интегрални схеми.

Основните изисквания на такива дизайни са: възпроизводима производителност по време на нормална работа, възможност за включване на всички светодиоди, ниска консумация на енергия, деактивиране на използвания LDO регулатор по време на повреда, зареждане на LED драйвера преди активирането му и т.н. Освен това изискванията могат да варират от един производител към друг. Освен това, обикновено в автомобилните приложения, TSSOP IC обикновено се предпочитат поради тяхната здравина в сравнение с QFN ICs, тъй като е известно, че те са склонни към проблеми с умората на спойка, особено в тежки условия. За щастие за това автомобилно приложение, Dialog Semiconductor предоставя подходящ CMIC, а именно SLG46620, наличен както в QFN, така и в TSSOP пакети.

Всички изисквания за анимираните индикаторни LED модели в момента са изпълнени в автомобилната индустрия, използвайки дискретни интегрални схеми. Въпреки това, нивото на гъвкавост, предоставяно от CMIC, е несравнимо и може лесно да се погрижи за различни изисквания на няколко производители без никаква промяна в хардуерния дизайн. Освен това се постига значително намаляване на отпечатъка на печатни платки и спестяване на разходи.

В тази инструкция е представено подробно описание на постигането на различни анимирани индикаторни светлинни модели с помощта на SLG46620.

По -долу описахме необходимите стъпки, за да разберем как решението е програмирано за създаване на автомобилен мигач с анимация. Ако обаче просто искате да получите резултат от програмирането, изтеглете софтуера GreenPAK, за да видите вече завършения файл за проектиране GreenPAK. Включете комплекта за разработка на GreenPAK към компютъра си и натиснете програма, за да създадете автомобилен мигач с анимация.

Стъпка 1: Стойност на индустрията

Моделите на мигачите, показани в тази инструкция, понастоящем се прилагат в автомобилната индустрия, използвайки редица дискретни интегрални схеми за контрол на последователността на светодиодните модели на автомобилни индикатори. Избраният CMIC SLG46620 би заменил поне следните компоненти в настоящия промишлен дизайн:

● 1 No. 555 Таймер IC (напр. TLC555QDRQ1)

● 1 брояч Джонсън (напр. CD4017)

● 2 Не. D-тип джапанка с положителен ръб (напр. 74HC74)

● 1 Не ИЛИ порта (напр. CAHCT1G32)

● Няколко пасивни компонента, например индуктори, кондензатори, резистори и др.

Таблица 1 представя икономическото предимство, получено чрез използване на избрания диалогов CMIC, за последователни модели на мигачи на индикатора, в сравнение с настоящото промишлено решение.

Избраният CMIC SLG46620 ще струва по -малко от $ 0,50, така че общата цена на схемата за управление на LED намалява значително. Освен това се постига и значително сравнително намаляване на отпечатъка на печатни платки.

Стъпка 2: Проектиране на системата

Фигура 1 показва диаграмата на първата предложена схема. Основните компоненти на схемата включват LDO регулатор на напрежението, автомобилен LED драйвер, CMIC SLG46620, 11 MOSFET на логическо ниво и 10 светодиода. Регулаторът на напрежение LDO гарантира, че на CMIC се осигурява подходящо напрежение и ако напрежението на батерията падне от определено ниво, CMIC се нулира чрез PG (Power Good) щифт. При всяко състояние на неизправност, открито от LED драйвера, LDO регулаторът на напрежението се деактивира. SLG46620 CMIC генерира цифрови сигнали, за да управлява светодиодите за завой на индикатора, означени с 1-10, през MOSFET. Освен това избраният CMIC също генерира сигнал за разрешаване за едноканалния драйвер, който от своя страна задвижва MOSFET Q1, за да зареди драйвера, работещ в режим на постоянен ток.

Възможен е и вариант на тази схема, при който се използва многоканален драйвер, както е показано на фигура 2. При тази опция, управляващият ток на всеки канал намалява в сравнение с едноканалния драйвер.

Стъпка 3: GreenPak Design

Подходящ начин за постигане на целта за гъвкави индикаторни светодиодни модели е да се използва концепция за конечна държавна машина (FSM). Полупроводниковият диалог осигурява няколко CMIC, които съдържат вграден ASM блок. За съжаление обаче всички тези CMIC са налични в пакети QFN и не се препоръчват за тежки условия. Затова се избира SLG46620, който се предлага както в QFN, така и в TSSOP опаковка.

Представени са три примера за три различни LED анимации. За първите два примера разглеждаме едноканален драйвер, както е показано на фигура 1. За третия пример приемаме, че са налични множество канални драйвери, както е показано на фигура 2, и всеки канал се използва за задвижване на отделен светодиод. С помощта на същата концепция могат да бъдат получени и други модели.

В първия примерен дизайн светодиодите от 1-10 се включват последователно един след друг, след като изтече определен програмируем период от време, както е показано на фигура 3.

Във втория примерен дизайн 2 светодиода се добавят последователно в шаблона, както е показано на фигура 4.

Фигура 5 показва как последователно се добавят алтернативни светодиоди в шаблона в третия предложен дизайн.

Тъй като в SLG46620 няма наличен вграден блок от ASM, машина за крайно състояние на Мур е разработена, като се използват наличните блокове, а именно брояч, DFF и LUT. Разработена е 16 -степенна машина на Мур, използваща Таблица 2 за трите примера. В таблица 2 са дадени всички битове на настоящото състояние и следващото състояние. Освен това са предоставени и битовете за всички изходни сигнали. От таблица 2 уравненията на следващото състояние и всички изходи се оценяват по отношение на битовете за настоящото състояние.

В основата на разработката на 4-битова машина на Мур са 4 DFF блока. Всеки DFF блок функционално представлява един бит от четирите бита: ABCD. Когато сигналът на индикатора е висок (съответстващ на включен индикатор), е необходим преход от едно състояние към друго при всеки тактов импулс, като по този начин се генерират различни LED модели. От друга страна, когато сигналът на индикатора е нисък, целта е неподвижен модел, с включване на всички светодиоди във всеки пример за дизайн.

Фигура 3 показва функционалността на разработената 4-битова (ABCD) машина на Мур за всеки пример. Основната идея на разработването на такъв FSM е да представи всеки бит от следващото състояние, разрешителния сигнал и всеки изходен пинов сигнал (присвоен за светодиодите) от гледна точка на настоящото състояние. Това е мястото, където LUTs допринасят. Всичките 4 бита от настоящото състояние се подават към различни LUTs, за да се постигне основно необходимия сигнал в следващото състояние в края на тактовия импулс. За тактовия импулс броячът е конфигуриран да осигурява импулсен ход с подходящ период.

За всеки пример всеки бит от следващото състояние се оценява от гледна точка на настоящото състояние, като се използват следните уравнения, получени от K-Maps:

A = D '(C' + C (A B) ') & IND + IND'

B = C 'D + C D' (A B) '& IND + IND'

C = B 'C D + B (C' + A 'D') & IND + IND '

D = A B ' + A' B C D + A B C '& IND + IND'

където IND представлява индикаторния сигнал.

Допълнителни подробности за всеки от трите примера са дадени по -долу.

Стъпка 4: Пример за проектиране 1

Уравненията на разрешаващия сигнал и LED управляващите сигнали за първия пример, като всеки светодиод се включва последователно, използвайки схемата на фигура 1, са както е показано по -долу.

En = A + A 'B (C + D)

DO1 = A 'B C' D

DO2 = A 'B C D'

DO3 = A 'B C D

DO4 = A B 'C' D '

DO5 = A B 'C' D

DO6 = A B 'C D'

DO7 = A B 'C D

DO8 = A B C 'D'

DO9 = A B C 'D

DO10 = A B C

На фигура 7 е показан дизайнът на Matrix-0 GreenPAK от пример 1. 4 DFF се използват за разработване на 4-битовата машина на Мур. DFF с опция за нулиране (3 от Matrix-0 и 1 от Matrix-1) са избрани така, че машината на Мур да може да бъде нулирана удобно. Брояч, с подходящ период от време от 72 mS, е конфигуриран да променя състоянието на машината след всеки период. LUT с подходящи конфигурации се използват за извличане на функции за DFF входовете, сигнала за активиране на драйвера (En) и изходните щифтове: DO1-DO10.

В Матрицата, показана на Фигура 8, останалите ресурси на GreenPAK се използват за завършване на дизайна, като се използва методологията, описана по -рано. Цифрите са подходящо обозначени за по -голяма яснота.

Стъпка 5: Пример за проектиране 2

Уравненията на разрешаващия сигнал и LED управляващите сигнали за втория пример, с два светодиода, добавящи последователния модел, използвайки схемата на фигура 1, са както е показано по -долу.

En = D '(A' B C + A B 'C' + A B 'C + A B) + A B C

DO1 = 0

DO2 = A 'B C D'

DO3 = 0

DO4 = A B 'C' D '

DO5 = 0

DO6 = A B 'C D'

DO7 = 0

DO8 = A B C 'D'

DO9 = 0

DO10 = A B C

На Фигура 9 и Фигура 10 са представени дизайните на Matrix-0 & 1 GreenPAK от Пример 2. Основният дизайн е подобен на дизайна от пример 1. Основните разлики за сравнение са във функцията Driver Enable (En) и няма връзки на DO1, DO3, DO5, DO7 и DO10, които са извадени в този дизайн.

Стъпка 6: Пример за проектиране 3

Уравненията на разрешаващия сигнал и LED управляващите сигнали за 3 -тия пример, генериращи алтернативен модел на последователно добавяне на LED, използвайки схемата на фигура 2, са дадени по -долу.

En1 = (A 'B C' + A B 'C' + B C) D

En2 = (A B 'C + A B) D

DO1 = D (A+B)

DO2 = A B C D

DO3 = D (A+ C B)

DO4 = A B C D

DO5 = D A

DO6 = A B C D

DO7 = D A (C 'B + C)

DO8 = A B C D

DO9 = D A B

DO10 = A B C D

На Фигура 11 и Фигура 12 са представени дизайните на Matrix-0 & 1 GreenPAK от Пример 3. В този дизайн има два отделни сигнала за активиране на драйвера (En1 & En2) за драйвер 1 и 2. Освен това изходните щифтове са свързани към изходите на подходящо конфигурирани LUT.

Това завършва частта за проектиране на GreenPAK от Пример 1, Пример 2 и Пример 3.

Стъпка 7: Резултати от експеримента

Удобен начин за тестване на проектите от Пример 1, Пример 2 и Пример 3 е експериментиране и визуална проверка. Времевото поведение на всяка схема се анализира с помощта на логически анализатор и резултатите са представени в този раздел.

Фигура 13 показва временното поведение на различни изходни сигнали за пример 1, когато индикаторът е включен (IND = 1). Може да се наблюдава, че сигналите за изходните щифтове DO1-DO5 последователно се включват след другия след изтичане на зададения период от време в съответствие с таблица 2. Моделът на сигналите, предоставени на щифтовете DO6-DO10, също е подобен. Сигналът за активиране на драйвера (En) се включва, когато някой от сигналите DO1-DO10 е включен и в противен случай е изключен. По време на анимацията, когато сигналът на индикатора спадне (IND = 0), сигналите En и DO10 се включват и остават логически високи. Накратко, резултатите отговарят на изискванията и потвърждават теоретичните предложения за пример 1.

На фигура 14 е изобразена временната диаграма на различни изходни сигнали за пример 2, при включен индикатор (IND = 1). Наблюдава се, че сигналите за изходните щифтове DO1-DO5 се включват последователно в последователност след определен период от време в съответствие с Таблица 2. Пиновете DO1, DO3 и DO5 остават ниски, докато сигналите за DO2 и DO4 се редуват последователно на последователно. Същите модели се наблюдават и за DO6-DO10 (не са показани на фигурата поради ограничен брой входове на анализатора). Всеки път, когато някой от сигналите DO1-DO10 е включен, се включва и сигнал за активиране на драйвера (En), който в противен случай остава изключен. По време на анимацията, когато сигналът на индикатора спадне (IND = 0), сигналите En и DO10 се включват и остават логически високи. Резултатите отговарят точно на изискванията и теоретичните идеи за Пример 2.

Фигура 15 показва временната диаграма на различни изходни сигнали за пример 3 с включен индикатор (IND = 1). Може да се наблюдава, че сигналите за изходните щифтове DO1-DO7 се включват, както е показано в Таблица 2. Освен това сигналът DO9 сигнал също се държи съгласно Таблица 2 (не е показан на фигурата). Щифтовете DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 остават ниски. En1 става логично високо, когато е включен сигнал от DO1, DO3 и DO5, а En2 става логически висок, когато сигнал от DO7 и DO9 се повиши. По време на цялата анимация, когато сигналът на индикатора е нисък (IND = 0), всички изходни сигнали: En1, En2 и DO1-DO10 се включват и остават логически високи. Следователно може да се заключи, че резултатите отговарят на изискванията и теоретичните предложения за Пример 3.

Заключение

Представено е подробно описание на различни схеми за автомобилни мигачи с анимация. Подходящ Dialog CMIC SLG46620 е избран за това приложение, тъй като се предлага и в пакет TSSOP, който е препоръчителен за сурови промишлени приложения. Две основни схеми, използващи едно- и многоканални автомобилни драйвери, са представени за разработване на гъвкави последователни LED анимационни модели. Подходящи модели машини с крайно състояние на Мур са разработени за генериране на желаните анимации. За валидиране на разработения модел са проведени удобни експерименти. Установено е, че функционалността на разработените модели е в съответствие с теоретичния дизайн.