LED матрица, използваща регистрите за смяна: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Тази инструкция е предназначена да бъде по -пълно обяснение от другите, достъпни онлайн. По -специално, това ще осигури повече хардуерно обяснение, отколкото е налично в LED Marquee, инструктирано от led555.

Цели

Тази инструкция представя концепциите, свързани с регистрите за смяна и високите странични водачи. Чрез илюстрирането на тези концепции с 8x8 LED матрица се надявам да ви осигуря необходимите инструменти за адаптиране и разширяване до размера и оформлението, за които вашият проект изисква.

Опит и умения

Бих оценил този проект със средна трудност:

• Ако вече имате опит в програмирането на микроконтролери и работа със светодиоди, този проект би трябвало да бъде сравнително лесен за завършване и мащабиране до по -големи масиви от светлини.
• Ако тепърва започвате с микроконтролери и сте светнали един или два светодиода, трябва да можете да завършите този проект с малко помощ от нашия приятел google.
• Ако имате малък или никакъв опит с микроконтролери или програмиране, това вероятно надхвърля това, в което трябва да се впуснете. Изпробвайте няколко други начинаещи проекта и се върнете, когато имате още малко опит в писането на програми за микроконтролери.

Отказ от отговорност и кредит

Първо, не съм електроинженер. Ако видите нещо, което не е наред или не е добра практика, моля, уведомете ме и аз ще направя корекцията. Направете това на свой собствен риск! Трябва да знаете какво правите или можете да повредите компютъра, микроконтролера и дори себе си. Научих много от интернет, особено от форумите на: https://www.avrfreaks.net Използвам набор от шрифтове, доставен с универсалната библиотека на ks0108. Проверете това тук:

Стъпка 1: Части

Списък с части

Общи части

За да направите 8x8 мрежа от светодиоди и да ги контролирате, ще ви трябва:

• 64 светодиода по ваш избор
• 8 Резистори за светодиодите
• 1 Преместете регистъра за колоните
• 1 Масив драйвер за редовете
• 8 Резистори за превключване на драйверния масив
• 1 микроконтролер
• 1 часовник източник за микроконтролер
• 1 прототипна дъска
• 1 захранване
• Тел за свързване

Тук се използват специфични части

За тази инструкция използвах следното:

• 64 зелени светодиода (Mouser част #604-WP7113GD)
• 8 220ohm 1/4 вата резистори за светодиодите (Mouser част #660-CFS1/4CT52R221J)
• 1 HEF4794 LED драйвер с регистър за смяна (Mouser част #771-HEF4794BPN)
• 1 mic2981 Високоволтов източник на токов източник (Digikey част #576-1158-ND)
• 8 резистори от 3,3 кома 1/4 вата за превключване на матрицата на драйвера (част на Radio Shack #271-1328)
• 1 микроконтролер Atmel ATmega8 (част Mouser #556-ATMEGA8-16PU)
• 1 12MHz кристал за източника на часовник на микроконтролера (част на Mouser #815-AB-12-B2)
• 1 дъска за прототипиране с 2200 дупки (част за радиостанция #276-147)
• Преобразувано ATX захранване: Вижте тази инструкция
• Твърд жичен 22-awg свързващ проводник (част на Radio Shack #278-1221)
• Планка без запояване (част на Radio Shack #276-169 (вече не е налична, опитайте: 276-002)
• AVR Dragon (Mouser част #556-ATAVRDRAGON)
• Dragon Rider 500 от Ecros Technologies: Вижте тази инструкция

Бележки относно частите

Драйвери за редове и колони: Вероятно най -трудната част от този проект е избирането на драйвери за редове и колони. Първо, не мисля, че стандартен регистър за смяна 74HC595 е добра идея тук, защото те не могат да се справят с тока, който искаме да изпратим чрез светодиодите. Ето защо аз избрах драйвера HEF4794, тъй като той може лесно да погълне текущото присъствие, когато всички 8 светодиода са в един ред са включени. Регистърът за смяна присъства от долната страна (заземяващия щифт на светодиодите). Ще се нуждаем от драйвер за ред, който може да генерира достатъчно ток, за да наниже няколко колони заедно. Mic2981 може да захранва до 500mA. Единствената друга част, която открих, че изпълнява тази задача, е UDN2981 (digikey част #620-1120-ND), която е същата част от различен производител. Моля, изпратете ми съобщение, ако знаете за други драйвери от висока страна, които биха работили добре в това приложение. LED матрица: Тази матрица е 8x8, тъй като драйверите на редове и колони имат по 8 пина. По -голям светодиоден масив може да бъде изграден чрез нанизване на множество матрици заедно и ще бъде обсъден в стъпката "модулни концепции". Ако искате голям масив, поръчайте всички необходими части наведнъж. Има налични 8x8, 5x7 и 5x8 LED матрици в един удобен пакет. Те трябва лесно да бъдат заменени с матрица „направи си сам“. Ebay е добър източник за това. Mouser предлага някои 5x7 единици като част #604-TA12-11GWA. Използвах евтини зелени светодиоди, защото просто си играя и се забавлявам. Разходите повече за високоефективни светодиоди с висока яркост могат да ви позволят да създадете много по-ефектно изглеждащ дисплей … това обаче е достатъчно добро за мен! Контролен хардуер: Матрицата се управлява от микроконтролер Atmel AVR. За това ще ви е необходим програмист. Тъй като създавам прототипи, използвам Dragon Rider 500, за който съм написал инструкции за сглобяване и използване. Това е лесен инструмент за създаване на прототипи и силно го препоръчвам.

Стъпка 2: Матрицата

Ще изградя своя собствена LED матрица за този проект, използвайки 5 мм светодиоди и прототипна дъска от Radio Shack. Трябва да се отбележи, че можете да закупите 8x8 матрични LED модули от няколко източника, включително ebay. Те трябва да работят добре с тази инструкция.

Съображения за строителството

Подравняване Светодиодите трябва да бъдат подравнени така, че да са обърнати в една и съща посока под същия ъгъл. Открих, че най -лесният вариант за мен беше да сложа тялото на LED излъчването към дъската и да го държа там с малко парче плексиглас и скоба. Поставих няколко светодиода на място на няколко сантиметра от реда, върху който работех, за да се уверя, че плексигласът е успореден на прототипиращата платка. Редове и колони Трябва да имаме обща връзка за всеки ред, както и за всяка колона. Поради избора на драйвер за ред и колона трябва да имаме анод (положителен проводник на светодиода), свързан с ред, а катодът (отрицателен проводник на светодиода), свързан с колона. Контролни проводници За този прототип използвам свързващ проводник с твърда жила (с един проводник). Това ще бъде много лесно за взаимодействие с макет без запояване. Чувствайте се свободни да използвате различен тип конектор, който да отговаря на вашия проект.

Изграждане на матрицата

1. Поставете първата колона от светодиоди в прототипната дъска. Проверете два пъти дали полярността ви за всеки светодиод е правилна, това ще бъде много трудно да се поправи, ако го осъзнаете по -късно. Запояйте двата проводника на светодиода към платката. Проверете дали са подравнени правилно (не под странни ъгли) и отрежете катодните проводници. Уверете се, че не захващате анодния проводник, това ще ни е необходимо по -късно, така че просто го оставете насочено нагоре. Отстранете изолацията от парче жица с твърдо жило. Запояйте това парче тел към всеки катод точно на нивото на дъската.

• Записах това във всеки край, след което се върнах и добавих малко спойка на всяко кръстовище.
• Този проводник трябва да мине покрай последния ви светодиод, за да улесни интерфейса, когато добавим контролни проводници.

5. Повтаряйте части 1-4, докато поставите всички светодиоди на място и всички колонни шини запоени.6. За да създадете редова шина, огънете няколко анодни проводника под ъгъл от 90 градуса, така че да докоснат другите анодни проводници в същия ред.

• По -долу има подробни снимки за това.
• Внимавайте те да не дойдат в контакт с шините на колоните, създавайки късо съединение.

7. Запоявайте проводниците на всяко кръстовище и отстранете излишните анодни проводници.

Оставете последния анод да лепне покрай крайния светодиод. Това ще се използва за свързване на проводниците за управление на драйвера на реда

8. Повторете части 6 и 7, докато всички редове шини не бъдат запоени. Прикрепете контролни проводници.

• Използвах червена жица с твърдо ядро за редовете и черна за колоните.
• Свържете един проводник за всяка колона и един за всеки ред. Това може лесно да се направи в края на всеки автобус.

Важно

Тази LED матрица няма резистори за ограничаване на тока. Ако тествате това без резистори, вероятно ще изгорите светодиодите си и цялата тази работа няма да е за нищо.

Стъпка 3: Контролен хардуер

Трябва да контролираме колоните и редовете на нашата LED матрица. Матрицата е конструирана така, че анодите (страната на напрежението на светодиода) съставляват редовете, а катодите (страната на земята на светодиода) съставляват колоните. Това означава, че нашият драйвер на ред трябва да генерира ток, а нашият драйвер на колона трябва да го потопи. За да спестя на пинове, използвам регистър за смяна за управление на колоните. По този начин мога да контролирам почти неограничен брой колони само с четири пина за микроконтролер. Възможно е да се използват само три, ако изводът Enable Output е свързан директно към напрежението. Избрах светодиодния драйвер HEF4794 с регистър за смяна. Това е по -добър вариант от стандартния 74HC595, тъй като може лесно да потъне в момента, когато всички 8 светодиода са включени едновременно. От високата страна (източник на ток за редовете) използвам mic2981. Схемата показва UDN2981, смятам, че тези две са взаимозаменяеми. Този драйвер може да генерира до 500mA ток. Тъй като управляваме само 1 ред наведнъж, това дава много възможности за разширяване, до 33 колони за този чип (повече за това в стъпката „модулни концепции“).

Изграждане на контролен хардуер

За тази инструкция току -що описах тази схема. За по -трайно решение ще искате или да гравирате собствената си платка, или да използвате прототипна платка. Шофьор на ред

• Поставете mic2981 (или UDN2981) в дъската
• Свържете щифт 9 към напрежение (Това е объркващо в схемата)
• Свържете Pin 10 към земята (Това е объркващо в схемата)
• поставете 3k3 резистори, свързани към щифтове 1-8
• Свържете от порт D на ATmega8 (PD0-PD8) към 8-те резистора
• Свържете 8-те редови контролни проводника на LED матрицата към щифтове 11-18 (имайте предвид, че съм свързал най-долния ред светодиоди към Pin 18 и най-високия ред към Pin 11).

2. Драйвер на колона

• Поставете hef4794 в дъската
• Свържете щифт 16 към напрежението
• Свържете Pin 8 към земята
• Свържете 220 ома резистори към щифтове 4-7 и 11-14.
• Свържете контролните проводници с 8 колони от LED матрицата към 8 -те резистора, които току -що сте свързали.
• Свържете Pin1 (Latch) към PC0 на ATmega8
• Свържете Pin2 (данни) към PC1 на ATmega8
• Свържете Pin3 (часовник) към PC2 на ATmega8
• Свържете Pin15 (Активиране на изхода) към PC3 на ATmega8

3. Часовник кристал

Свържете 12MHz кристал и кондензатори за зареждане, както е показано на схемата

4. Интернет доставчик

Свържете заглавката за програмиране, както е показано на схемата

5. Филтриращ кондензатор и издърпващ се резистор

• Най -добре е да филтрирате подаденото напрежение към ATmega8. Използвайте 0,1uf кондензатор между Pin 7 и 8 на ATmega8
• Щифтът за нулиране не трябва да се оставя плаващ, тъй като може да причини случайни нулиране. Използвайте резистор, за да го свържете към напрежение, всичко около 1k трябва да е добро. Използвах 10k резистор в схемата.

6. Уверете се, че използвате +5v регулирана мощност. От вас зависи да проектирате регулатора.

Стъпка 4: Софтуер

Трикът

Да, както всичко, има трик. Номерът е, че никога не светят повече от 8 светодиода едновременно. За да работи добре, е необходимо малко хитро програмиране. Концепцията, която съм избрал, е да използвам прекъсване на таймера. Ето как прекъсването на дисплея работи на обикновен английски:

• Таймерът брои до определен момент, когато се достигне рутинната услуга за прекъсване.
• Тази рутина решава кой ред е следващият за показване.
• Информацията за следващия ред се търси от буфер и се премества в драйвера на колоната (тази информация не е "блокирана", така че все още не се показва).
• Драйверът на реда е изключен, в момента не светят светодиоди.
• Драйверът на колоната е "заключен", направете в информацията, която сме изместили преди две стъпки, текущата информация за показване.
• След това драйверът на ред предоставя текущ на новия ред, който показваме.
• Рутинната услуга за прекъсване приключва и програмата се връща към нормален поток до следващото прекъсване.

Това става много много бързо. Прекъсването се изхвърля на всеки 1 mSec. Това означава, че обновяваме целия дисплей приблизително веднъж на всеки 8 mSec. Това означава честота на показване около 125Hz. Има известна загриженост по отношение на яркостта, защото по същество работим със светодиодите на 1/8 работен цикъл (те са изключени 7/8 от времето). В моя случай получавам достатъчно ярък дисплей без видимо мигане. Пълният светодиоден дисплей е нанесен в масив. Между прекъсванията масивът може да бъде променен (имайте предвид атомността) и ще се появи на дисплея по време на следващото прекъсване. Спецификата на писане на код за AVR микроконтролера и на начина на писане на код за разговори с регистрите за смяна е извън обхвата на тази инструкция. Включих изходния код (написан на C и компилиран с AVR-GCC), както и шестнадесетичния файл за директно програмиране. Коментирах целия код, така че трябва да можете да го използвате, за да изясните всички въпроси за това как да получавате данни в регистъра за смяна и как работи опресняването на реда. Моля, обърнете внимание, че използвам файл с шрифтове, който идва с ks0108 универсална C библиотека. Тази библиотека може да бъде намерена тук:

Регистри на смяна: Как да

Реших да добавя малко за това как да програмирам с регистрите за смяна. Надявам се това да изясни нещата за тези, които не са работили с тях досега. Това, което правятShift Registers вземат сигнал от един проводник и извеждат тази информация към много различни пинове. В този случай има един проводник за данни, който приема данните и 8 пина, които се контролират в зависимост от това какви данни са получени. За да се подобрят нещата, има изход за всеки регистър на смяна, който може да бъде свързан към входния щифт на друг регистър за смяна. Това се нарича каскадно и прави потенциала за разширяване почти неограничена перспектива. Регистрите за управление PinsShift имат 4 контролни щифта:

• Latch - Този щифт казва на регистъра за смяна кога е време да преминете към ново въведени данни
• Данни - 1 и 0 казват на регистъра за смяна какви пинове за активиране са получени на този щифт.
• Часовник - Това е импулс, изпратен от микроконтролера, който казва на регистъра за смяна да отчете данни и да премине към следващата стъпка в процеса на комуникация
• Активиране на изхода - Това е превключвател за включване/изключване, висок = включен, нисък = изключен

Накарайте го да направи вашето наддаване: Ето крах курс в работата на горните контролни щифтове: Стъпка 1: Задайте ниско ниво на заключване, данни и часовник

Задаването на Latch low казва на регистъра на смяна, който предстои да запишем в него

Стъпка 2: Задайте щифт за данни на логическата стойност, която искате да изпратите до регистъра за смяна Стъпка 3: Задайте пина за часовник високо, като кажете на регистъра за смяна да прочете текущата стойност на пина за данни

Всички останали стойности, които понастоящем са в регистъра Shift, ще се преместят с 1 място, освобождавайки място за текущата логическа стойност на пина за данни

Стъпка 4: Задайте ниския щифт на часовника и повторете стъпки 2 и 3, докато всички данни бъдат изпратени в регистъра за смяна.

Щифтът на часовника трябва да бъде настроен ниско, преди да премине към следващата стойност на данните. Превключването на този щифт между високо и ниско е това, което създава "тактовия импулс", регистърът на смяна трябва да знае кога да премине към следващата стъпка в процеса

Стъпка 5: Задайте Latch високо

Това казва на регистъра за смяна да вземе всички данни, които са били преместени, и да го използва за активиране на изходните щифтове. Това означава, че няма да виждате данни, докато се изместват; няма да има промяна в изходните щифтове, докато фиксаторът не бъде настроен високо

Стъпка 6: Задайте Enable Output високо

• Няма да има изход за изводи, докато Enable Output не е настроен на високо, независимо какво се случва с другите три контролни щифта.
• Този щифт винаги може да бъде оставен високо, ако желаете

Каскадно Има два пина, които можете да използвате за каскадиране, Os и Os1. Os е за бързо нарастващи часовници, а Os1 е за бавно нарастващи часовници. Закачете този щифт към извода за данни на следващия регистър на смяна и преливането от този чип ще бъде въведено в следващото.

Адресиране на дисплея

В примерната програма създадох масив от 8 байта, наречен row_buffer . Всеки байт съответства на един ред от дисплея 8x8, ред 0 е най -долу, а ред 7 е отгоре. Най -малко значимият бит на всеки ред е отдясно, най -значимият бит отляво. Промяната на дисплея е толкова лесна, колкото и записването на нова стойност в този масив от данни, рутинната услуга за прекъсване се грижи за опресняване на дисплея.

Програмиране

Програмирането няма да бъде обсъждано подробно тук. Бих ви предупредил да не използвате кабел за програмиране DAPA, тъй като смятам, че няма да можете да програмирате чипа, след като работи на 12MHz. Всички други стандартни програмисти трябва да работят (STK500, MKII, Dragon, паралелни/серийни програмисти и др.) Предпазители: Уверете се, че сте програмирали предпазителите, за да използвате 12MHz кристален предпазител: 0xC9 предпазител: 0xEF

В действие

След като програмирате чипа, дисплеят трябва да превърти „Hello World!“. Ето видео на LED матрицата в действие. Качеството на видеото е доста ниско, тъй като направих това с функцията за видео на моя цифров фотоапарат, а не с подходящо видео или уеб камера.

Стъпка 5: Модулни концепции

Този проект е мащабируем. Единственият истински ограничаващ фактор ще бъде колко ток може да осигури вашето захранване. (Другата реалност е колко светодиоди и превключватели на регистрите имате на разположение).

Математика

Карам светодиодите на около 15mA (5V-1.8vDrop/220ohms = 14.5mA). Това означава, че мога да управлявам до 33 колони с драйвера на mic2981 (500mA/15mA = 33.3). Разделено на 8 можем да видим, че това ни позволява да нанижем 4 регистъра за смяна. Също така имайте предвид, че не е нужно всичките 32 колони да се простират отляво надясно. Вместо това можете да създадете 16x16 масив, който е свързан по същия начин, както бихте направили 8x32 масив. Това би било решено чрез преместване в 4 байта … първите два щяха да се преместят чак до светодиодите за деветия ред, вторите два байта ще се преместят в първия ред. И двата реда ще бъдат получени от един щифт на драйвера на реда.

Каскадни регистри за смяна

Регистрите за смяна се използват каскадно. Това означава, че когато премествате данни, препълването се появява на щифта Os. Става много полезен, тъй като набор от регистри за смяна могат да бъдат свързани помежду си, Os pin към Data pin, като се добавят 8 колони с всеки нов чип. микроконтролера. "Каскадният" ефект се създава, когато Os на първия регистър на смяна е свързан към пина за данни на втория. Програмирането ще трябва да бъде променено, за да отразява увеличения брой колони. Както буферът, който съхранява информацията, така и функцията, която премества информацията във всяка колона, трябва да бъдат актуализирани, за да отразяват действителния брой колони. Схема на това е дадена по -долу като пример.

Множество ред драйвери

Драйверът на реда (mic2981) може да генерира достатъчно ток, за да управлява 32 колони. Ами ако искате повече от 32 колони? Трябва да е възможно да се използват многоредови драйвери, без да се използват повече пинове на микроконтролера. Ние се нуждаем от драйверите на реда, за да генерираме достатъчно ток, за да запалим светодиодите. Ако използвате повече колони, отколкото е възможно да се запалят едновременно, драйверите за добавяне на ред могат да доставят необходимия ток. Използват се същите входни щифтове от микроконтролера, така че няма нужда да променяте сканирането на редовете. С други думи, всеки драйвер контролира редовете за блок 8x32. Въпреки че 64 колони може да имат същото ФИЗИЧНО разположение на редовете, ние разделяме шините на редове на две, като използваме един драйвер за 8 -те реда на първите 32 колони и втори драйвер за 8 -те реда на вторите 32 колони и така нататък. Схема на това е дадена по -долу като пример. Потенциални грешки: 1. Не използвайте драйвери на няколко реда с еднакъв брой колони. Това би означавало, че всеки щифт на регистъра за смяна ще управлява повече от един светодиод наведнъж. Трябва да имате набор от 8 резистора (3k3) за всеки ред драйвер, един комплект за многоредови драйвери няма да работи, тъй като няма да осигури необходимия ток за превключване на портите.

Например

Реших да разширя матрицата, която изградих по -рано. Добавих още 7 реда за общо 15, тъй като това е всичко, което мога да вместя в тази протоборда. Също така току -що разбрах за конкурс, който Instructables прави, наречен „Нека свети“. Ето видеоклип от моя поглед върху това. За пореден път цифровият фотоапарат, с който снимах видеото, не го прави справедливо. Това изглежда страхотно за човешкото око, особено когато всички светодиоди мигат, но не изглежда толкова добре във видеото. Насладете се: Изходният код за този по -голям дисплей е включен по -долу.

Стъпка 6: Заключение

Възможни допълнения

I2CI са оставили щифтовете за двужичен интерфейс (I2C) неизползвани в този дизайн. Има няколко интересни перспективи, които могат да използват тези два щифта. Добавянето на I2C EEPROM ще позволи съхранение на много по -големи съобщения. Има и перспектива за проектиране на програмиране, което да превърне mega8 в I2C съвместим драйвер на дисплея. Това ще отвори възможността USB устройство с възможност за показване на данни на вашия LED масив, като ги прехвърля през I2C шината. Това ще позволи програмирането на съобщения чрез система от менюта. Единият просто записва знаци на дисплея, другият превърта символи върху дисплея. Важното, което трябва да запомните, е, че това, което виждате в светлините, е представено в масив от данни. Ако измислите по -ясни начини за промяна на масива с данни, светлините ще се променят по същия начин. Някои възможности за дразнене включват създаване на графичен метър от колоните. Това може да се използва като анализатор на сигнал със стерео. Скролирането може да се реализира отгоре надолу или отдолу нагоре, дори отляво надясно. Късмет забавлявай се!

Стъпка 7: Проследяване

След като оставих веригата на контролера да стои в чертежа в продължение на месеци, най -накрая проектирах и гравирах няколко платки, за да сглобя този прототип. Всичко се получи отлично, не мисля, че има нещо, което бих направил по различен начин.

Характеристики на платката

• Регистрите за смяна са на отделни дъски, които могат да бъдат свързани с верижка, за да се увеличи размерът на дисплея.
• Платката на контролера има свой собствен регулатор на мощността, така че това може да се управлява от всеки източник на захранване, който осигурява 7v-30v (9v батерия или 12v захранващ стенд и двете работят добре за мен).
• Включен 6 -пинов ISP заглавие, така че микроконтролерът може да бъде препрограмиран, без да се изважда от платката.
• Наличен 4-пинов хедър за бъдеща употреба на I2C шината. Това може да се използва за eeprom за съхраняване на повече съобщения или дори за превръщане на това устройство в подчинено, контролирано от друг микроконтролер (RSS тикер някой?)
• 3 моментални бутона са включени в дизайна. В бъдеще може да оправя фърмуера, за да включа използването на тези бутони.

Монтаж

Дайте ми плексиглас, ъглови скоби, 6x32 машинни винтове, гайки и шайби, както и кран, настроен за отвори за резба и мога да създам всичко.

Втора награда в Let It Glow!