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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
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Matrix-LED-Anzeige. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung

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Bei der Entwicklung eines auf einem Mikrocontroller basierenden Geräts stellt sich fast immer das Problem der Auswahl eines Informationsanzeigegeräts. Wenn Sie Buchstaben, Zahlen und andere großformatige Symbole mit hoher Helligkeit auf der Anzeige anzeigen müssen, ist eine Matrix-LED-Anzeige oft die beste Lösung. In diesem Artikel wird ein Modul einer solchen Anzeige besprochen, die der Autor für acht Bekannte entwickelt hat. Es kann mit verschiedenen Informationsquellen arbeiten und Daten von diesen zur Anzeige über die TWI-Schnittstelle (I) empfangen2C). Der Prototyp des LED-Matrix-Steuergeräts war der MAX6953-Chip.

Das beschriebene Modul ist als Alternative zu LCD-Modulen konzipiert, deren Hauptnachteil in der schlechten Lesbarkeit der angezeigten Informationen aufgrund der geringen Zeichengröße und des unzureichenden Bildkontrasts liegt. Zusätzlich zur LED-Matrix enthält das Modul eine Mikrocontroller-Steuereinheit, die von einem externen Gerät empfangene Zeichencodes und Steuerinformationen in LED-Steuersignale umwandelt.

Der Zeichengenerator des Moduls enthält Zeichen mit den Codes $20-$7F gemäß der ASCII-Codetabelle (Satzzeichen, Zahlen, lateinische Buchstaben und einige andere Symbole) und mit den Codes $A8, $B8, $00-$FF (russische Buchstaben in gemäß der Codetabelle CP1251). Bei Bedarf kann der Satz angezeigter Symbole durch Hinzufügen von Bildern neuer Symbole zur Zeichengeneratortabelle im Mikrocontroller-Programm ergänzt werden.

Das „Blinken“ des Symbols wurde an einer der acht bekannten Stellen implementiert. Die Vertrautheitszahl und die Blinkfrequenz werden durch die Informationsquelle bestimmt. Die Helligkeit der LEDs kann entweder automatisch, je nach Umgebungslicht, oder manuell angepasst werden.

Das Modul wird über die TWI-Schnittstelle (I2C). Wenn keine Verbindung besteht, wird die Meldung „Keine Daten!“ angezeigt. Die Moduladresse am TWI-Bus ist $A0. Bei Bedarf (z. B. wenn andere Geräte mit derselben Adresse am selben Bus angeschlossen sind) kann diese geändert werden. Dazu müssen Sie im Modul-Mikrocontroller-Programm (Datei MATRIX_8D.asm) die Zeile finden

.equ AddrTWI = $A0

und ersetzen Sie die Adresse $A0 durch eine andere und übersetzen Sie dann das Programm erneut.

Die LED-Steuereinheit besteht aus zwei Knoten, deren Diagramme in Abb. dargestellt sind. 1 und Abb. 2. Die Knotenplatinen werden durch die Verbindung der Anschlüsse X3 mit X12, X4 mit X9 und X6 mit X7 miteinander verbunden. Das Kabel von der Informationsquelle wird an den Anschluss X2 angeschlossen. Nach der Herstellung des Moduls wird der Mikrocontroller DD1 (ATmega1-8PU) über den Anschluss X16 programmiert. Codes aus der Datei MATRIX_8D.hex müssen in den FLASH-Speicher des Mikrocontrollers geladen und seine Konfiguration gemäß Tabelle programmiert werden. 1, wo die Bitwerte, die von denen des Mikrocontroller-Herstellers abweichen, farblich hervorgehoben sind.

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Reis. 1 (zum Vergrößern anklicken)

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Fig. 2

Tabelle 1

Kategorie Wert Kategorie Wert.
RSTDISBL 1 BODLEVEL 0
WDTON 0 KÖRPER 0
SPIEN 0 SUT1 1
Cktop 1 SUT0 0
ESSPEICHERN 1 CKSEL3 1
STIEFELZ1 0 CKSEL2 1
STIEFELZ0 0 CKSEL1 1
BOOTRST 1 CKSEL0 1

Hinweis.0 – Ziffer programmiert, 1 – Ziffer nicht programmiert.

Die Platinen verfügen über acht Knoten A1–A8 (einen für jede Anzeigeeinheit), die unter Mikrocontroller-Steuerung Signale erzeugen, die an die kombinierten Kathoden jeder LED-Reihe in der Matrixeinheit geliefert werden. Alle diese Knoten sind identisch und werden gemäß dem in Abb. gezeigten Diagramm zusammengebaut. 3. Jeder enthält einen MC74HC595AD-Mikroschaltkreis, der den vom Mikrocontroller ausgegebenen seriellen Code in Parallelcode umwandelt, und einen Satz Open-Collector-Stromverstärker mit Verbundtransistoren (ULN2803ADW-Mikroschaltkreis). Die Kathoden der LED-Reihen der entsprechenden Bekanntheit werden an jeden der X1-Anschlüsse der Knoten A1-A8 angeschlossen.

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Fig. 3

Das Mikrocontroller-Programm wählt abwechselnd die Knoten A1–A8 aus, um Codes in sie zu laden, und gibt Code von O bis 0 (eins weniger als die Vertrautheitszahl) an die Ausgänge des Mikrocontrollers PC2–PC7 und an den Ausgang PC3 ein Signal aus, das den Betrieb des ermöglicht DD2-Decoder (siehe Abb. 1). Dadurch wird am Decoderausgang entsprechend dem Code ein niedriger logischer Pegel eingestellt, der es der daran angeschlossenen Mikroschaltung DD1 (Abb. 3) ermöglicht, den vom Programm generierten seriellen Code am PB3-Ausgang des Mikrocontrollers zu empfangen.

Die an den Ausgängen PD3-PD7 erzeugten und von den Transistoren VT2-VT6 verstärkten Signale liefern abwechselnd die Versorgungsspannung an jeden der fünf Schaltkreise, die die Anoden der Matrix-LED-Spalten verbinden. Säulen mit den gleichen Nummern von acht bekannten Orten werden parallel geschaltet und schalten sich gleichzeitig ein, wodurch das Flackern der Anzeige weniger auffällt. Mit dem Transistor VT1, der durch ein Signal vom PB0-Ausgang des Mikrocontrollers gesteuert wird, können Sie alle Anzeige-LEDs gleichzeitig ausschalten.

Zur Stromversorgung des Anzeigemoduls wird der Stecker X8 mit einer Spannung von 9 V, 50 Hz versorgt. Es kann von jedem geeigneten Abwärtstransformator bezogen werden. Der Autor verwendete einen TP-132-3-Transformator mit einer Spannung an der Sekundärwicklung von 9 V bei einem Laststrom von 0,5 A. Die Wechselspannung richtet die Diodenbrücke VD2 gleich. Der integrierte Stabilisator DA1 versorgt den Modulchip mit 5 V Spannung. Ein Stabilisator mit einstellbarer Ausgangsspannung ist auf dem Feldeffekttransistor VT8 und dem Parallelstabilisator DA2 aufgebaut. Es wurde die von I. Netschajew im Artikel „Stabilisator mit geringem minimalem Spannungsabfall“ beschriebene Schaltung verwendet. Spannung U wird über den Trimmwiderstand R17 eingestelltlebhaft Über die Transistoren VT1-VT6 gelangt es zu den Anoden der LEDs und bestimmt die Helligkeit ihres Leuchtens.

Zusätzlich steuert der Feldeffekttransistor VT7 die Helligkeit. Sein Gate wird mit Spannung vom Spannungsteiler versorgt, der aus dem variablen Widerstand R11, den Konstantwiderständen R12, R13 und dem Fotowiderstand R16 besteht. Der Widerstand des Fotowiderstands nimmt mit zunehmender Beleuchtung des Montageortes des Displays ab. Dadurch steigt die Spannung am Gate des Transistors VT7 und dieser öffnet, wodurch die Spannung U sinktlebhaft und Helligkeit der Anzeige-LEDs. Der variable Widerstand R11 legt die optimalen Grenzen für automatische Helligkeitsänderungen fest. Durch Entfernen des Jumpers S1 kann die automatische Helligkeitsregelung deaktiviert werden.

Die LED-Matrix befindet sich auf zwei identischen Platinen, die wie in Abb. gezeigt zusammengebaut sind. 4 Schema. Der Anschluss X1 der ersten LED-Platine wird mit dem Anschluss X5 der Platine verbunden, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 1 und Anschlüsse X2–X5 – mit Anschlüssen X1 der Knoten A1–A4 auf derselben Platine. Verbinden Sie auf ähnliche Weise die zweite LED-Platine mit der Platine, deren Schaltung in Abb. dargestellt ist. 2, mit Anschluss X11 und Anschlüssen Xl der Knoten A5-A8.

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Reis. 4 (zum Vergrößern anklicken)

Anstelle von diskreten LEDs können Sie zum Aufbau einer Anzeige vorgefertigte LED-Schildersynthesematrizen mit einer Organisation von 5x8 oder 5x7 Elementen verwenden, wobei Anoden mit den Spalten der Matrix verbunden sind. Bedenken Sie jedoch, dass Sie mit 5x7-Matrizen nicht alle russischen Buchstaben vollständig anzeigen können.

Alle Leiterplatten des Moduls sind doppelseitig aus Folienfiberglas mit einer Dicke von 1,5 mm gefertigt. Eine Zeichnung der Leiterbahnen der Platine, auf der sich der Mikrocontroller und die Knoten A1-A4 befinden, ist in Abb. dargestellt. 5, und die Lage der Teile darauf ist in Abb. 6.

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Fig. 5

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Fig. 6

Die Platine mit den Knoten A5-A8 wird gemäß der Zeichnung in Abb. hergestellt. 7, und die Teile werden gemäß Abb. darauf platziert. 8. Auf beiden Platinen sind die Positionsbezeichnungen der zu den Knoten A1-A8 gehörenden Teile (einschließlich Anschlüsse) mit Präfixen versehen, die der Knotennummer entsprechen, zum Beispiel 8DD1. Die Anschlüsse X5, Dies geschah, um das direkte Andocken an die Anschlüsse auf den LED-Matrixplatinen zu erleichtern. Eine Zeichnung dieser Bretter (zwei davon sind identisch) ist in Abb. dargestellt. 11. Die Anschlüsse sind auf der den LEDs gegenüberliegenden Seite angebracht. Alle Platinen verwenden einreihige PBS- (Buchse) und PLS- (Stift) Anschlüsse.

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Fig. 7

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Fig. 8

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Fig. 9

Die Ausnahme bilden die zweireihigen X1, X2 (PLD-6) und X10 (PBD-4) auf Steuerplatinen.

Das DD1-Mikrocontrollerprogramm speichert die von der Informationsquelle empfangenen Zeichencodes im RAM und analysiert und sucht dann in der Zeichengeneratortabelle nach Codes, die dem Bild des gewünschten Zeichens zur Anzeige entsprechen. Ein Fragment des Zeichengenerators, bestehend aus zehn Blöcken zu je 16 Zeichen, ist in der Tabelle aufgeführt. 2. Jedes Zeichen wird durch fünf (entsprechend der Anzahl der Matrixspalten) XNUMX-Bit-Binärcodes (entsprechend der Anzahl der Matrixzeilen) beschrieben. Die Einsen in diesen Codes entsprechen dem Einschalten der LEDs und die Nullen dem Ausschalten der LEDs.

Tabelle 2

Symbol Zeichencode, HEX Adresse blockieren Codes anzeigen
BIN HEX
@ 40 +0 1 2 3 +01111100 10000010 11110010 10010010 7С 80 F2 92 64
А 41 +5 6 7 8 +01111110 10001000 10001000 10001000 7E 88 88 88 7E
В 42 +10 11 12 13 +11111110 10010010 10010010 10010010 FE 92 92 92 6C
С 43 +15 16 17 18 +01111100 10000010 10000010 10000010 7С 82 82 82 44

Das Programm schreibt die Anzeigecodes des Symbols in RAM-Zellen um, wo sie vor der Anzeige vorübergehend gespeichert werden. Das Hardware-SPI-Modul des Mikrocontrollers schiebt diese Codes nacheinander in die seriellen Register der 74HC595-Chips der A1-A8-Knoten, für die sie bestimmt sind. Von hier aus werden sie durch Signale, die am PB2-Ausgang des Mikrocontrollers erzeugt werden, in ihre Speicherregister übertragen.

Die Gesamtzahl der LED-Spalten in einer achtstelligen Anzeige beträgt 5x8=40. Es ist notwendig, die darauf befindlichen Informationen mit einer Frequenz von mindestens 100 Hz zu aktualisieren, da sonst ein Flackern möglich ist. Somit kann nicht mehr als 1/100/40 = 0,00025 s für die Aufzeichnung von Informationen in einer Spalte aufgewendet werden – das sind 4000 Perioden der Mikrocontroller-Taktfrequenz von 16 MHz. Programmunterbrechungsanforderungen mit ungefähr dieser Periode werden von einem 64-Bit-Timer des Mikrocontrollers mit einem vorläufigen Taktfrequenzteiler durch 62 generiert. Der Timer-Umrechnungsfaktor ist auf 16000000 eingestellt. Die tatsächliche Informationsaktualisierungsfrequenz beträgt 64/62/40/ 100,8=XNUMX Hz.

Wann immer die auf dem Display angezeigten Informationen geändert werden müssen, muss die Quelle über die TWI-Schnittstelle ein Adresspaket und zehn Informationsbytes an das Modul übertragen. Das Adressbyte muss die Moduladresse mit einer Null (Schreibzeichen) in der niederwertigsten Binärstelle enthalten. Die ersten acht Informationsbytes enthalten die Zeichencodes, die in der Reihenfolge von links nach rechts angezeigt werden sollen. Die oberen vier Bits des neunten Bytes müssen eine Zahl enthalten, die 7 Einheiten größer ist als die Zahl des blinkenden Zeichens auf dem Display (die Zahlen werden von 1 bis 8 von links nach rechts gezählt). Wenn dieses Byte auf Null gesetzt ist, ist das Blinken deaktiviert. Die Blinkdauer wird durch die Zahl im zehnten Byte bestimmt, wobei jede Einheit 50 ms entspricht.

Das Anzeigemodul bestätigt der Quelle, dass es die richtige Adresse und die darauf folgenden neun Informationsbytes erhalten hat. Der Empfang des zehnten Informationsbytes wird nicht bestätigt, was als Zeichen dafür dient, dass das Paket empfangen wurde. Danach ist das Modul wieder bereit, das nächste Paket zu empfangen. Vor dem Empfang werden zuvor empfangene Informationen auf dem Display angezeigt.

Empfangsfehler werden im Mikrocontroller-Programm nicht verarbeitet. Wird der Code eines Zeichens empfangen, das nicht im Zeichengenerator vorhanden ist, wird im entsprechenden Zeichenraum ein Fragezeichen in einem rechteckigen Rahmen angezeigt. Es gibt keinen eindeutigen Anzeigebefehl. Stattdessen sollte ein Informationspaket mit acht Leerzeichen ($20) übertragen werden.

Um ein Einfrieren des Anzeigemoduls zu verhindern, wird in seinem Mikrocontroller ein Watchdog-Timer aktiviert. Wenn das Anzeigesteuerungs-Unterprogramm nicht innerhalb von 32 ms aufgerufen wurde, wird der Mikrocontroller in seinen Ausgangszustand gezwungen und die Programmausführung beginnt erneut, wie beim Einschalten der Stromversorgung An.

Das Aussehen des Anzeigemoduls ohne Gehäuse von der LED-Seite ist in Abb. dargestellt. 10 und von der Seite der Installation von Mikroschaltungen - in Abb. 11. Vor dem ersten Einschalten der zusammengebauten Struktur muss der Mindestspannungswert U eingestellt werdenlebhaft. Die automatische Helligkeitsregelung wird abhängig von den Betriebsbedingungen des Displays angepasst.

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Fig. 10

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Fig. 11

Das Modulgehäuse stammt von einem Philips Videoplayer. Die SDA- und SCL-Leitungen werden über einen Zwei-Wege-Zwei-Positions-Schalter mit dem Modul verbunden. In einer Position kommen Informationen von einer beliebigen externen Quelle über einen vierpoligen Stecker, der am Modulgehäuse installiert ist. Im zweiten Fall - von einer elektronischen Uhr, die sich im selben Gehäuse befindet und gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung zusammengebaut ist. 12.

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Fig. 12

Die Uhr basiert auf einem ATmega8535-16PU (DD1) Mikrocontroller und einem DS1307 (DD2) Chip – einer Echtzeituhr mit I-Schnittstelle2C. Für die Kommunikation mit DD2 verwendet der Mikrocontroller DD1 denselben Zweidrahtbus, über den er Informationen an das Anzeigemodul überträgt. Aber die Adressen des Chips ($D0) und des Moduls ($A0) am Bus sind unterschiedlich, was dem Takt-Mikrocontroller die Möglichkeit gibt, zwischen ihnen zu unterscheiden. Auch beim Anschluss des Anzeigemoduls an andere Informationsquellen ist darauf zu achten, dass die Adressen nicht übereinstimmen.

Codes aus der MasterDevice.hex-Datei werden in den FLASH-Speicher des Uhren-Mikrocontrollers eingegeben und die Konfiguration gemäß Tabelle programmiert. 3. Wie in der Tabelle. In Abb. 1 werden Entladungszustände, die von denen des Herstellers abweichen, farblich hervorgehoben.

Tabelle 3

Kategorie Wert Kategorie Wert.
S8535C 1 BODLEVEL 1
WDTON 1 KÖRPER 1
SPIEN 0 SUT1 1
MIT GERICHT 1 SUT0 1
ESSPEICHERN 1 CKSEL3 1
STIEFELZ1 0 CKSEL2 1
STIEFELZ0 0 CKSEL1 0
BOOTRST 1 CKSEL0 1

Hinweis. 0 – Ziffer programmiert, 1 – Ziffer nicht programmiert.

Die Uhr hat sieben Bedienknöpfe. Ihr Zweck:

SB1 - Versetzen des Mikrocontrollers in seinen ursprünglichen Zustand, Neustart des Programms;

SB2 – Wechseln Sie in den Einstellungsmodus für Uhrzeit und Datum. Auf dem Display erscheint kurz „Time“. Anschließend wird der Name des Registers, dessen Inhalt geändert werden soll, und der darin geschriebene Wert angezeigt;

SB3 – Übergang vom Anzeigemodus für die aktuelle Uhrzeit zum Anzeigemodus für das Datum. Im Zeit- und Datumseinstellungsmodus - Übergang zum Register mit einer niedrigeren Adresse, die auf dem Display angezeigt wird;

SB4 – Übergang vom Zeit- und Datumseinstellmodus zum aktuellen Zeitanzeigemodus. Wenn Sie diese Taste drücken, startet der interne Taktgenerator und die Zählung der Sekunden beginnt bei Null. Das Display zeigt kurz „Bereit“ an;

SB5 – Schreiben eines neuen Werts in das Register, das Display zeigt kurz die Meldung „Schreiben“ an;

SB6 – Erhöhen des Werts zum Schreiben in das ausgewählte Register, die Aufnahme selbst erfolgt, wenn Sie die Taste SB5 drücken;

SB7 – Übergang vom Datumsanzeigemodus zum aktuellen Uhrzeitanzeigemodus. Im Zeit- und Datumseinstellungsmodus – verringern Sie den Wert für die Aufnahme im ausgewählten Register; die Aufnahme selbst erfolgt, wenn Sie die Taste SB5 drücken.

Programme für Mikrocontroller des Anzeigemoduls und der Uhr können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/disp.zip heruntergeladen werden.

Autor: N. Salimov

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