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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Pantalla LED matricial. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / iluminación Al desarrollar un dispositivo basado en un microcontrolador, casi siempre surge el problema de elegir un dispositivo de visualización de información. Si desea mostrar letras, números y otros caracteres de gran tamaño y alto brillo en el indicador, la mejor solución suele ser una pantalla LED matricial. El artículo propuesto analiza el módulo de dicha visualización para ocho familiaridades desarrollado por el autor. Puede trabajar con varias fuentes de información, recibiendo datos de ellas para mostrarlos a través de la interfaz TWI (I2C). El chip MAX6953 sirvió como prototipo para la unidad de control de matriz LED. El módulo descrito está diseñado como una alternativa a los módulos LCD, cuya principal desventaja es la mala legibilidad de la información mostrada debido al pequeño tamaño de los caracteres y al contraste insuficiente de la imagen. Además de la matriz de LED, el módulo tiene una unidad de control de microcontrolador que convierte códigos de caracteres e información de control recibida de un dispositivo externo en señales de control de LED. El generador de caracteres del módulo contiene caracteres con códigos $20-$7F, según la tabla de códigos ASCII (signos de puntuación, números, letras latinas y algunos otros caracteres), y con códigos $A8, $B8, $00-$FF (ruso letras, de acuerdo con la tabla de códigos CP1251). Si lo desea, el conjunto de símbolos mostrados se puede complementar agregando imágenes de nuevos símbolos a la tabla del generador de caracteres ubicada en el programa del microcontrolador. Se implementó el "parpadeo" del personaje en cualquiera de las ocho familiaridades. El número de familiaridad y la frecuencia de parpadeo marcan la fuente de información. Es prevista la regulación del brillo de la luminiscencia de los luminodiodos automáticamente, depende de la iluminación exterior, así como a mano. El módulo está conectado a la fuente de información a través de la interfaz TWI (I2C). Si no hay conexión, se muestra el mensaje "¡Sin datos!". La dirección del módulo en el bus TWI es $A0. Si es necesario (por ejemplo, si otros dispositivos con la misma dirección están conectados al mismo bus), se puede cambiar. Para hacer esto, en el programa del microcontrolador del módulo (archivo MATRIX_8D.asm), necesita encontrar la línea .equ Dirección TWI = $A0 y reemplace la dirección $A0 con otra, y luego vuelva a traducir el programa. La unidad de control LED consta de dos nodos, cuyos diagramas se muestran en la fig. 1 y fig. 2. Las placas de nodos se interconectan uniendo los conectores X3 con X12, X4 con X9 y X6 con X7. El cable de la fuente de información se conecta al conector X2. Una vez fabricado el módulo, se programa el microcontrolador DD1 (ATmega1-8PU) a través del conector X16. Los códigos del archivo MATRIX_8D.hex deben cargarse en la memoria FLASH del microcontrolador y programarse su configuración de acuerdo con la Tabla. 1, donde se resaltan en color los valores de bits que difieren de los establecidos por el fabricante del microcontrolador.
Tabla 1
Nota.0 - bit programado, 1 - bit no programado. Las placas tienen ocho (uno para cada carácter de visualización) nodos A1-A8 que, bajo el control del microcontrolador, forman las señales suministradas a los cátodos combinados de cada fila de LED del carácter matricial. Todos estos nodos son iguales y están ensamblados según el esquema que se muestra en la Fig. 3. Cada uno tiene un chip MC74HC595AD que convierte la salida del código de serie del microcontrolador en paralelo y un conjunto de amplificadores de corriente de colector abierto basados en transistores compuestos (chip ULN2803ADW). A cada uno de los conectores X1 de los nodos A1-A8 se conectan los cátodos de las filas de LED de la familiaridad correspondiente.
El programa del microcontrolador selecciona alternativamente los nodos A1-A8 para cargar códigos en ellos, enviando un código del O al 0 (uno menos que el número de familiaridad) a las salidas PC2-PC7 del microcontrolador, y una señal a la salida PC3 que permite la funcionamiento del decodificador DD2 (ver Fig. 1). Como resultado, se establece un nivel lógico bajo en la salida del decodificador correspondiente al código, lo que permite que el chip DD1 conectado a él (Fig. 3) reciba el código de serie generado por el programa en la salida PB3 del microcontrolador. Las señales generadas en las salidas PD3-PD7 y los transistores amplificados VT2-VT6 suministran voltaje alternativamente a cada uno de los cinco circuitos que combinan los ánodos de las columnas LED de matriz. Los altavoces con el mismo número de ocho caracteres se conectan en paralelo y se encienden al mismo tiempo, lo que hace que el parpadeo de la pantalla sea menos perceptible. El transistor VT1, controlado por una señal de la salida PB0 del microcontrolador, le permite apagar todos los LED de la pantalla al mismo tiempo. Para alimentar el módulo de visualización, X8 se suministra con 9 V, 50 Hz. Puede obtenerse de cualquier transformador reductor adecuado. El autor utilizó un transformador TP-132-3 con un voltaje en el devanado secundario de 9 V a una corriente de carga de 0,5 A. El voltaje alterno rectifica el puente de diodos VD2. El estabilizador integrado DA1 proporciona 5 V a los microcircuitos del módulo. Se construye un estabilizador con un voltaje de salida ajustable sobre un transistor de efecto de campo VT8 y un estabilizador paralelo DA2. Se utilizó el circuito descrito por I. Nechaev en el artículo "Un estabilizador con una pequeña caída de tensión mínima". El voltaje U se establece usando la resistencia de sintonización R17.brillante a través de los transistores VT1-VT6 ingresa a los ánodos de los LED y determina el brillo de su brillo. Además, el transistor de efecto de campo VT7 controla el brillo. Su puerta se energiza desde una resistencia variable R11, resistencias fijas R12, R13 y un fotorresistor divisor de voltaje R16. La resistencia del fotorresistor disminuye a medida que aumenta la iluminación del lugar donde está instalada la pantalla. Como resultado, el voltaje de la puerta del transistor VT7 crece y se abre, lo que reduce el voltaje Ubrillante y el brillo de los LED de la pantalla. La resistencia variable R11 establece los límites óptimos para los cambios automáticos de brillo. Quitando el puente S1 se puede desactivar el control automático de brillo. La matriz de LED se ubica sobre dos tableros idénticos ensamblados según el que se muestra en la fig. 4 esquema. El conector X1 de la primera placa de LED está conectado al conector X5 de la placa, cuyo diagrama se muestra en la fig. 1, y los conectores X2-X5 con los conectores X1 de los nodos A1-A4 en la misma placa. De manera similar, conecte la segunda placa de LED a aquella cuyo circuito se muestra en la fig. 2 utilizando el conector X11 y los conectores Xl de los nodos A5-A8.
En lugar de LED discretos, para construir una pantalla, puede utilizar matrices sintetizadoras de señales LED ya preparadas con una organización de elementos de 5x8 o 5x7 con ánodos conectados a las columnas de la matriz. Tenga en cuenta que las matrices de 5x7 no mostrarán completamente todas las letras rusas. Todas las placas de circuito impreso del módulo están hechas de fibra de vidrio de doble cara con un espesor de 1,5 mm. En la fig. se muestra un dibujo de los conductores del circuito impreso de la placa en la que se encuentran el microcontrolador y los nodos A1-A4. 5, y la ubicación de sus piezas - en la Fig. 6.
El tablero con los nodos A5-A8 se fabrica según el dibujo que se muestra en la fig. 7, y las piezas que contiene están dispuestas según la Fig. 8. En ambas placas, las designaciones de elementos de las piezas relacionadas con los nodos A1-A8 (incluidos los conectores) cuentan con prefijos que coinciden con el número de nodo, por ejemplo, 8DD1. Los conectores X5, X11 y 1X1-8X1 se encuentran en los lados de las placas opuestos a donde están instalados el resto de piezas. Esto se hace para facilitar su acoplamiento directo con los conectores ubicados en las placas de matriz LED. En la fig. se muestra un dibujo de estos tableros (dos de ellos son idénticos). 9. Los conectores que tienen están instalados en el lado opuesto a los LED. Todas las placas utilizan conectores PBS (hembra) y PLS (macho) de una sola fila.
La excepción son las dos filas X1, X2 (PLD-6) y X10 (PBD-4) en los tableros de control. Los códigos de caracteres recibidos de la fuente de información, el programa del microcontrolador DD1 los almacena en la RAM, y luego los analiza y busca en la tabla del generador de caracteres los códigos correspondientes a la imagen del carácter deseado para mostrar. En la tabla se muestra un fragmento del generador de caracteres, que consta de diez bloques de 16 caracteres cada uno. 2. Cada símbolo se describe mediante cinco (según el número de columnas de la matriz) códigos binarios de ocho bits (según el número de filas de la matriz). Las unidades en estos códigos corresponden a los LED encendidos y los ceros a apagados. Tabla 2
El programa reescribe los códigos de visualización del personaje en las celdas RAM, donde se almacenan temporalmente antes de mostrarse. El módulo de hardware SPI del microcontrolador inserta estos códigos uno por uno en los registros en serie de los microcircuitos 74HC595 de los nodos A1-A8 para los que están destinados. Desde aquí son transferidos a sus registros de almacenamiento mediante las señales generadas en la salida PB2 del microcontrolador. El número total de columnas LED en una pantalla de ocho dígitos es 5x8=40. Es necesario actualizar la información con una frecuencia de al menos 100 Hz; de lo contrario, es posible que parpadee. Por lo tanto, no se pueden dedicar más de 1/100/40 = 0,00025 s a escribir información en una columna; esto es 4000 períodos de la frecuencia de reloj del microcontrolador igual a 16 MHz. Las solicitudes de interrupción del programa con aproximadamente este período son generadas por un temporizador de ocho bits del microcontrolador con un preescalador de la frecuencia del reloj de 64. El factor de recálculo del temporizador se establece en 62. La tasa de actualización de información real resultó ser 16000000/64/ 62/40=100,8Hz. Siempre que sea necesario cambiar la información mostrada, su fuente debe enviar un paquete de dirección y diez bytes de información al módulo a través de la interfaz TWI. El byte de dirección debe contener la dirección del módulo con un cero (indicador de escritura) en el bit menos significativo. Los primeros ocho bytes de información contienen códigos de caracteres que deben mostrarse en orden de izquierda a derecha. Los cuatro bits superiores del noveno byte deben contener un número que sea 7 unidades mayor que el número de familiaridad que parpadea en la pantalla (los números se cuentan del 1 al 8 de izquierda a derecha). Cuando este byte se establece en cero, el parpadeo está desactivado. El período de parpadeo especifica el número en el décimo byte, cada unidad corresponde a 50 ms. El módulo de visualización reconoce a la fuente que ha recibido la dirección correcta seguida de nueve bytes de datos. No se acusa recibo de la recepción del décimo byte de información, lo que indica la finalización de la recepción del paquete. Después de eso, el módulo vuelve a estar listo para recibir el siguiente paquete. Antes de recibirla, la información recibida anteriormente se muestra en la pantalla. No se realiza el tratamiento de errores de recepción en el programa del microcontrolador. Si se recibe un código de carácter que no está en el generador de caracteres, se mostrará un signo de interrogación en un marco rectangular en la familiaridad correspondiente. No hay ningún comando para borrar la pantalla. En su lugar, se debe enviar un paquete de información con ocho caracteres de espacio ($20). Para evitar que el módulo de pantalla se congele, se activa un temporizador de vigilancia en su microcontrolador. Si la subrutina de control de pantalla nunca ha sido llamada dentro de 32 ms, el microcontrolador se ve obligado a reiniciarse y el programa comienza de nuevo, como cuando se enciende la alimentación. La apariencia del módulo de visualización sin carcasa en el lado de los LED se muestra en la fig. 10, y desde el lado de la instalación de microcircuitos - en la fig. 11. Antes de encender la estructura ensamblada por primera vez, es necesario configurar el valor mínimo de voltaje Ubrillante. La unidad de control automático de brillo se ajusta según las condiciones de funcionamiento de la pantalla.
La carcasa del módulo es de un reproductor de vídeo Philips. Las líneas SDA y SCL están conectadas al módulo mediante un interruptor de dos posiciones y dos vías. En una posición, la información proviene de cualquier fuente externa a través de un conector de cuatro pines instalado en la caja del módulo. En el segundo, desde el reloj electrónico ubicado en el mismo cuerpo, ensamblado según el esquema que se muestra en la fig. 12.
El reloj está construido sobre un microcontrolador ATmega8535-16PU (DD1) y un microcircuito DS1307 (DD2), un reloj en tiempo real con una interfaz I.2C. Para comunicarse con el microcontrolador DD2, el microcontrolador DD1 utiliza el mismo bus de dos cables a través del cual transmite información al módulo de visualización. Pero las direcciones del chip ($D0) y del módulo ($A0) en el bus son diferentes, lo que le da al microcontrolador del reloj la capacidad de distinguir entre ellos. Se debe tener cuidado de que las direcciones no coincidan al conectar el módulo de visualización a otras fuentes de información. Los códigos del archivo MasterDevice.hex se ingresan en la memoria FLASH del microcontrolador del reloj y la configuración se programa según la Tabla. 3. Como en la Tabla. 1, los estados de bits que difieren de los establecidos por el fabricante se resaltan en color. Tabla 3
Nota. 0 - bit programado, 1 - bit no programado. El reloj tiene siete botones de control. Su propósito: SB1: configuración del microcontrolador a su estado original, reinicio del programa; SB2: cambie al modo de configuración de fecha y hora. La pantalla muestra brevemente "Hora". Luego se muestra el nombre del registro cuyo contenido se va a cambiar y el valor escrito en él; SB3: transición del modo de visualización de la hora actual al modo de visualización de la fecha. En el modo de configuración de fecha y hora: la transición a la caja registradora con una dirección más baja, que se muestra en la pantalla; SB4: transición del modo de configuración de hora y fecha al modo de visualización de la hora actual. Al presionar este botón se inicia el generador de reloj interno, la cuenta de segundos comienza desde cero. La pantalla muestra brevemente "Listo"; SB5: escribiendo un nuevo valor en el registro, la pantalla muestra brevemente la inscripción "Escribir"; SB6: aumenta el valor para escribir en el registro seleccionado, la grabación en sí se produce cuando presiona el botón SB5; SB7: transición del modo de visualización de fecha al modo de visualización de hora actual. En el modo de configuración de fecha y hora, al disminuir el valor para escribir en el registro seleccionado, la grabación en sí se produce cuando se presiona el botón SB5. Los programas para microcontroladores del módulo de visualización y el reloj se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/disp.zip. Autor: N. Salímov
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