Jak mogę sterować wieloma diodami LED za pomocą zaledwie kilku pinów na mojej mikro?

10

Korzystam z Atmel ATtiny13, który ma 6-pinowe we / wy. Chciałbym kontrolować około 15 diod LED, ale nie jestem pewien, jak podłączyć wszystko. Bez jakiegokolwiek multipleksowania wydaje się, że byłbym w stanie kontrolować tylko 6 diod LED jednocześnie. Czy jestem ograniczony do zaledwie 6 diod LED z powodu wielkości mikrokontrolera?

microcontroller led multiplexer JYelton
źródło

Nie widziałem. Prawdopodobnie powielone: electronics.stackexchange.com/questions/9860/…

Daniel Grillo

3

Nie zapomnij porównać swoich opcji z kosztem zakupu nieco bardziej miniaturowego mikrokontrolera. Zwróć także uwagę na limity na port i całkowity prąd.

joeforker

Kiedy jakiś czas temu zacząłem pracować z mikrami, chciałbym, aby było to łatwe do znalezienia pytanie z jasnymi odpowiedziami. Udało mi się nauczyć o charlieplexowaniu i z powodzeniem go wdrożyć, ale chciałem tutaj odtworzyć to pytanie z doskonałą jakością odpowiedzi społeczności SE.

JYelton,

1

@joeforker Masz rację, koszt mikro z większą liczbą pinów był dość minimalny, biorąc pod uwagę, że mój projekt był jednorazowy. W pewnym momencie myślałem o użyciu mikro z około 20 pinami IO do wykonania zadania, ale jednym z moich celów był bardzo mały ślad na płytce drukowanej. Również niesamowity przymiotnik pinnier !

JYelton,

Duplikat: electronics.stackexchange.com/questions/1609/…

mjh2007

18

Istnieje kilka metod sterowania dużą liczbą diod LED z kilku pinów IO.

Najprostszym jest standardowe multipleksowanie wyświetlania wierszy / kolumn. Dzięki tej technice możesz sterować diodami LED za pomocą pinów IO. Matematycznie cykl pracy wynosi: $( n / 2 )^2$ $n$

\frac{1}{m i n i m u m (unique row patterns, unique column patterns)}

$\frac{1}{minimum(\text{unique row patterns, unique column patterns})}$

Oznacza to, że ta technika ma cykl pracy 100%, gdy wszystkie diody LED są zapalone (lub wszystkie rzędy lub wszystkie kolumny są identyczne) i cykl pracy gdy konieczne jest zaświecenie linii ukośnej (lub wszystkie rzędy są różne ). Masz gwarancję tylko 100% cyklu pracy przy zapalaniu każdej diody LED lub jednej diody LED (lub zerowych diod LED, ale tak naprawdę nie ma to większego znaczenia). $1 / n$

Nieco bardziej złożony jest Charlieplexing . Dzięki tej technice możesz sterować diodami LED za pomocą pinów IO. Za pomocą tej techniki można świecić tylko diodami LED. Matematycznie cykl pracy wynosi: $n^2 - n$ $n$ $n - 1$

\frac{1}{minimum simultaneous sets}

$\frac{1}{\text{minimum simultaneous sets}}$

$1 / n$

Ostatnią metodą, o której wspomnę, jest użycie rejestru przesuwnego lub ekspandera we / wy. Za pomocą dwóch pinów (albo surowego interfejsu danych / zegara, I2C lub jednokierunkowego SPI) możesz sterować dowolnie dużą liczbą diod LED. Cykl pracy dla dowolnego wzoru wynosi 100%, ale szybkość aktualizacji jest odwrotnie proporcjonalna do liczby diod LED. To najdroższa metoda. W przypadku 15 diod LED prawdopodobnie taniej będzie po prostu uaktualnić do mikro z tyloma pinami IO.

Kevin Vermeer
źródło

+1 za wyjaśnienie nieco aspektów cyklu pracy. W drugim zdaniu o Charlieplexing miałeś na myśli „napędzaj n ^ 2-n diodami LED za pomocą n pinów IO?

JYelton

Charlieplexing można wykonać bardzo podobnie do multipleksowania, jeśli po prostu pominie się jedno światło z każdego rzędu. W rzeczywistości może być możliwe „odzyskanie” tego światła przez dodanie diody, jednak chyba, że sterowniki kolumn są wyjściami stałoprądowymi, dopasowanie ich do jasności pozostałych może być trudne.

supercat

11

$n \times (n-1)$ $n$

Przykład:

Sześć diod LED na 3 piny:

PINS        LEDS
0 1 2   1 2 3 4 5 6
0 0 0   0 0 0 0 0 0
0 1 Z   1 0 0 0 0 0
1 0 Z   0 1 0 0 0 0
Z 0 1   0 0 1 0 0 0
Z 1 0   0 0 0 1 0 0
0 Z 1   0 0 0 0 1 0
1 Z 0   0 0 0 0 0 1
0 0 1   0 0 1 0 1 0
0 1 0   1 0 0 1 0 0
0 1 1   1 0 0 0 1 0
1 0 0   0 1 0 0 0 1
1 0 1   0 1 1 0 0 0
1 1 0   0 0 0 1 0 1
1 1 1   0 0 0 0 0 0

Schemat Charlieplexing z 3 pinami wyjściowymi

Daniel Grillo
źródło

Dziękujemy za zestaw danych pinów wyjściowych, a także za pomocny schemat.

JYelton

1

Innym sposobem rysowania schematu jest siatka NxN, ale tylko napędzanie kolumn i zamiana pierwotnej przekątnej na skróty między rzędami.

supercat,

oznacza, że nie mogę włączyć wszystkich jednocześnie? Czy to oznacza, że jeśli chcę je wszystkie włączyć jednocześnie, muszę wykonać pleksowanie czasu na tyle, aby oszukać oczy?

MaNyYaCk

@MaNyYaCk Tak. Masz rację.

Daniel Grillo,

8

Bez multipleksowania (napęd bezpośredni) jesteś ograniczony do 6 diod LED.

Dzięki charlieplexingowi możesz sterować n * (n-1) diodami LED z n pinów.

Za pomocą ekspanderów we / wy lub rejestrów przesuwnych można sterować praktycznie nieograniczoną liczbą diod LED.
Przykład: 8-bitowy ekspander we / wy MCP23008 I2C

mjh2007
źródło

Czy możesz opracować, czym byłyby moduły rozszerzeń we / wy?

JYelton,

3

Ekspander we / wy to zewnętrzny układ zawierający piny i rejestry we / wy. Do komunikacji z nimi można użyć standardowej magistrali komunikacyjnej, takiej jak I2C lub SPI.

mjh2007

+1 Możesz sterować wieloma diodami LED za pomocą TLC TLC594 ( focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc5940.pdf ), ale w przypadku wielu zadań może to być przesada. search.digikey.com/scripts/DkSearch/…

kenny

Dzięki - powinienem zaprojektować projekt, który wykorzystuje ekspandery we / wy, aby wymusić naukę o ich użyciu.

JYelton,

4

Jak sugerował @ mjh2007 z ekspanderem I2C. Są jednak takie , które są przeznaczone do napędzania diod LED, które pozwolą uniknąć konieczności stosowania zewnętrznych rezystorów ograniczających prąd.

Brian Carlton
źródło

2

Oto przykład charlieplexowania, który zbudowałem.

Jest to symulator wiązki latarni morskiej i wykorzystuje serię 12 diod LED oznaczonych jako 4 GPIO do zamiatania wiązki światła wokół dysku. Tutaj jest film .

Projekt jest oparty na PIC, używam PIC12f683, który jest również 8-pinowym uP i można go uznać za porównywalny z 8-pinowymi AVR.

Intensywność diody LED jest sterowana przez przerwanie, które zapewnia 32-stopniowy PWM przy około 60 Hz. Tylko dwie diody LED mogą świecić jednocześnie, co daje 50% cła na każdą diodę, ponieważ to było wszystko, czego potrzebowałem. Daje również dobry kompromis częstotliwości odświeżania PWM w stosunku do rozdzielczości.

Kodowanie użycia charlieplexowania jako właściwie całkiem proste, jeśli trzymasz się „klasycznej” metody zapalania tylko jednej diody LED w dowolnym momencie z bardzo dużą częstotliwością odświeżania. Wymagane PORT i TRIS (rejestry specyficzne dla zdjęć) najpierw opracowuję na papierze, a następnie przechowuję wyniki w tablicy statycznej. Aby zapalić LED x, PIC musi po prostu sprawdzić wartość na indeksie tablicy [x] i zapisać je bezpośrednio do PORTU (z odrobiną maskowania, aby zachować stan innych pinów nieużywanych w charliplexie)

Mój projekt ma tylko 12 diod LED, a nie 15 lub maksymalnie 20, na które pozwala 5 GPIO, ponieważ chciałem zachować jedną zapasową GPIO na przyszły rozwój.

W każdym razie ... Pomyślałem, że może być przydatny przykład działania podobny do twojego żądania.

Pełny kod źródłowy i schematy są dostępne na moim blogu.

Matt Casey
źródło

0

Inną opcją byłoby użycie diod LED Neopixel. Mają wbudowany kontrolny układ scalony i potrzebujesz tylko jednego styku do sterowania tyloma diodami LED, ile chcesz. Oczywiście wtedy potrzebujesz odpowiedniego oddzielnego źródła zasilania LED.

potrzebne
źródło

Jak mogę sterować wieloma diodami LED za pomocą zaledwie kilku pinów na mojej mikro?

Odpowiedzi: