Jak długo między pinem cyfrowym Arduino a IC?

Mój obecny projekt wymaga użycia rejestrów przesuwnych 74HC595 do sterowania wyświetlaczem LED, jednak wyświetlacz może znajdować się w odległości około 5 metrów od płyty Arduino. Planuje się użycie niektórych kabli DB9 / RS232 między pudełkiem z Arduino a obudową z wyświetlaczem. Czy długość byłaby zbyt długa, aby sygnał cyfrowy mógł przejść z cyfrowych styków wyjściowych do rejestru przesuwnego bez pogorszenia?

74HC595 jest technologią CMOS, więc napędzanie go nie powinno prawie nic przeszkadzać, więc spadek IR nie będzie problemem.

Dopóki częstotliwość sygnałów spadnie poniżej 100 kHz, nie powinieneś się martwić efektami linii transmisyjnej. Zakładając, że zamierzonym obserwatorem dla diod LED jest ludzkie oko, i tak nie powinieneś się martwić o duże prędkości. Na przykład 8 cyfr w 7 segmentach i przecinek dziesiętny to 64 elementy LED, a przy zaledwie 9600 bps można zaktualizować wyświetlacz w niecałe 7 ms.

Jedyne, o co bym się martwił, to czy cyfrowy wysoki poziom wyjściowy z Arduino zarejestruje się jako wysoki sygnał wejściowy w twoim rejestrze przesuwnym. Tak długo, jak rejestr przesuwny działa z zasilaniem 5 V (a nie czymś dziwnym jak 6), również tam powinno być dobrze. (i jeśli to miała być problem, to objawiać się jedynie 10cm drutu tak, że jest łatwe do sprawdzenia)

Krótka odpowiedź: bardzo duże prawdopodobieństwo przejścia z arduino na kabel do 74HC595 nie stanowi problemu.

Mam wrażenie, że na tej długości powinno być w porządku. Najlepszym rozwiązaniem może być wypróbowanie go i sprawdzenie, czy działa.

Jeśli to nie pomoże, możesz zrobić kilka rzeczy, aby pomóc: - używać kabli ekranowanych, skrętki lub skrętki razem. - Na końcu nałóż małą nasadkę (0,01 uF lub więcej). Powinno to pomóc w wyeliminowaniu niektórych szumów (użycie zbyt dużego kondensatora nie będzie działać, więc większy nie jest lepszy w tym przypadku). - Używaj rezystorów o nieco niższej wartości niż normalnie dla twoich pulldownów. - Użyj kabla o niskiej impedancji.

Jako punkt danych Arduino może obsługiwać łącze szeregowe 9600 przez nieekranowany kabel przez 50 stóp (może więcej?).

Powinieneś i tak rozszerzyć zakres, aby zapewnić jego prawidłowe działanie, ale oto proces myślowy / matematyka, który musisz wziąć pod uwagę, aby określić efekty linii przesyłowej.

• Czas narastania i opadania zbocza, w przeciwieństwie do tego, co tu napisali niektórzy, częstotliwość sygnału nie ma żadnego znaczenia przy określaniu, kiedy należy wziąć pod uwagę efekty linii przesyłowej. Ogólnie prawdą jest, że sygnały o wysokiej częstotliwości mają krótsze czasy narastania / opadania, ale sygnały o niskiej częstotliwości mogą również mieć bardzo szybkie czasy narastania i opadania, jeżeli są napędzane przy niskiej częstotliwości przez nadajnik-odbiornik o wysokiej prędkości narastania. Jak zawsze używaj możliwie najwolniejszych czasów narastania / opadania, aby pozostać w zakresie specyfikacji używanych części, możesz skrócić czasy narastania i opadania za pomocą filtra RC u źródła. Zasadniczo należy wziąć pod uwagę efekty linii przesyłowej, jeśli długość drutu jest większa niż Tr / (2 * Td) z Tr = do czasu narastania sygnału u źródła, a Td = do opóźnienia propagacji na jednostkę długości kabla używają. Konieczne może być również prawidłowe zakończenie linii sygnałowych na krótszych kablach, jeśli obciążenie jest bardzo pojemnościowe, jest to dość trudne do obliczenia z góry, ponieważ w takim systemie jest wiele elementów z efektami pojemnościowymi. Jeśli masz ten problem, zauważysz dzwonienie (niedostosowanie i przekroczenie krawędzi) w sygnale.

• Prąd w kablu zostanie to zdefiniowane w arkuszu specyfikacji odbiornika jako prąd wejściowy. To w połączeniu z rezystancją kabla powie ci, czy spadek napięcia jest dopuszczalny, biorąc pod uwagę specyfikację odbiorczego układu scalonego. To tylko średnia wartość prądu. Rzeczywisty prąd szczytowy może zależeć od rodzaju zastosowanego zakończenia i należy go wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji, czy układ scalony sterujący może obsłużyć obciążenie, czy potrzebujesz sterownika linii. Prąd szczytowy powinien trwać tylko tak długo, jak opóźnienie propagacji w obie strony obwodu.

Jeśli chcesz wziąć pod uwagę efekty linii przesyłowej, musisz także znać impedancję charakterystyczną kabla i impedancję wyjściową układu scalonego sterującego.

Jeśli potrzebujesz obsługiwać efekty linii przesyłowej, istnieje kilka opcji stylu zakończenia. Jedyne dwa, które rozważę, to zakończenie źródła i stronnicze zakończenie AC.

Na zakończenie źródła należy umieścić rezystor możliwie najbliżej układu scalonego sterującego o wartości równej impedancji charakterystycznej kabla minus impedancja wyjściowa układu scalonego sterującego, może być konieczne dostrojenie go, aby trafić w martwy element, ponieważ impedancja złączy kablowych wpłynie również na system i jak zawsze umieść układy sterujące i odbierające jak najbliżej złączy, aby zmniejszyć odbicia. Jest to prawdopodobnie najłatwiejsza i prawdopodobnie najlepsza metoda w tym przypadku. Prąd szczytowy wyniesie (Vhigh - Vlow) / (2 * Z0) przy Z0 = do impedancji charakterystycznej kabla.

W zakończeniach po stronie prądu przemiennego podłączasz do linii sygnałowej jak najbliżej odbiorczego układu scalonego rezystor połączony szeregowo z kondensatorem z kondensatorem przywiązanym do ziemi. Wartość rezystora powinna być impedancją charakterystyczną kabla, wartość kondensatora zależy od częstotliwości sygnału (R i C tworzą filtr dolnoprzepustowy). Szczytowy prąd napędowy jest taki sam jak dla zakończenia źródła. Średni prąd sterujący jest zależny od cyklu roboczego sygnału, jeśli jest bardzo zbliżony do 50%, to będzie mniej więcej równy prądowi wejściowemu odbiorczego układu scalonego, jeśli jest większy niż 50%, średni prąd sterujący będzie wyższy . Ponieważ R i C tworzą filtr dolnoprzepustowy, ten styl terminacji odfiltruje niektóre szumy o wysokiej częstotliwości.

Kilka innych rzeczy, o których należy pamiętać:

• Używanie skręconych par dla sygnałów z jednym końcem wcale nie zmniejsza wychwytywania szumu. Powoduje to bardziej spójną impedancję charakterystyczną dla linii przesyłowej. Może to sprawić, że wyjście będzie wyglądać lepiej, jeśli naprawdę powinieneś poprawnie zakończyć sygnał, ale tak nie było. Nic nie redukuje hałasu zewnętrznego EM na linii.

• Użycie kabla ekranowanego w systemie z jednym końcem jest co najwyżej niepewne. Często można stworzyć sytuację, w której hałas zewnętrzny sprzęga się pojemnościowo z ekranem, powodując przepływ prądu przez ekran, który następnie sprzęga się z przewodem sygnałowym. Nie zawracałbym sobie głowy używaniem kabla ekranowanego, chyba że używasz sygnalizacji różnicowej. Również użyteczność ekranu w przypadku zakłóceń o wysokiej częstotliwości zależy od indukcyjności względem ziemi, ścieżki o niskiej indukcyjności wymagają zwykle specjalnych złączy.

Możesz użyć tego samego przetwarzania myśli na dowolnej linii, czy to na kablu, czy na 2-calowym obwodzie drukowanym.

Prawdopodobnie będziesz potrzebować buforów do sterowania tą długością kabla - coś w rodzaju bufora / sterownika linii 74HC244 powinno być odpowiednie.