Affichage LED matriciel. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Lors du développement d'un dispositif basé sur un microcontrôleur, le problème du choix d'un dispositif d'affichage d'informations se pose presque toujours. Si vous devez afficher des lettres, des chiffres et d'autres symboles de grande taille et à haute luminosité sur l'indicateur, la meilleure solution est souvent un écran LED matriciel. Cet article traite d'un module d'un tel affichage développé par l'auteur pour huit connaissances. Il peut fonctionner avec diverses sources d'informations, en recevant des données pour les afficher via l'interface TWI (I²C). Le prototype de l'unité de contrôle matricielle LED était la puce MAX6953.

Le module décrit est conçu comme une alternative aux modules LCD dont le principal inconvénient est une mauvaise lisibilité des informations affichées en raison de la petite taille des caractères et d'un contraste d'image insuffisant. En plus de la matrice LED, le module contient une unité de commande à microcontrôleur qui convertit les codes de caractères et les informations de contrôle reçues d'un appareil externe en signaux de commande LED.

Le générateur de caractères du module contient des caractères avec les codes $20-$7F, selon la table de codes ASCII (signes de ponctuation, chiffres, lettres latines et quelques autres symboles), et avec les codes $A8, $B8, $00-$FF (lettres russes en conformément à la table de codes CP1251). Si vous le souhaitez, l'ensemble des symboles affichés peut être complété en ajoutant des images de nouveaux symboles au tableau générateur de caractères situé dans le programme du microcontrôleur.

Implémentation du « clignotement » du symbole sur l'un des huit endroits familiers. Le numéro de familiarité et la fréquence de clignotement sont déterminés par la source d'information. On prévoit le réglage de la luminosité de la luminescence des diodes électroluminescentes automatiquement, en fonction de l'éclairage extérieur, et manuellement.

Le module est connecté à la source d'information via l'interface TWI (I²C). S'il n'y a pas de connexion, le message « No Data ! » s'affiche. L'adresse du module sur le bus TWI est $A0. Si nécessaire (par exemple, si d'autres appareils avec la même adresse sont connectés au même bus), celle-ci peut être modifiée. Pour ce faire, dans le programme du module microcontrôleur (fichier MATRIX_8D.asm) vous devez trouver la ligne

.equ AddrTWI = $A0

et remplacez l'adresse $A0 par une autre, puis retraduisez le programme.

L'unité de commande LED se compose de deux nœuds dont les schémas sont présentés sur la Fig. 1 et fig. 2. Les cartes de nœuds sont connectées les unes aux autres en connectant les connecteurs X3 à X12, X4 à X9 et X6 à X7. Le câble de la source d'informations est connecté au connecteur X2. Une fois le module fabriqué, le microcontrôleur DD1 (ATmega1-8PU) est programmé via le connecteur X16. Les codes du fichier MATRIX_8D.hex doivent être chargés dans la mémoire FLASH du microcontrôleur et sa configuration doit être programmée conformément au tableau. 1, où les valeurs de bits qui diffèrent de celles définies par le fabricant du microcontrôleur sont mises en évidence en couleur.

Riz. 1 (cliquez pour agrandir)

Fig. 2

Tableau 1

Note.0 - chiffre programmé, 1 - chiffre non programmé.

Les cartes comportent huit nœuds A1-A8 (un pour chaque familiarité d'affichage), qui, sous le contrôle du microcontrôleur, génèrent des signaux fournis aux cathodes combinées de chaque rangée de LED dans la familiarité matricielle. Tous ces nœuds sont identiques et sont assemblés selon le schéma présenté sur la Fig. 3. Chacun contient un microcircuit MC74HC595AD, qui convertit le code série émis par le microcontrôleur en parallèle, et un ensemble d'amplificateurs de courant à collecteur ouvert utilisant des transistors composites (microcircuit ULN2803ADW). Les cathodes des rangées de LED de la familiarité correspondante sont connectées à chacun des connecteurs X1 des nœuds A1-A8.

Fig. 3

Le programme du microcontrôleur sélectionne alternativement les nœuds A1-A8 pour y charger des codes, envoyant un code de O à 0 (un de moins que le numéro de familiarité) aux sorties PC2-PC7 du microcontrôleur, et un signal à la sortie PC3 qui permet le fonctionnement du décodeur DD2 (voir Fig. 1). De ce fait, un niveau logique bas est fixé à la sortie du décodeur correspondant au code, ce qui permet au microcircuit DD1 qui y est connecté (Fig. 3) de recevoir le code série généré par le programme à la sortie PB3 du microcontrôleur.

Les signaux générés aux sorties PD3-PD7 et aux transistors amplifiés VT2-VT6 alimentent alternativement en tension chacun des cinq circuits qui combinent les anodes des colonnes matricielles LED. Les haut-parleurs avec le même nombre de huit caractères sont connectés en parallèle et s'allument en même temps, ce qui rend le scintillement de l'écran moins perceptible. Le transistor VT1, contrôlé par un signal de la sortie PB0 du microcontrôleur, permet d'éteindre toutes les LED d'affichage en même temps.

Pour alimenter le module d'affichage, le connecteur X8 est alimenté avec une tension de 9 V, 50 Hz. Il peut être obtenu à partir de n'importe quel transformateur abaisseur approprié. L'auteur a utilisé un transformateur TP-132-3 avec une tension sur l'enroulement secondaire de 9 V à un courant de charge de 0,5 A. La tension alternative redresse le pont de diodes VD2. Le stabilisateur intégré DA1 fournit une tension de 5 V à la puce du module. Un stabilisateur avec une tension de sortie réglable est construit sur le transistor à effet de champ VT8 et le stabilisateur parallèle DA2. Le circuit décrit par I. Nechaev dans l'article « Stabilisateur avec une petite chute de tension minimale » a été utilisé. Tension U réglée à l'aide de la résistance d'ajustement R17_vivement à travers les transistors VT1-VT6, pénètre dans les anodes des LED et détermine la luminosité de leur lueur.

De plus, le transistor à effet de champ VT7 contrôle la luminosité. Sa grille est alimentée par une résistance variable R11, des résistances fixes R12, R13 et une photorésistance diviseuse de tension R16. La résistance de la photorésistance diminue à mesure que l'éclairage de l'endroit où l'écran est installé augmente. En conséquence, la tension de grille du transistor VT7 augmente et celui-ci s'ouvre, ce qui réduit la tension U._vivement et la luminosité des LED de l'écran. La résistance variable R11 définit les limites optimales pour les changements automatiques de luminosité. En retirant le cavalier S1, le contrôle automatique de la luminosité peut être désactivé.

La matrice LED est située sur deux cartes identiques assemblées comme le montre la Fig. 4 schéma. Le connecteur X1 de la première carte LED est connecté au connecteur X5 de la carte dont le schéma est illustré à la Fig. 1, et les connecteurs X2-X5 - avec les connecteurs X1 des nœuds A1-A4 sur la même carte. De même, connectez la deuxième carte LED à celle dont le circuit est illustré à la Fig. 2, en utilisant le connecteur X11 et les connecteurs Xl des noeuds A5-A8.

Riz. 4 (cliquez pour agrandir)

Au lieu de LED discrètes, pour construire un affichage, vous pouvez utiliser des matrices de synthèse de panneaux LED prêtes à l'emploi avec une organisation d'éléments 5x8 ou 5x7 avec des anodes connectées aux colonnes de la matrice. Gardez simplement à l'esprit que les matrices 5x7 ne vous permettront pas d'afficher entièrement toutes les lettres russes.

Tous les circuits imprimés du module sont double face en fibre de verre d'une épaisseur de 1,5 mm. Un dessin des conducteurs du circuit imprimé de la carte sur laquelle se trouvent le microcontrôleur et les nœuds A1-A4 est montré sur la fig. 5, et l'emplacement des pièces dessus est sur la Fig. 6.

Fig. 5

Fig. 6

La carte avec les nœuds A5-A8 est réalisée selon le dessin montré à la Fig. 7, et les pièces y sont placées selon la Fig. 8. Sur les deux cartes, les désignations de position des pièces liées aux nœuds A1-A8 (y compris les connecteurs) sont fournies avec des préfixes qui correspondent au numéro de nœud, par exemple 8DD1. Les connecteurs X5, X11 et 1X1-8X1 sont situés sur les côtés des cartes opposés à l'endroit où le reste des pièces est installé. Cela a été fait pour la commodité de leur connexion directe avec les connecteurs situés sur les cartes matricielles LED. Un dessin de ces planches (deux d'entre elles sont identiques) est présenté sur la Fig. 9. Les connecteurs sont installés du côté opposé aux LED. Toutes les cartes utilisent des connecteurs PBS (femelle) et PLS (broche) à une seule rangée.

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

L'exception concerne les doubles rangées X1, X2 (PLD-6) et X10 (PBD-4) sur les cartes de commande.

Le programme du microcontrôleur DD1 stocke les codes de caractères reçus de la source d'informations dans la RAM, puis analyse et recherche dans la table du générateur de caractères les codes correspondant à l'image du caractère souhaité à afficher. Un fragment du générateur de caractères, composé de dix blocs de 16 caractères, est donné dans le tableau. 2. Chaque caractère est décrit par cinq codes binaires (selon le nombre de colonnes de la matrice) de huit bits (selon le nombre de lignes de la matrice). Les uns dans ces codes correspondent aux LED allumées et les zéros aux LED éteintes.

Tableau 2

Le programme réécrit les codes d'affichage du symbole dans des cellules RAM, où ils sont temporairement stockés avant d'être affichés. Le module matériel SPI du microcontrôleur pousse ces codes un à un dans les registres série des puces 74HC595 des nœuds A1-A8 auxquels ils sont destinés. De là, ils sont transférés vers leurs registres de stockage par des signaux générés à la sortie PB2 du microcontrôleur.

Le nombre total de colonnes LED dans un affichage à huit chiffres est de 5x8=40. Il est nécessaire de mettre à jour les informations à ce sujet avec une fréquence d'au moins 100 Hz, sinon un scintillement est possible. Ainsi, pas plus de 1/100/40 = 0,00025 s ne peuvent être consacrés à l'enregistrement des informations dans une colonne - cela représente 4000 16 périodes de la fréquence d'horloge du microcontrôleur de 64 MHz. Les demandes d'interruption de programme avec approximativement cette période sont générées par une minuterie de huit bits du microcontrôleur avec un diviseur de fréquence d'horloge préliminaire par 62. Le facteur de conversion de la minuterie est réglé sur 16000000. La fréquence réelle de mise à jour des informations est égale à 64/62/40/ 100,8=XNUMX Hz.

Chaque fois que les informations affichées sur l'écran doivent être modifiées, leur source doit transmettre un paquet d'adresse et dix octets d'informations au module via l'interface TWI. L'octet d'adresse doit contenir l'adresse du module avec un zéro (signe d'écriture) dans le chiffre binaire le moins significatif. Les huit premiers octets d'informations contiennent les codes de caractères qui doivent être affichés dans l'ordre de gauche à droite. Les quatre bits supérieurs du neuvième octet doivent contenir un nombre supérieur de 7 unités au numéro du signe clignotant sur l'écran (les nombres sont comptés de 1 à 8 de gauche à droite). Lorsque cet octet est mis à zéro, le clignotement est désactivé. La période de clignotement est déterminée par le nombre du dixième octet, dont chaque unité correspond à 50 ms.

Le module d'affichage confirme à la source qu'il a reçu la bonne adresse et les neuf octets d'information qui la suivent. La réception du dixième octet d'information n'est pas confirmée, ce qui constitue le signe que le paquet a été reçu. Après cela, le module est à nouveau prêt à recevoir le prochain paquet. Avant de le recevoir, les informations précédemment reçues sont affichées sur l'écran.

Les erreurs de réception ne sont pas traitées dans le programme du microcontrôleur. Si le code d'un caractère qui n'est pas dans le générateur de caractères est reçu, un point d'interrogation dans un cadre rectangulaire sera affiché dans l'espace de caractère correspondant. Il n'y a pas de commande d'affichage claire. Au lieu de cela, un paquet d'informations contenant huit caractères d'espacement (20 $) doit être transmis.

Pour empêcher le module d'affichage de geler, une minuterie de surveillance est activée dans son microcontrôleur. Si le sous-programme de contrôle de l'affichage n'a pas été appelé dans les 32 ms, le microcontrôleur est forcé à son état initial et l'exécution du programme recommence, comme à la mise sous tension. sur.

L'apparence du module d'affichage sans boîtier du côté LED est illustrée à la Fig. 10, et du côté de l'installation des microcircuits - sur la Fig. 11. Avant d'allumer la structure assemblée pour la première fois, il est nécessaire de régler la valeur de tension minimale U_vivement. L'unité de contrôle automatique de la luminosité est ajustée en fonction des conditions de fonctionnement de l'écran.

Fig. 10

Fig. 11

Le boîtier du module provient d'un lecteur vidéo Philips. Les lignes SDA et SCL sont connectées au module via un interrupteur bidirectionnel à deux positions. Dans une position, les informations proviennent de n'importe quelle source externe via un connecteur à quatre broches installé sur le corps du module. Dans le second - à partir d'une montre électronique située dans le même boîtier, assemblée selon le circuit illustré à la Fig. 12.

Fig. 12

L'horloge est construite sur un microcontrôleur ATmega8535-16PU (DD1) et une puce DS1307 (DD2) - une horloge en temps réel avec une interface I²C. Pour communiquer avec le microcontrôleur DD2, le microcontrôleur DD1 utilise le même bus bifilaire par lequel il transmet les informations au module d'affichage. Mais les adresses de la puce ($D0) et du module ($A0) sur le bus sont différentes, ce qui donne au microcontrôleur de la montre la possibilité de les distinguer. Il faut veiller à ce que les adresses ne correspondent pas lors de la connexion du module d'affichage à d'autres sources d'informations.

Les codes du fichier MasterDevice.hex sont entrés dans la mémoire FLASH du microcontrôleur d'horloge et la configuration est programmée selon le tableau. 3. Comme dans le tableau. 1, les états de décharge qui diffèrent de ceux définis par le fabricant sont surlignés en couleur.

Tableau 3

Note. 0 - chiffre programmé, 1 - chiffre non programmé.

La montre dispose de sept boutons de commande. Leur but:

SB1 - remettre le microcontrôleur dans son état d'origine, redémarrer le programme;

SB2 - passer en mode de réglage de l'heure et de la date. « Heure » ​​apparaît brièvement sur l'écran. Ensuite, le nom du registre dont le contenu doit être modifié et la valeur qui y est inscrite sont affichés ;

SB3 - transition du mode d'affichage de l'heure actuelle au mode d'affichage de la date. En mode réglage de l'heure et de la date - passage au registre avec une adresse inférieure, qui est affichée sur l'écran ;

SB4 - transition du mode de réglage de l'heure et de la date au mode d'affichage de l'heure actuelle. Lorsque vous appuyez sur ce bouton, le générateur d'horloge interne démarre, le comptage des secondes démarre à zéro. L'écran affiche brièvement « Prêt » ;

SB5 - en écrivant une nouvelle valeur dans le registre, l'écran affiche brièvement l'inscription « Write » ;

SB6 - en augmentant la valeur d'écriture dans le registre sélectionné, l'enregistrement lui-même se produit lorsque vous appuyez sur le bouton SB5 ;

SB7 - transition du mode d'affichage de la date au mode d'affichage de l'heure actuelle. En mode de réglage de l'heure et de la date - diminuez la valeur d'enregistrement dans le registre sélectionné ; l'enregistrement lui-même se produit lorsque vous appuyez sur le bouton SB5.

Les programmes pour les microcontrôleurs du module d'affichage et de l'horloge peuvent être téléchargés à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/06/disp.zip.

Auteur : N. Salimov

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