Sterownik diod LED o dużej funkcjonalności

| Technika

W wielu urządzeniach elektronicznych wymagane jest użycie diod LED do sygnalizacji stanu lub tworzenia ruchomych efektów świetlnych, animowanych znaków lub inteligentnych wyświetlaczy wielkoformatowych. Sterowanie pojedynczymi diodami nie nastręcza trudności, ale gdy diod jest więcej niż kilka, sterowanie się komplikuje i wymaga wielu elementów zewnętrznych. Z tych przyczyn ST Microelectronics proponuje specjalizowany sterownik i narzędzie, które pomaga programistom programować efekty wizualne za pomocą interfejsu graficznego.

Sterownik diod LED o dużej funkcjonalności

LED1202 to nowy 12-kanałowy sterownik diod LED z możliwością wyboru i zaprogramowania ośmiu wzorów świecenia, a także zapewniający cyfrową regulację jasności i tworzenie efektów świetlnych. Układ umieszczony został w małych obudowach WLCSP20 1,71×2,16×0,5 mm z rastrem 0,4 mm oraz w QFN20 3×3×0,6 mm z rastrem 0,5 mm i mimo to ma dużą wydajność prądową, rzędu 20 mA na każdy kanał, umożliwiającą bezpośrednie sterowanie 12 białymi LED-ami lub czterema RGB.

Jedną z głównych cech LED1202 jest obsługa ośmiu preprogramowalnych wzorców świecenia, ponieważ zapewnia to znaczny stopień autonomii układu bez konieczności ciągłego nadzoru wyświetlania ze strony mikroprocesora. Sterowanie każdą diodą odbywa się za pomocą jej rejestru, a program może wystartować pętlę wywołującą jeden lub więcej wzorców i uruchomić całą sekwencję w nieskończoność lub do momentu, gdy użytkownik wejdzie w interakcję z systemem, bez angażowania działania MCU. Jest to zatem świetny sposób na tworzenie animacji przy minimalnym koszcie zużycia energii lub zasobów sprzętowych na płytce drukowanej. Przykładem mogą być animowane linijki kierunkowskazów w niektórych samochodach.

Aby proces tworzenia aplikacji był jeszcze prostszy, ST oferuje płytkę rozwojową i oprogramowanie z graficznym interfejsem użytkownika STEVALLLL007V1. Zawiera ona trzy sterowniki LED1202 oraz 36 białych diod LED. Są także dwa dodatkowe panele z odpowiednio 36 białymi diodami LED i 12 diodami RGB.

Zestaw współpracuje z oprogramowaniem firmware STSW-LLL007FW, które wykorzystuje płytkę NUCLEO-L073RZ jako główny element dla STEVALLLL007V1. Przyciski mogą również uruchamiać skrypty przełączające sterownik LED1202 w tryb autonomiczny. Z kolei STSW-LLL007GUI to narzędzie, które pomaga w wizualizacji stanów rejestrów i ustawień w celu łatwiejszego programowania sterownika. Dostępny jest również tryb RGB z wyborem barwy białej i ustalaniem dokładnych odcieni kolorów dla każdego punktu świetlnego.

Dwie metody regulacji

Obecność 8-bitowego analogowego i 12-bitowego ściemniania cyfrowego zapewnia doskonałą precyzję regulacji jasności i umożliwia zwiększenie możliwości generowania efektów świetlnych. 8-bitowy kontroler analogowy zapewnia w sumie 255 kroków regulacji, przy czym każdy krok odpowiada różnicy w prądzie wyjściowym na poziomie około 78 μA. Dzięki temu LED1202 może regulować prąd diod od 1 do 20 mA w krokach około 78 μA, aby umożliwić wyjątkowo precyzyjną regulację jasności LED i tym samym minimalną zmienność kolorów. Gdyby zmniejszać prąd o jeden krok co sekundę, przejście od maksymalnej jasności do wyłączonego LED-a zajęłoby około czterech minut, co oznacza, że 8-bitowy kontroler może oferować powolne przejścia, które są przyjemniejsze dla oka użytkownika.

 
Rys. 3. Płytka rozwojowa STEVAL-LLL007V1

Dodatkowo LED1202 zawiera 12-bitowy sterownik regulacji jasności bazujący na PWM, a więc zmieniający jaskrawość przez cykliczne włączanie i wyłączanie LED. W 12-bitowym kontrolerze cyfrowym ramka zawiera 4095 kroków. Taka rozdzielczość może umożliwić tworzenie kolorów na diodach RGB LED, które nie są możliwe, gdyby istniał tylko 8-bitowy kontroler analogowy. Co więcej, nawet jeśli taka rozdzielczość nie zawsze ma kluczowe znaczenie dla maksymalnej jasności, jest szczególnie przydatna, gdy dioda LED emituje tylko kilka lumenów, ponieważ ludzkie oko staje się znacznie bardziej wrażliwe na zmiany przy niewielkiej jasności. Dlatego zaoferowanie 4095 kroków zapewnia wyjątkowo płynne ściemnianie.

Elastyczność aplikacyjna

Istotną funkcjonalnością LED1202 jest elastyczność, ponieważ sterowniki można łączyć w łańcuchy zawierające do 8 jednostek przy użyciu interfejsu I2C. Jeden działa wówczas jako master i dzieli swój zegar (maks. 400 kHz) z wszystkimi pozostałymi slave'ami, aby uniknąć rozbieżności czasowych. Dzięki systemowi globalnych adresów w interfejsie cyfrowym, możliwe jest wysyłanie komend do wszystkich sterowników naraz, co znacznie upraszcza synchronizację i umożliwia programistom tworzenie bardziej złożonych efektów bez pisania złożonego kodu.

 
Rys. 1. Podstawowy schemat aplikacyjny
 
Rys. 2. Sposób łączenia kilku jednostek w łańcuchy

Łączenie jednostek następuje za pomocą dwóch linii adresowych (A0 i A1). Dwie linie pozwalają na wskazanie 8 sterowników, ponieważ poza łączeniem ich do masy i Vcc dwie dodatkowe kombinacje stworzono przez ich połączenie z SDA (linia danych I2C) lub SCL (linia zegara). Upraszcza to projekt płytki i umożliwia użycie mniejszej obudowy.

Przy zasilaniu napięciem 5V spadek napięcia na tranzystorach sterownika nie przekracza 350 mV. Układ kontroli stromości zboczy wyjściowych sygnałów sterujących diodami ogranicza emisję zaburzeń-elektromagnetycznych. Warto też nadmienić, że sterownik wykrywa uszkodzone diody, ma wyłącznik termiczny i sygnalizuje błędy za pomocą wydzielonego wyprowadzenia.

Charakterystyka

  • Napięcie zasilania od 2,6 do 5 V,
  • 12 kanałów wyjściowych pojedynczej diody LED,
  • Wydajność prądowa 20 mA na jeden kanał,
  • Typowe dopasowanie prądowe kanałów 1% przy 16 mA i 2% (typ.) przy 2,5 mA,
  • Interfejs sterowania I²C zgodny z napięciem 1,8 V,
  • 8-bitowe ściemnianie analogowe lub 12-bitowe PWM,
  • 8 programowalnych wzorów,
  • Programowalna sekwencja wzorów,
  • Opcja synchronizacji dla systemów złożonych z wielu sterowników,
  • Przesunięcie fazowe między kanałami,
  • Wykrywanie zepsutej diody LED,
  • Zabezpieczenie przed przegrzaniem,
  • 8 konfigurowalnych adresów slave I²C oraz adres globalny dla wszystkich sterowników,
  • Wyjściowy pin flagi błędu.

Zobacz również