DIY Automobilový smerový signál s animáciou: 7 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

V poslednej dobe sa animované obrazce predných a zadných LED diód stávajú normou v automobilovom priemysle. Tieto bežiace diódy LED často predstavujú ochrannú známku výrobcov automobilov a používajú sa aj na vizuálnu estetiku. Animácie môžu mať rôzne bežecké vzory a môžu byť implementované bez akéhokoľvek MCU pomocou niekoľkých diskrétnych integrovaných obvodov.

Hlavnými požiadavkami týchto konštrukcií sú: reprodukovateľný výkon počas normálnej prevádzky, možnosť zapnúť všetky LED diódy, nízka spotreba energie, deaktivácia použitého regulátora LDO počas poruchy, načítanie ovládača LED pred jeho povolením atď. Okrem toho sa požiadavky môžu líšiť od jedného výrobcu k druhému. Navyše, obvykle v automobilových aplikáciách, sú integrované obvody TSSOP zvyčajne uprednostňované kvôli ich robustnosti v porovnaní s integrovanými obvodmi QFN, pretože je známe, že sú náchylné na problémy s únavou spájky, najmä v náročnom prostredí. Našťastie pre túto automobilovú aplikáciu poskytuje Dialog Semiconductor vhodný CMIC, konkrétne SLG46620, dostupný v balíkoch QFN aj TSSOP.

Všetky požiadavky na animované indikačné LED diódy sú v súčasnosti v automobilovom priemysle splnené pomocou diskrétnych integrovaných obvodov. Úroveň flexibility, ktorú poskytuje CMIC, je však bezkonkurenčná a môže ľahko uspokojiť meniace sa požiadavky niekoľkých výrobcov bez akejkoľvek zmeny v dizajne hardvéru. Okrem toho sa tiež dosiahne významné zníženie stopy PCB a úspora nákladov.

V tomto návode je uvedený podrobný popis dosiahnutia rôznych vzorov animovaných svetiel pomocou SLG46620.

Ďalej sme popísali potrebné kroky, aby ste pochopili, ako bolo riešenie naprogramované tak, aby vytváralo automobilový smerový signál s animáciou. Ak však chcete získať iba výsledok programovania, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustením programu vytvorte automobilový smerový signál s animáciou.

Krok 1: Priemyselná hodnota

Vzory smerových svetiel zobrazené v tomto návode sú v súčasnej dobe implementované v automobilovom priemysle pomocou radu diskrétnych integrovaných obvodov na ovládanie sekvencie obrazcov LED indikátorov automobilov. Zvolený CMIC SLG46620 by v súčasnom priemyselnom dizajne nahradil najmenej nasledujúce komponenty:

● 1 IC časovača č. 555 (napr. TLC555QDRQ1)

● 1 č. Počítadlo Johnson (napr. CD4017)

● 2 č. Žabky s pozitívnym okrajom typu D (napr. 74HC74)

● 1 č. ALEBO brána (napr. CAHCT1G32)

● Niekoľko pasívnych komponentov, tj. Induktory, kondenzátory, odpory atď.

Tabuľka 1 poskytuje cenovú výhodu získanú použitím vybraného Dialog CMIC pre sekvenčné obrazce smerových svetiel v porovnaní so súčasným priemyselným riešením.

Zvolený CMIC SLG46620 by stál menej ako 0,50 dolára, takže celkové náklady na riadiace obvody LED sa výrazne znižujú. Okrem toho sa dosiahne aj významné komparatívne zníženie stopy PCB.

Krok 2: Návrh systému

Obrázok 1 zobrazuje diagram prvej navrhovanej schémy. Medzi hlavné komponenty schémy patrí regulátor napätia LDO, automobilový LED ovládač, CMIC SLG46620, 11 logických MOSFETov a 10 LED diód. Regulátor napätia LDO zaisťuje, aby bolo do CMIC dodávané vhodné napätie a ak napätie batérie klesne z určitej úrovne, CMIC sa resetuje pomocou kolíka PG (Power Good). Pri akomkoľvek poruchovom stave, detekovanom ovládačom LED, sa vypne regulátor napätia LDO. SLG46620 CMIC generuje digitálne signály na poháňanie LED diód smerových svetiel s označením 1-10 cez MOSFETy. Okrem toho vybraný CMIC tiež vytvára povoľovací signál pre jednokanálový ovládač, ktorý zase poháňa MOSFET Q1 na načítanie ovládača bežiaceho v režime konštantného prúdu.

Je možný aj variant tejto schémy, kde je použitý viackanálový budič, ako je znázornené na obrázku 2. V tejto možnosti sa budiaci prúd každého kanála v porovnaní s jednokanálovým budičom znižuje.

Krok 3: Dizajn GreenPak

Vhodným spôsobom, ako dosiahnuť cieľ flexibilných vzorov indikátorov LED, je použiť koncept stroja s konečným stavom (FSM). Dialógový polovodič poskytuje niekoľko CMIC, ktoré obsahujú vstavaný blok ASM. Avšak bohužiaľ všetky tieto CMIC sú k dispozícii v balíkoch QFN, nie sú odporúčané pre drsné prostredie. Vybral sa teda model SLG46620, ktorý je k dispozícii v balení QFN aj TSSOP.

Sú uvedené tri príklady pre tri rôzne LED animácie. V prvých dvoch príkladoch uvažujeme s jednokanálovým ovládačom, ako je znázornené na obrázku 1. V treťom prípade predpokladáme, že sú k dispozícii viackanálové ovládače, ako je znázornené na obrázku 2, a každý kanál sa používa na pohon samostatnej diódy LED. Rovnakým konceptom je možné získať aj ďalšie vzorce.

V prvom príklade návrhu sa LED diódy 1-10 postupne zapínajú jeden po druhom, akonáhle uplynie určité programovateľné časové obdobie, ako je znázornené na obrázku 3.

V druhom príklade návrhu sú postupne do vzoru pridané 2 LED diódy, ako je znázornené na obrázku 4.

Obrázok 5 zobrazuje, ako sa alternatívne LED diódy postupne pridávajú do vzoru v treťom navrhovanom návrhu.

Pretože v SLG46620 nie je k dispozícii žiadny vstavaný blok ASM, bol vyvinutý konečný stav Moore Machine s využitím dostupných blokov, a to počítadla, DFF a LUT. 16 stavový stroj Moore je vyvinutý s použitím tabuľky 2 pre tri príklady. V tabuľke 2 sú uvedené všetky bity súčasného stavu a nasledujúceho stavu. Okrem toho sú tiež poskytnuté bity pre všetky výstupné signály. V tabuľke 2 sú rovnice nasledujúceho stavu a všetky výstupy vyhodnotené z hľadiska súčasných stavových bitov.

Jadrom vývoja 4-bitového zariadenia Moore Machine sú 4 bloky DFF. Každý blok DFF funkčne predstavuje jeden bit zo štyroch bitov: ABCD. Keď je signál indikátora vysoký (zodpovedá prepínaču zapnutia indikátora), pri každom hodinovom impulze je potrebný prechod z jedného stavu do druhého, čím sa generujú rôzne obrazce LED. Na druhej strane, keď je signál indikátora nízky, je cieľom stacionárny vzor, v ktorom sú všetky LED diódy rozsvietené v každom príklade návrhu.

Obrázok 3 zobrazuje funkčnosť vyvinutého 4-bitového (ABCD) Moore Machine pre každý príklad. Základnou myšlienkou vývoja takéhoto FSM je reprezentovať každý bit nasledujúceho stavu, povoľovací signál a každý signál výstupného kolíka (priradený pre diódy LED) z hľadiska súčasného stavu. Tu prispievajú LUT. Všetky 4 bity súčasného stavu sú privádzané do rôznych LUT, aby sa v zásade dosiahol požadovaný signál v nasledujúcom stave na okraji hodinového impulzu. Pre hodinový impulz je počítadlo nakonfigurované tak, aby poskytovalo sled impulzov s vhodným obdobím.

Pre každý príklad je každý bit nasledujúceho stavu vyhodnotený z hľadiska súčasného stavu pomocou nasledujúcich rovníc odvodených z K-Maps:

A = D '(C' + C (A B) ') & IND + IND'

B = C 'D + C D' (A B) '& IND + IND'

C = B 'C D + B (C' + A 'D') & IND + IND '

D = A B ' + A' B C D + A B C '& IND + IND'

kde IND predstavuje signál indikátora.

Ďalšie podrobnosti o každom z troch príkladov sú uvedené nižšie.

Krok 4: Príklad návrhu 1

Rovnice signálu aktivácie a riadiacich signálov LED pre 1. príklad, pričom každá LED sa rozsvieti postupne podľa schémy na obrázku 1, sú uvedené nižšie.

En = A + A 'B (C + D)

DO1 = A 'B C' D

DO2 = A 'B C D'

DO3 = A 'B C D

DO4 = A B 'C' D '

DO5 = A B 'C' D

DO6 = A B 'C D'

DO7 = A B 'C D

DO8 = A B C 'D'

DO9 = A B C 'D

DO10 = A B C

Na obrázku 7 je znázornený dizajn Matrix-0 GreenPAK z príkladu 1. Na vývoj 4-bitového stroja Moore sa používajú 4 DFF. DFF s možnosťou resetovania (3 z Matrix-0 a 1 z Matrix-1) sú vybrané tak, aby bolo možné stroj Moore pohodlne resetovať. Počítadlo s vhodným časovým obdobím 72 mS je nakonfigurované tak, aby menilo stav počítača po každom období. LUT s vhodnou konfiguráciou sa používajú na odvodenie funkcií pre vstupy DFF, signál aktivácie ovládača (En) a výstupné piny: DO1-DO10.

V matici znázornenej na obrázku 8 sú ostatné zdroje programu GreenPAK použité na dokončenie návrhu pomocou vyššie opísanej metodiky. Obrázky sú kvôli prehľadnosti vhodne označené.

Krok 5: Príklad návrhu 2

Rovnice signálu aktivácie a riadiacich signálov LED pre druhý príklad s dvoma diódami LED pridávajúcimi sekvenčný vzor podľa schémy na obrázku 1 sú uvedené nižšie.

En = D '(A' B C + A B 'C' + A B 'C + A B) + A B C

DO1 = 0

DO2 = A 'B C D'

DO3 = 0

DO4 = A B 'C' D '

DO5 = 0

DO6 = A B 'C D'

DO7 = 0

DO8 = A B C 'D'

DO9 = 0

DO10 = A B C

Na obrázku 9 a obrázku 10 sú uvedené návrhy Matrix-0 & 1 GreenPAK z príkladu 2. Základný dizajn je podobný návrhu z Príkladu 1. V porovnaní s tým sú hlavné rozdiely vo funkcii Driver Enable (En) a bez prepojení DO1, DO3, DO5, DO7 a DO10, ktoré sú v tomto prevedení stiahnuté.

Krok 6: Príklad návrhu 3

Rovnice povoľovacieho signálu a riadiacich signálov LED pre tretí príklad, generujúce alternatívny vzor sekvenčného pridávania LED podľa schémy na obrázku 2, sú uvedené nižšie.

En1 = (A 'B C' + A B 'C' + B C) D

En2 = (A B 'C + A B) D

DO1 = D (A+B)

DO2 = A B C D

DO3 = D (A+ C B)

DO4 = A B C D

DO5 = D A

DO6 = A B C D

DO7 = D A (C 'B + C)

DO8 = A B C D

DO9 = D A B

DO10 = A B C D

Na obrázku 11 a obrázku 12 sú uvedené návrhy Matrix-0 & 1 GreenPAK z príkladu 3. V tomto prevedení existujú dva samostatné signály aktivácie ovládača (En1 a En2) pre ovládač 1 a 2. Navyše sú výstupné kolíky pripojené k výstupom príslušne nakonfigurovaných LUT.

Tým sa končí časť návrhu GreenPAK z príkladu 1, príkladu 2 a príkladu 3.

Krok 7: Výsledky experimentov

Vhodným spôsobom, ako otestovať návrhy z príkladov 1, príkladu 2 a príkladu 3, je experimentovanie a vizuálna kontrola. Časové správanie každej schémy je analyzované pomocou logického analyzátora a výsledky sú uvedené v tejto časti.

Obrázok 13 zobrazuje časové správanie rôznych výstupných signálov pre príklad 1 vždy, keď je indikátor zapnutý (IND = 1). Je možné pozorovať, že signály pre výstupné piny DO1-DO5 sa postupne zapínajú jeden po druhom po uplynutí nastaveného časového obdobia v súlade s tabuľkou 2. Vzorec signálov poskytovaných kolíkom DO6-DO10 je tiež podobný. Signál Driver Enable (En) sa zapne, keď je zapnutý ktorýkoľvek zo signálov DO1-DO10 a inak je vypnutý. Kedykoľvek počas animácie indikátorový signál klesne (IND = 0), signály En a DO10 sa zapnú a zostanú logicky vysoké. Stručne povedané, výsledky spĺňajú požiadavky a potvrdzujú teoretické návrhy pre príklad 1.

Na obrázku 14 je zobrazený časový rozvrh rôznych výstupných signálov pre príklad 2 so zapnutým indikátorovým signálom (IND = 1). Je zrejmé, že signály pre výstupné kolíky DO1-DO5 sa zapínajú striedavo v určitom časovom období v súlade s tabuľkou 2. Piny DO1, DO3 a DO5 zostávajú nízke, zatiaľ čo signály pre DO2 a DO4 sa striedavo striedajú postupne. Tiež sú pozorované rovnaké vzorce pre DO6-DO10 (nie sú na obrázku znázornené kvôli obmedzenému počtu vstupov analyzátora). Kedykoľvek je zapnutý ktorýkoľvek zo signálov DO1-DO10, zapne sa aj signál aktivácie vodiča (En), ktorý inak zostane vypnutý. V priebehu animácie, kedykoľvek indikátorový signál klesne (IND = 0), signály En a DO10 sa zapnú a zostanú logicky vysoké. Výsledky presne zodpovedajú požiadavkám a teoretickým myšlienkam pre Príklad 2.

Obrázok 15 zobrazuje časový diagram rôznych výstupných signálov pre príklad 3 so zapnutým indikátorovým signálom (IND = 1). Je možné pozorovať, že signály pre výstupné piny DO1-DO7 sa zapínajú tak, ako je uvedené v tabuľke 2. Navyše signál pin DO9 sa tiež správa podľa tabuľky 2 (na obrázku nie je znázornené). Kolíky DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 zostávajú nízke. En1 zmení logickú výšku vždy, keď je signál z DO1, DO3 a DO5 zapnutý, a En2 zmení logickú výšku, kedykoľvek signál z DO7 a DO9 pôjde vysoko. Počas celej animácie, kedykoľvek je signál indikátora nízky (IND = 0), všetky výstupné signály: En1, En2 a DO1-DO10 sa zapnú a zostanú logicky vysoké. Preto je možné dospieť k záveru, že výsledky spĺňajú požiadavky a teoretické návrhy pre príklad 3.

Záver

Bol predstavený podrobný popis rôznych schém automobilových smerových svetiel s animáciou. Pre túto aplikáciu bol zvolený vhodný Dialog CMIC SLG46620, pretože je k dispozícii aj v balíku TSSOP, ktorý je vhodný pre náročné priemyselné aplikácie. Na vývoj flexibilných sekvenčných modelov LED animácií sú predstavené dve hlavné schémy využívajúce jednokanálové a viackanálové automobilové ovládače. Na generovanie požadovaných animácií sú vyvinuté vhodné modely Moore Machine s konečným stavom. Na validáciu vyvinutého modelu bolo vykonané pohodlné experimentovanie. Je dokázané, že funkčnosť vyvinutých modelov súhlasí s teoretickým návrhom.