Сотворим вместе

Краткий порядок темы :

1. Общая информация о модулях P10.
2. Описание электрической схемы проверки модуля.
3. Вариант сборки схемы на макетке и видео.
4. Изготовление переходников для разъёмов X1; X2 и двух шлейфов.
5. Схема проверки модуля P10 с кнопками - "оживление" модуля.
6. Монтаж схемы генератора с изменением скважности на мс К561ЛН2. Управление яркостью модуля.
7. Монтаж схемы второго генератора. Управление скоростью сдвига в регистрах модуля.
8. Сборка схемы проверки выходных сигналов модуля.
9. Электрическая схема модуля P10.
10. ATtiny2313A и управление модулем типа P10.

=======================

1. Общая информация о модулях P10.

В настоящее время на одноцветных светодиодных модулях P10 (шаг пикселя 10 мм - это расстояние между соседними светодиодами) собираются различной конфигурации информационные табло, в том числе, бегущие строки. В одном модуле находиться 512 светодиодов с расположением 32x16 (32 по горизонтали, 16 по вертикали). Их можно соединять друг с другом, образуя табло разных размеров, например, 64x16 или 32x32 и так далее :



Схема управления модулями может быть на микроконтроллерах или без них. Электрическая схема проверки модуля P10 в этой теме может использоваться как для знакомства с его работой (в том числе, с форматом передачи данных на модуль), так и для его ремонта.



На изображении модуль P10, схема проверки модуля, собранная на макетке и два шлейфа от разъёмов макетки к разъёмам модуля, из которых разъём X1 подключается к входному разъёму HUB1.2 модуля, а разъём X2 подключается к выходному его разъёму, который находится с противоположной стороны модуля, на уровне разъёма HUB1.2.

2. Описание электрической схемы проверки модуля P10.

Схема состоит из двух генераторов – генератора с регулировкой скважности и обычного тактового генератора, собранных на мс К561ЛН2 (D1). Первый генератор, изменяя величину скважности сигнала OE с помощью переменного сопротивления R2, позволяет изменять яркость светодиодов модуля. Второй генератор формирует основные сигналы CKL и SCLK для внутренней электронной схемы модуля, которые обеспечивают последовательный ввод, сдвиг и вывод информации на светодиоды. Переменное сопротивление R5 изменяет частоту второго генератора и соответственно скорость сдвига информации в сдвиговых регистрах модуля.

По положительному фронту сигнала CKL происходит ввод информации через вход R и сдвиг её по всем разрядам всех регистров модуля (в электронной схеме модуля используются мс 74HC595). По положительному фронту сигнала SCLK сдвигающаяся информация отображается на светодиодах модуля через каждые половину периода после очередного сдвига, что удобно наблюдать по состоянию светодиода VD4.



D1 – К561ЛН2; R4; R7 – 10 кОм, R2 - 100 кОм; R5 - 1 мОм; R1; R3; R6 – 1 кОм; C1 – 0.01 мкФ; C2 – 4.7мкФ; VD1-VD2 – 1N4148.

При С1= 0.01 мкФ длительность периода генератора около 1 мс (частота выше 50 Гц) и поэтому с изменением скважности сигнала OE меняется и яркость светодиода VD3 и соответственно яркость светодиодов модуля, если в конкретный момент они должны светиться. Если конденсатор C1 временно заменить конденсатором ёмкостью 22.0 мкФ (T периода около 2 сек), то на низкой частоте состояние светодиода VD3 будет заметен диапазон изменения скважности, но яркость светодиодов модуля изменяться не будет; они будут или светиться с полной яркостью или не светиться (будут мигать).

Состояние сигналов A и B на разъёме X1 определяют включение одной из четырёх строк развёртки экрана модуля; их состояния 00, 10, 01, 11 на макетке задаются обычными проводными перемычками, подключёнными или к сигналу GND (логический ноль) или VCC (логическая единица).

К входу R (вход данных) разъёма X1 подключён средний вывод переключателя KRR. В одном его положении через него проходит выходной сигнал данных RR с разъёма X2, во втором – от кнопки KR на макетке.

Если состояние входа R определяется положением кнопки KR, то при её нажатии и удержании в разряды регистров модуля будут последовательно записываться логические нули, и, наоборот, при не нажатом её состоянии – будут записываться логические единицы. Состояния на выходах регистров платы модуля будет определять состояния светодиодов, соответственно при вводе логических нулей светодиоды будут светиться, а при вводе единиц – нет.

При нажатии и удержании кнопки KR и при каждом выключении светодиода VD4 должны последовательно и по одному включаться светодиоды на 1, 5, 9, 13 строках модуля; справа налево, сверху вниз (на изображении вид со стороны светодиодов экрана, разъём HUB1.2 справа) :



Введя определённую информацию через кнопку KR и изменив положение переключателя KRR можно увидеть не экране модуля её кольцевой сдвиг. Светодиодная шкала VD5 показывает состояния всех выходных сигналов разъёма X2 (они же выходные сигналы модуля).

Заявленная производителями потребляемая мощность модуля около 18 Вт (смотрите описание конкретного модуля), при этом, светодиоды модуля будут светиться с максимальной яркостью. Для этого потребуется блок питания 5 вольт и не менее 4 ампер. Проводить эксперименты на максимальной и средней яркости модуля недопустимо для зрения (особенно детей) и поэтому первым делом рекомендуется собрать генератор изменяющий скважность сигнала OE, с помощью которого можно изменять яркость светодиодов модуля. При низкой яркости модуля (допустимой для постоянной работы) ток потребления модуля может составлять менее 0.5 ампера.

3. Вариант конечной сборки схемы на макетке :



Напряжение питания модуля и схемы на макетке 5 вольт. Питающие провода от блока питания подсоединяются к клеммам питания модуля (GND и VCC), с клемм отводится питание на макетку. На видео показана запись и путь сдвига информации по всем разрядам шестнадцати регистров 74HC595 модуля (внимание ! модуль на видео по ошибке перевёрнут; его низ на видео - это его верх в рабочем положении, а левая сторона - соответственно должна быть справа):

Видео состоит из нескольких частей (при состоянии входов A,B=0,0):

- запись 0 до полного заполнения (включаются последовательно все светодиоды 1/4 части модуля);
- запись 1 до полного заполнения (выключаются последовательно все светодиоды 1/4 части модуля);
- несколько других вариантов сдвига информации по регистрам модуля.

Согласно схемы проверки сдвиг по разрядам регистров модуля становится видимым после каждого очередного полного такта сигнала CKL; сдвиг информации происходит по его положительному перепаду, а на выходы регистров информация попадает по отрицательному перепаду сигнала CKL. В реальных табло с одним модулем P10 перенос сдвигаемой информации происходит через каждые 128 тактов сигнала CKL.

4. Изготовление переходников для разъёмов X1; X2 и двух шлейфов.



4-1. Для изготовления переходников для разъёмов X1, Х2 потребуется две двухрядных вилки BH16, часть линейки разъёма PLS-40 и часть макетной платы с шагом 2,54 мм. Обратите внимание на особенности парного соединения контактов на печатной плате :



- вырезается часть печатной платы (фото выше) и откусываются две 8-ми контактные линейки от разъёма PLS-40,
- две 8-ми контактные линейки устанавливаются на макетку (п.1), на них сверху кладётся плата (п.2) и припаивается. После пайки конструкция вынимается из макетки и проверяются на замыкание соседние контакты.
- в тиски, выводами для пайки вверх, зажимается разъём BH16 и к выводам разъёма припаиваются внутренние контакты ранее подготовленной конструкции (п.3, 4). После пайки необходимо прозвонить соседние контакты на отсутствие замыкания.



4-2. Для изготовления шлейфа потребуется два разъёма IDC16 и около полуметра 16-ти жильного плоского кабеля с шагом 1,27 мм. Здесь пайка не требуется, обычно используются тиски для обжима. После изготовления необходимо прозвонить соседние контакты на отсутствие замыкания.

5. Схема проверки модуля P10 с кнопками - "оживление" модуля.

В данной схеме для работы с модулем дополнительно используются только кнопки; две кнопки - в варианте К2, три – в варианте К3. Главным недостатком обоих схем является работа с модулем на полной яркости. Проводить эксперименты на максимальной и средней яркости модуля недопустимо для зрения детей.



Кнопка КR определяет состояние входа R (вход данных). Кнопка KC осуществляет тактирование записи данных и их сдвиг. Данные по положительному перепаду записываются в первый разряд первого регистра и “невидимо” сдвигаются по всем разрядам всех регистров модуля, включённых последовательно. Всего в модуле находится 16-ть восьмиразрядных регистров 74HC595, в итоге выходит 128-ми разрядный регистр (16x8=128). При кратковременном нажатии на кнопку KS состояния внутреннего сдвигового регистра модуля переносится на выходы всех микросхем, и отображаются на светодиодах. При низком уровне напряжения на выходе светодиод должен светиться, при высоком – нет.



Например, установите у входов A и B состояния логических нулей (проводными перемычками соедините с GND). По диаграмме для схемы К3 - нажмите и удерживайте кнопку KR. За период удержания кнопки KR нажмите восемь раз на кнопку KC. Далее один раз кратковременно нажмите на кнопку KS. В момент Z отпускания кнопки KS (перепад из нуля к единице) должны включиться восемь светодиодов модуля (в его в верхнем ряду с правой стороны, с этой же стороны располагается входной разъём HUB1.2 на плате модуля). Количество включённых светодиодов и их положение может отличаться от предположений, так как у кнопки KC, как и у любой кнопки, может быть дребезг контактов.

6. Монтаж схемы генератора с изменением скважности на мс К561ЛН2.

После сборки этого генератора можно будет регулировать яркость светодиодов модуля и предыдущий пункт можно будет повторить, но с пониженной яркостью экрана модуля.



D1 – К561ЛН2; R2 - 100 кОм; R3 – 1 кОм; C1 – 0.01 мкФ; VD1-VD2 – 1N4148.



6-1. Соберите схему генератора на трёх инверторах мс D1 (К561ЛН2). Временно на место конденсатора C1 установите конденсатор величиной ёмкости 22,0 мкФ.

После подачи питания светодиод VD3 будет мигать с периодом T (около 2,0 сек), при этом, время включённого t1 и выключенного t2 состояний (логической единицы и нуля, смотрите на графике) светодиода VD3 будет зависеть от положения переменного сопротивления R2. В одном крайнем положении время t1 будет минимальным, в противоположном крайнем положении – время t1 будет максимальным.



6-2. Установите конденсатор C1 величиной 0,01 мкФ (вместо 22,0 мкФ).

После подачи питания и при изменении величины сопротивления R2 яркость светодиода должна изменяться от минимума до максимума. Чем меньше время t1 в периоде T (около 1 мс), тем слабее светится светодиод VD3 и наоборот, чем больше время t1 - тем ярче. Так как частота следования периодов больше 50 Гц, то миганий светодиода VD3 и соответственно модуля будет не заметно.



6-3. Подключите вывод 6 мс D1 к контакту OE разъёма X1 (вывод 1). Соедините шлейф между разъёмом X1 на макетке и HUB1.2 на плате модуля.

После подачи питания и при изменении величины сопротивления R2 должна изменяться яркость светодиодов на экране модуля. При необходимости повторите или выполните в первый раз пункт 5.

7. Монтаж схемы второго генератора.

После сборки этого генератора можно будет менять скорость сдвига информации во внутренних регистрах платы модуля. Перед началом сборки этапа не забудьте убрать с макетки кнопки KC и KS. Вместо кнопок их функцию будут выполнять сигналы CKL и SCLK. Запись данных с входа R и их сдвиг в разрядах регистров модуля будет происходить с каждым положительным перепадом сигнала CKL, а вывод их состояний на светодиоды будет происходить по положительному фронту сигнала SCKL.



D1 – К561ЛН2; R4; R7 – 10 кОм, R5 - 1 мОм; R6 – 1 кОм; C2 – 4.7мкФ.

7-1. Снимите с макетки кнопки KC и KS, если они были ранее установлены. Соберите тактовый генератор на второй половине мс К561ЛН2.

После подачи питания светодиод VD4 должен мигать, его частота в большом диапазоне меняется переменным сопротивлением R5.

При нажатии и удержании кнопки KR и при каждом выключении светодиода VD4 должны последовательно и по одному включаться светодиоды на 1, 5, 9, 13 строках модуля; справа налево, сверху вниз :



На изображении вид со стороны светодиодов экрана модуля. Разъём HUB1.2 - с правой стороны , разъём с выходными сигналами для подключения следующего модуля - с левой).

После включения 128-ми светодиодов модуля отпустите кнопку KR. После этого светодиоды модуля, в том же порядке и при каждом выключении светодиода VD4, будут гаснуть (смотрите видео в первом сообщении).

8. Сборка схемы проверки выходных сигналов модуля.

После сборки этого этапа на светодиодах шкалы VD5 можно будет контролировать все выходные сигналы модуля, правильность работы которых необходима при подключении следующих подобных модулей.



8-1. Установите на макетке разъём X2, шкальный индикатор VD5, резисторную сборку R1, кнопку KRR и выполните проводные соединения согласно схеме.

После подачи питания, чтобы убедиться в правильности монтажа, необходимо к соответствующим входам разъёма X2 с помощью проводной перемычки подавать высокий уровень напряжения (к VCC) и последовательно проверить работу всех светодиодов шкалы VD5.



8-2. При желании временно можно соединить шлейфом разъёмы X1 и X2 и ещё раз проверить работу светодиодов шкалы VD5.



8-3. К разъёмам X1 и X2 на макетке подключите шлейфы, вторые выводы которых подключите к соответствующим разъёмам модуля.

После подачи питания проверьте правильность работы модуля, например, в режиме кольцевого сдвига.

9. Электрическая схема модуля P10.

Электрическая схема “срисовывалась” с двух модулей P10: P10(1R)-V701C (светодиоды красного цвета) и P10(1R)-V901A (зелёного цвета).

В схеме 16 регистров 74HC595 (мс D1-D16), буферный элемент 74HC245 (мс D17), дешифратор 74HC138 (мс D18), инвертор 74HC04 (мс D19) и четыре сборки P-канальных транзисторов IRF7314 (или 4953, VT1-VT4). Также в схеме есть резисторные сборки R1-1 кОм, R2- 4,7 кОм; R3; R4 – 100 Ом, два электролита C1; C2 – 470,0 и девятнадцать конденсаторов C3-C21 – 0,1 мкФ, установленных на выводах питания всех микросхем.

Входные сигналы с внешнего устройства поступают на разъём HUB1.2, а к разъёму X2-OUT можно подключить шлейф на следующий модуль P10. Все основные сигналы с разъёма HUB1.2 проходят через буферную мс D17, при этом, каждый из сигналов CKL и SCLK проходит через две линии; одни идут на выводы 11, 12 регистров (мс D1-D16) данного модуля, вторые – на выходной разъём для работы со следующими модулями. Входной сигнал данных R, пройдя через буферный элемент мс D17, поступает на вход данных первого регистра (вывод 14 мс D1). С вывода 9 мс D1 данные поступают на вход следующего регистра. На изображении схемы отсутствуют четырнадцать регистров мс D2-D15, но в схеме они все включены последовательно и каждый работает со своей группой из 32-х светодиодов. Выходной сигнал данных R-OUT с вывода 9 последнего регистра (мс D16) подводиться к входу R выходного разъёма X2-OUT.



Для включения светодиода необходимо наличие нулевого уровня на выходе регистра и открытие одного из транзисторов VT1-VT4. Режим сканирования у модуля P10 – 1/4, то есть, в каждый момент времени открыт один из четырёх транзисторов или может светиться группа из 128-ми светодиодов, подключённых к выходам всех регистров. Сигнал управления транзисторами определяется состояниями линий A, B подключённых через буферный элемент мс D17 к адресным входам дешифратора (выводы 1, 2 мс D18). К выводу 5 дешифратора через инвертор мс D19 подключён сигнал OE, который определяет яркость светодиодов модуля.

При работе с одним модулем информация на вход R разъёма HUB1.2 с устройства управления уходит четырьмя 128-ми битными посылками, каждый раз выставляя на линиях A и B очередной адрес. Сдвиг данных в регистрах тактируется положительным фронтом сигнала CKL, а на выходы регистров данные переносятся по положительному фронту сигнала SCLK.

10. ATtiny2313A и управление модулем типа P10.

Если “под рукой” нет модуля P10 или есть планы разработки информационного табло (“бегущей строки” и так далее), а основе их схем применяются регистры типа 74HC595 и дешифратор с режимами сканирования строк 1/4; 1/8; 1/10, то начинать писать программы предлагается по следующей схеме, собрав её на макетке.



D1 – Attiny2313A-PU; D2- 74HC595; D3 – К155ИД10; R1 – 10 кОм; R2 – 510 Ом - 1 кОм; C1 – 0,1 мкФ.

Здесь для вывода информации на матрицу 8x8 к микроконтроллеру ATtiny2313, подобно схеме модуля P10, подключаются регистр 74HC595 и дешифратор. Но здесь используется дешифратор К155ИД10, выходы которого имеют открытый коллектор, а максимальный ток при логическом нуле на его выходе до 80 мА.

Режим сканирования строк в данной схеме 1/8, но её просто переделать под режим сканирования 1/10 (например, при использовании двух матриц 8x5, в сумме 8x10 или 5x16 ). Программу, написанную под данную схему не сложно адаптировать и под модуль P10 с режимом сканирования строк 1/4.

!!! Для знакомства с работой регистра 74HC595 и протокола SPI микроконтроллера рекомендуется проработать тему :
"Передача и приём по трём проводам на регистре 74HC595".

Продолжение (о монтаже схемы и так далее) в теме "ATtiny2313A и управление модулем типа P10."