9. ATtiny2313A и управление матрицей 8x8

[VVZ]

Основная причина использования микроконтроллера ATtiny2313A – это оптимальное количество выводов для разработки простых устройств с выводом информации на матрицу 8x8. Из двадцати выводов микроконтроллера (корпус DIP20) три вывода занимает питание (GND, VCC) и Reset и остаётся - 17 (20-3=17), из них 16 идёт на управление матрицей, а один вывод PD0 используется как вход для внешнего тактирования или для управления устройством через UART микроконтроллера.

В теме рассматриваются готовые устройства на печатных платах и варианты разработки подобных устройств с помощью сборок на макетках, при этом, монтаж на макетках может выполняться как без изготовления специальных модулей, так и с модулями.

Краткий порядок темы :

Первая страница темы :

1. Ведение.
2. Электрическая схема печатной платы.
3. Вид на одностороннюю плату с двух сторон.
4. Особенности монтажа для односторонней платы.
5. Электрическая схема для работы на макетке с матрицей 8x8.
6. Вариант сборки на макетке.
7. Программирование устройства - Задание.
8. Уровень громкости и управляемый тактовый генератор.
9. Размеры светодинамических экранов + видео.
10. ATtiny2313A и вывод на матрицу 8x8 (модуль для макетки).
11. LM358 и модуль управляемого генератора.
12. Печатная плата модуля для матричного индикатора 38 мм.
13. Важные параметры матричных индикаторов.
14. Модуль для больших матричных индикаторов.

Вторая страница темы :

15. Матричный индикатор вместо светодинамического экрана.
16. Простой светодиодный матричный экран.
17. Вариант программы.
18. Сравнение сборок на логических микросхемах и с мк ATtiny2313A.
19. 8-ми лучевая звезда (варианты ZV-2313PU, ZV-2313SU, ZV-2313X).
19-1. Печатные платы 8-ми лучевой звезды ZV-2313PU.
19-2. Печатные платы 8-ми лучевой звезды ZV-2313SU.
19-3. Печатные платы 8-ми лучевой звезды ZV-2313X.
20. Плата модуля X_2313A для экрана ZV-2313X.
21. Плата модуля X_DS8x8 для экрана ZV-2313X.

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

1. Введение.

В основе схемы печатной платы микроконтроллер ATtiny2313A-SU и 64 светодиода, распаянные по матричной схеме 8x8. Спаянную плату можно использовать не только как готовое светодинамическое устройство, но и в учебных целях (программирование микроконтроллеров AVR). На плате присутствует разъём X4 для подключения шлейфа от программатора, каждый светодиод в матрице имеет своё токоограничивающее сопротивление, есть возможность для внешнего управления (вход PD0/RXD/PCINT11, вывод 2 микроконтроллера можно подключить к выводу TXD разъёма X3).

2. Электрическая схема печатной платы :



D1 – Attiny2313A-SU; С1-C3 – 0,1 мкФ; R1-R2 – 10 кОм; R светодиода в матрице – 1-10 кОм; зависит от яркости светодиода, но при токе через светодиод не более 3 мА. K-RX – PLS03; KBO – DIP переключатель DS-01, устанавливается при установке батарейного отсека (X1); разъёмы X2 - DJK-02A; X3-PBS04R; X4 – BH-10R.

3. Вид на одностороннюю плату с двух сторон :



X1 – на схеме условно показаны контакты батарейного отсека 1xAA, который можно установить на печатной плате для использования одного аккумулятора 14500 на 3,7 вольта. На изображении 1 красными линиями от X1 показаны места установки батарейного отсека, а синими – необходимые проводные соединения при односторонней печатной плате.

X2 – разъём внешнего питания 5 вольт.

X3 – разъём для подключения внешнего устройства. На этом месте платы можно установить два варианта разъёмов PBD12R (на плате установлен, но в схеме его нет) или PBS04R (на плате не установлен, стрелкой показан первый контакт). Разводка линий питания VCC, GND и сигнала TXD у разъёма X3 в первую очередь предполагает установку 4-х выводного модуля HC-06 для управления устройством через UART микроконтроллера или другого модуля, например, подачи сигнала внешнего тактирования на вход PCINT11.

X4 – 10-ти контактный разъём BH-10 для подключения шлейфа от программатора.

X5 – место установки разъёма DB9 (на плате его нет, в схеме он отсутствует).

4. Особенности монтажа для односторонней платы :



Расскажите нам, пожалуйста, о своих успехах (фотографии спаянных плат, краткие пояснения, тексты программ с комментариями, немного информации о себе). e-mail : vas-z@yandex.ru

[VVZ]

5. Электрическая схема для работы на макетке с матрицей 8x8 :

В отличии от печатной платы, на которой токоограничивающие сопротивления устанавливаются для каждого светодиода, в схеме на макетке для работы с обычной матрицей (в её анодных и катодных цепях) устанавливаются две группы сопротивлений R3; R4 (16 штук по 150 Ом).



6. Вариант сборки на макетке :



На макетке установлена матрица 20 мм, далее обозначение её выводов :

[VVZ]

7. Программирование устройства - Задание.

Тема с примерами : “Примеры для ATtiny2313 (Бегущие огни)”.

- об использовании примеров для сборки на макетке :

Если примеры прорабатываются на макетке, то в сборке на макетке катодные выводы матрицы временно соединяются с GND, не соединяя их с микроконтроллером.

- о проработке примеров на печатной плате. Электрические схемы из примеров и печатной платы отличаются друг от друга. Как быть ?

При проработке примеров выводы микроконтроллера (PD1-PD6; PA0-PA1), которые подключены к катодным выводам матрицы, необходимо сделать выходами и установить на них логические нули. В этом случае состояния разрядов порта PORTB, которые подключены к анодным выводам матрицы, будут отображаться на светодиодах печатной платы. Из приведенной темы нельзя будет использовать примеры с прерываниями INT0; INT1, но для экспериментов с прерываниями можно использовать прерывание PCINT11 (вывод 2, только для мк ATTiny2313A).

Отдельно ! Вывод 2(PD0/RXD/PCINT11) микроконтроллера используется или как вход для внешнего тактирования при смене светодинамических рисунков или для управления устройством через UART микроконтроллера.

Задание: Напишите программу, которая будет последовательно и автоматически менять светодинамические рисунки на матрице этого устройства, при этом, полностью повторять логику работы светодинамического автомата на логических элементах микросхем 155 серии из темы “Управление светодиодной матрицей”. Смена светодинамических рисунков выполняется или через внешнее тактирование или по таймеру микроконтроллера.

[VVZ]

8. Уровень громкости и управляемый тактовый генератор.

В составе схемы микрофонный усилитель и управляемый генератор на ОУ (мс D1 - LM358). Переменное сопротивление R6 определяет коэффициент усиления микрофонного усилителя. Сопротивлением R8 устанавливается порог молчания (отсутствие тактовых импульсов при отсутствии звука). При наличии звука в помещении на выходе генератора (вывод 7 мс D1, сигнал С) будут тактовые импульсы (светодиод VD1 должен мигать).



D1 – LM358; R1,R3,R4,R7-R11 – 10 кОм, R2, R13 – 1 кОм, R5 – 100 кОм, R6 – 1 мОм, R12 – 100 Ом; C1 – 0.47 мкФ, C2 – 10.0 мкФ, C3 – 0.1 мкФ, C4 – 100.0 мкФ. Переменные сопротивления R6, R8 - 3362P.

8-1. Вариант сборки на макетке :

[VVZ]

9. Размеры светодинамических экранов.

Размер матрицы на макетке 20x20 мм :



Небольшой индикатор удобен для использования на макетке при написании программы, но вряд ли подходит для светодинамического экрана, который можно установить дома, в школе на дискотеке и так далее. Печатная плата в начале темы, размер которой около 100 мм, тоже вряд ли можно назвать большим светодинамическим экраном. На следующем видео два светодинамических экрана, один квадратной формы 83x83 см (128 светодиодов, две матрицы 8x8), второй прямоугольной 40x160 см (256 светодиодов, четыре матрицы 8x8) :

"Моя любовь" - автор и исполнитель Владимир Кузьмин.

Оба экрана были сделаны ещё в начале 80-х годов прошлого века, но в них лампочки накаливания были заменены на современные дешёвые светодиоды; в экраны установлены 3 мм зелёные светодиоды (яркость 6-8 cd, стоят около 50 копеек). На следующем изображении две сборки на макетках, которые были подключены к этим экранам :



В обоих сборках используются исходные схемы (тактовый генератор и схема управления матрицей для макетки), но с использованием модулей. На верхнем изображении установлен модуль, в составе которого разъём для программатора, все сопротивления и выходной разъём для подключения матричного экрана. На нижнем изображении в модуль спрятана схема управляемого тактового генератора (платы модулей будут в следующих сообщениях).



Важно отметить, что в экранах установлены не самые яркие светодиоды (здесь с яркостью 6-8 cd, а сегодня бывают светодиоды с яркостью 20-30 cd), но их яркости вполне хватает при ограниченных возможностях микроконтроллера ! (его суммарная токовая нагрузка не более 200 мА). При этом, чтобы не переделывать старую внутреннюю схему соединения лампочек, в экранах были оставлены выпрямительные диоды (у каждой лампочки был свой диод). Если их убрать из схемы (так как лампочки заменились на светодиоды), то светодиоды экранов светились бы ещё ярче !

9-1. Историческая справка :

Когда в экранах были лампочки (13,5v), то для управления экраном нужен был мощный блок управления (100 и 200 Вт соответственно). На изображении вариант на 200 Вт с размерами корпуса 43x30x10 см:



Важно отметить, что оставляя размеры экранов прежними, при использовании современных светодиодов значительно уменьшились размеры и потребление блоков управления. Вместо 200 Вт теперь вполне хватит и 1 Вт или даже меньше !!! А корпус для блока управления вообще не нужен, так как он вполне уместится в корпусе светодинамического экрана !!!



Для изготовления экранов были использованы ёлочные гирлянды. Обратите внимание на удачную конусную форму части, которая углубляется в фанеру и хорошую рассеивающую часть, в которую идеально устанавливаются светодиоды 3 мм и 5 мм !!!

[VVZ]

10. ATtiny2313A и вывод на матрицу 8x8 (модуль).

Электрическая схема, которая обеспечивается при установке модуля :





Печатная плата модуля односторонняя, красным цветом на правом изображении обозначены необходимые перемычки. При изготовлении модуля используются разъёмы PLH-40 (межплатный, два отрезка по 10 контактов), BH-10R (угловой) и BHS-16 (SMD !!!)

[VVZ]

11. LM358 и модуль управляемого генератора.

Электрическая схема, которая обеспечивается при установке модуля :



D1 – LM358; R1,R3,R4,R7-R11 – 10 кОм, R2, R13 – 1 кОм, R5 – 100 кОм, R6 – 1 мОм, R12 – 100 Ом; C1 – 0.47 мкФ, C2 – 10.0 мкФ, C3 – 0.1 мкФ, C4 – 100.0 мкФ. Переменные сопротивления R6, R8 - 3362P.

Элементы схемы, которые находятся за пределами пунктирной линии, устанавливаются прямо на макетке :



На макетке, к основной схеме, можно устанавливать дополнительные элементы. Здесь к конденсатору C2 дополнительно параллельно установлен конденсатор C2”. В сборке отсутствует конденсатор C3.

Печатная плата модуля односторонняя, красным цветом на правом изображении обозначена необходимая перемычка. При изготовлении модуля используется разъём PLH-40 (межплатный, два отрезка по 4 контакта). Зона установки переменных сопротивлений имеет по шесть контактов. Это сделано для использования разных сопротивлений и для установки их по-разному (сверху, снизу).

[VVZ]

12. Печатная плата модуля для матричного индикатора 38 мм.

Модуль 2313_38mm соединяет выводы микроконтроллера ATtiny2313A-PU с матричным индикатором с размером 38 мм, то есть, заменяет почти весь проводной монтаж. При необходимости, увеличив только длину ламелей на печатной плате, можно изготовить модули для установки матричных индикаторов с габаритами 48 мм, 51 мм и 60 мм.



На верхнем изображении сборка без модуля, на нижнем - сборка с модулем для микроконтроллера :



В модуле есть разъём для подключения программатора, токоограничивающие сопротивления, разъёмы для установки матричного индикатора размером 38 мм. В модуле нет сопротивления на входе Reset (вывод 1) микроконтроллера. Электрическая схема, которая обеспечивается при использовании модуля :



При выборе матричного индикатора, кроме его размера (38 мм) обратите внимание на нумерацию его выводов, при этом, вывод 1 у индикатора является 5-ым катодом матрицы (бывают индикаторы, в которых 1-ый вывод является анодом у матрицы).

На следующем изображении вариант небольшого экрана на макетке, сборка с одним модулем управляемого генератора и четырьмя модулями с матрицей :





Печатная плата модуля односторонняя, красным цветом на правом изображении обозначены необходимые перемычки. При изготовлении модуля используются разъёмы PLH-40 (межплатный, два отрезка по 10 контактов), BH-10R (угловой) и PBS-08R.

[VVZ]

13. Важные параметры матричных индикаторов.

13-1. Расстояние между двумя рядами выводов – L.
13-2. Основные варианты нумерации выводов одноцветных матричных индикаторов.
13-3. Важно знать при покупке !

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

У любого матричного индикатора много параметров - цвет, размеры, электрические параметры и так далее. В этом сообщении в первую очередь, обращается внимание на параметры, которые важны для использования матричных индикаторов на макетке или установке их на печатных платах модулей.

13-1. Один из важных параметров – это расстояние между двумя рядами выводов – L :



Так как расстояние между крайними рядами основного макетного поля макетки равно 28 мм, значит, без дополнительных переходников на одной макетке возможна установка матричных индикаторов, у которых расстояние L равно или меньше 28 мм.



Типовые размеры матричных индикаторов :

X(Y) = 20 мм (L=15 мм), 32 (24), 38 (28), 48 (36), 51(38), 60 (46).

Исходя из размеров, самыми удобными являются матричные индикаторы 20 мм (L=15 мм) :



C небольшими трудностями, но возможна установка матриц 32 (24) и 38 (28), в этом случае подводящие проводники придётся выводить из под индикаторов :



Остальные типы индикаторов можно установить на макетке или объединяя макетки между собой или используя платы переходники.

13-2. Основные варианты нумерации выводов одноцветных матричных индикаторов.

Одноцветные матричные индикаторы 8x8 обычно содержат 16 выводов, из них 8 общих выводов строк и 8 общих выводов столбцов. При этом, назначения общих выводов строк и столбцов бывают двух видов : в строках (ROW) объединены катодные выводы светодиодов, а в столбцах (COLUMN) – анодные выводы (левые изображения) или, наоборот, в строках (ROW) объединены анодные выводы светодиодов, а в столбцах (COLUMN) – катодные выводы светодиодов (правые изображения). Далее варианты нумерации выводов :





Для сравнения расположения выводов, все три варианта приведены к удобному для просмотра виду и расположены рядом :



Результат сравнения : Выводы строк R1-R8 (ROW) и столбцов C1-C8 (COLUMN) у индикаторов с вариантом нумерации 1 расположены "хаотично-запутанно" с двух сторон , но они наиболее распространённые и дешёвые. У индикаторов 2-ого варианта расположение выводов самое удобное для использования на макетке и именно они бывают с нужным минимальным размером 20 мм (L=15мм). 3-ий вариант (менее распространённый) похож на 2-ой, используется в индикаторах 60 мм.

13-3. Важно знать при покупке !

Хотя однотипные матричные индикаторы разных производителей имеют одинаковые основные установочные размеры и нумерацию выводов, но в обозначениях есть существенное отличие. У одних надпись ОА (общий анод) – значит, что анодные выводы светодиодов объединены в строке, а у других ОА – значит, что анодные выводы светодиодов объединены в столбце ! (это касается и надписи ОК - общий катод).

[VVZ]

14. Модуль 8x8_60mm для больших матричных индикаторов.

Модуль даёт возможность использовать на макетке матричные индикаторы большого размера : 38 мм (L=28 мм), 48(36), 51(38), 60 (46) и со схемой расположения выводов 1-го типа (см. предыдущее сообщение или электрическую схему в этом сообщении) :



Печатная плата модуля односторонняя, красным цветом на следующем изображении (правая нижняя часть) обозначены необходимые перемычки. Чтобы не было замыканий между перемычками, как минимум две из них должны быть изолированными (правая верхняя часть - !).



При изготовлении модуля используются разъёмы PLH-40 (межплатный, два отрезка по 8 контактов) и PBS-08R. Расстояние между разъёмами PLH – 7,62 мм (крайние ряды площадок). Расстояние между разъёмами PBS-08R зависит от типа матричного индикатора (параметра L).

Электрическая схема :



Названия выводов (R1-R8; C1-C8) матричного индикатора VD и соответственно разъёма X1 приведены для номеров строк - ROW и столбцов - COLUMN светодиодной матрицы индикатора. Какие выводы будут анодными или катодными зависит от типа индикатора, которых всего два :



Красными стрелками показаны соответствия расположения светодиодов в матрице индикатора.

8x8_60mm.zip

Файл печатной платы (lay6)

(3.24 KiB) Скачиваний: 866

!!! Продолжение темы на 2-ой странице.