30. RGB светодиоды с чипами APA102

[VVZ]

Краткий порядок темы:

1. Вступительная часть. Протокол.
2. Электрическая схема и сборка на макетке.
3. Расширение возможностей передачи данных.
4. Передача данных для последовательных интерфейсов UART, RS232.
5. Передача данных для 3-х проводного SPI.

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

1. Вступительная часть. Протокол.

Для знакомства с RGB светодиодами с чипами APA102 в этой теме предлагается электрическая схема на цифровых логических микросхемах. Схема позволит разобраться с протоколом чипа, а добавляя ещё отдельные схемные узлы, строить более сложные схемы без использования микроконтроллеров.

На изображении отрезок ленты, с левой её стороны припаян отрезок разъёма PLS (для удобства использовании ленты на макетке):



APA102 – это чип, который находится внутри RGB светодиода. Такие светодиоды входят в состав светодиодных лент и имеют два управляющих сигнала - линии данных (DI) и тактирования (CI) :



После стартового Start Frame (4x8 = 32 бит с нулями) следуют данные Data Field о состоянии светодиодов в линейке и в конце посылки находится End Frame (4x8 = 32 бит с единицами). Данные Data Field состоят из N-количества Led Frame (4-е байта), каждый из которых содержит в первом байте – три старших бит – постоянно 1, а остальные пять – определяют яркость светодиода. Остальные три байта определяют цвет светодиода, последовательно B-G-R. Хотя в документации присутствует End Frame, но данные уверенно принимаются и без него.

datasheet.zip

Описание RGB светодиода

(1.79 MiB) Скачиваний: 1071

Дополнительно: В одной из тем этого раздела, рассказывалось о RGB светодиодах, внутрь которых встроены чипы WS2812. Для управления линейкой светодиодов с чипами WS2812 используется всего одна линия управления. Тема : Индикатор уровня на RGB-5050 c WS2811 (WS2812).

Где купить - APA102 на AliExpress.ru

Дополнительная информация - На сайте фанатов светомузыки !

[VVZ]

2. Электрическая схема и сборка на макетке.

Напряжение питания схемы - 5 вольт.

Схема состоит из трёх основных частей: на элементах мс К155ЛН1 (D1) собран тактовый генератор, на двойном двоичном счётчике К555ИЕ19 (D2) сформирован делитель и адресная шина, а на входах данных D0-D15 мультиплексора К155КП1 (D3) формируется вся последовательность на линии данных DI. Светодиоды VD1 и VD2 используются для индикации работы тактового генератора и выходного сигнала на линии данных DI, который легко отслеживать при С1 – 100,0 – 500,0 мкФ. Чтобы увеличить частоту передачи необходимо уменьшить ёмкость конденсатора C1.

Микросхему К555ИЕ19 можно заменить на две микросхемы К155ИЕ5 (К555ИЕ5; К1533ИЕ5 и так далее).



Микросхемы D1 – К155ЛН1; D2 – К555ИЕ19; D3 – К155КП1; сопротивления R1 – 330 Ом, R2-R4 - 1 кОм; конденсатор C1 – 1.0 мкФ.

Важно отметить, что ёмкость конденсатора C1 может меняться в широких пределах 1 нФ - 500,0 мкФ. При большой ёмкости конденсатора по светодиоду VD2 можно видеть состояние линии данных !



Так как выход (вывод 10) мс D3 инверсный, то для включения светодиодов и указания цвета в сборке использованы перемычки на землю, а на выводах 8-5 мс D3 для Start Frame должна присутствовать логическая единица.

[VVZ]

3. Расширение возможностей передачи данных.

В исходной схеме “вес” входов данных D0-D15 мультиплексора К155КП1 – один байт и для всех 8 бит любого байта могут быть только одинаковые значения (0 или 1, задаваемых перемычками).

Схема расширения даёт возможность устанавливать по отдельности значения каждого бита в байте (дополнительно установив мс D4) и изменять их в порядке возрастания или убывания значений от 0 до 255 или от 255 до 0 (дополнительно установив мс D5). Соответственно всю работу можно выполнить в два этапа:

3-1. Установка мультиплексора К155КП7 (мс D4).
3-2. Установка счётчика К555ИЕ19 (мс D5).



Микросхемы D1 – К155ЛН1; D5 – К555ИЕ19; D4 – К155КП7; сопротивления R5 – 300 Ом, R6 - 100 Ом; R7 - 1 кОм; конденсатор C2 – 100.0 мкФ.

3-1. Установка мультиплексора К155КП7 (мс D4).

К адресным входам A0-A2 мс D4 подключаются адресные линии LA0-LA2 с выходов счётчика мс D2. При проведении экспериментов выходной сигнал LI можно подавать на любой из входов D4-D15 мультиплексора К155КП1 (мс D3). Следует помнить, что у первого байта в LED Frame старшие три бита должны иметь уровень логической единицы, а остальные разряды могут изменяться. Также могут принимать любое значение линии R1-R3; G1-G3; B1-B3.

3-2. Установка счётчика К555ИЕ19 (мс D5).

Подключив выходы счётчика К555ИЕ19 (мс D5) к входам мультиплексора К155КП7 (мс D4), можно циклически изменять значения линий LD0-LD7. Для этого на остальных элементах мс D1 собирается второй генератор.

[VVZ]

4. Передача данных для последовательных интерфейсов UART, RS232.

С небольшими изменениями из исходной сборки можно сделать передатчик последовательного канала связи. Его формат кадра используется в популярных последовательном интерфейсе RS232 (COM-порт), модуле USART микроконтроллеров :



Для режимов "по умолчанию" линии P, SP1, SP2 (выводы 22, 21, 20 мс D3) необходимо соединить с GND.

Дополнительная информация в темах:
UART на мс КР581ВА1;
UART на логике (приёмник).

[VVZ]

5. Передача данных для 3-х проводного SPI.

Один из вариантов электрической схемы:



Дополнительная информация в теме:
Передача и приём по трём проводам на регистре 74HC595.