علامت چرخش DIY خودرو با انیمیشن: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

به تازگی ، الگوهای LED نشانگر متحرک جلو و عقب به یک هنجار در صنعت خودرو تبدیل شده است. این الگوهای LED در حال اجرا اغلب نشان تجاری سازندگان خودرو است و برای زیبایی بصری نیز استفاده می شود. انیمیشن ها می توانند دارای الگوهای مختلف اجرا باشند و می توانند بدون هیچ MCU با استفاده از چندین IC مجزا پیاده سازی شوند.

الزامات اصلی چنین طرح هایی عبارتند از: عملکرد قابل تکرار در حالت عادی ، گزینه ای برای روشن کردن همه LED ها ، مصرف برق کم ، غیرفعال کردن تنظیم کننده LDO مورد استفاده در هنگام خطا ، بارگیری درایور LED قبل از فعال کردن آن و غیره. علاوه بر این ، الزامات می تواند متفاوت باشد از یک تولید کننده به تولید کننده دیگر علاوه بر این ، معمولاً در کاربردهای خودرو ، IC های TSSOP معمولاً به دلیل استحکام در مقایسه با IC های QFN ترجیح داده می شوند ، زیرا مشخص است که این موارد مستعد مشکلات خستگی لحیم کاری هستند ، به ویژه در محیط های سخت. خوشبختانه برای این برنامه خودرو ، Dialog Semiconductor یک CMIC مناسب ، یعنی SLG46620 ، ارائه می دهد که در هر دو بسته QFN و TSSOP موجود است.

همه الزامات الگوهای LED نشانگر متحرک در صنعت خودرو با استفاده از IC های گسسته برآورده می شود. با این حال ، سطح انعطاف پذیری ارائه شده توسط CMIC بی نظیر است و می تواند به راحتی نیازهای مختلف چندین تولید کننده را بدون تغییر در طراحی سخت افزار تامین کند. علاوه بر این ، کاهش قابل توجه رد پای PCB و صرفه جویی در هزینه نیز به دست می آید.

در این دستورالعمل ، شرح مفصلی از دستیابی به الگوهای مختلف چراغ نشانگر متحرک با استفاده از SLG46620 ارائه شده است.

در زیر مراحل مورد نیاز برای درک نحوه برنامه ریزی راه حل برای ایجاد سیگنال چرخش خودرو با انیمیشن را شرح دادیم. با این حال ، اگر فقط می خواهید نتیجه برنامه نویسی را دریافت کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کیت توسعه GreenPAK را به رایانه خود وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا سیگنال چرخش خودرو با انیمیشن ایجاد شود.

مرحله 1: ارزش صنعت

الگوهای علامت راهنمایی نشان داده شده در این دستورالعمل در حال حاضر در صنعت خودرو با استفاده از تعدادی IC مجزا برای کنترل توالی الگوهای LED نشانگر خودرو پیاده سازی شده است. CMIC SLG46620 انتخاب شده حداقل جایگزین اجزای زیر در طراحی صنعتی فعلی می شود:

IC 1 شماره تایمر 555 IC (به عنوان مثال TLC555QDRQ1)

● 1 شماره شمارنده جانسون (به عنوان مثال CD4017)

No. 2 شماره D-Type Flip-Flop مثبت-فعال شده (به عنوان مثال 74HC74)

● 1 شماره OR یا دروازه (به عنوان مثال CAHCT1G32)

● چندین جزء منفعل مانند سلف ، خازن ، مقاومت و غیره

جدول 1 مزیت هزینه بدست آمده با استفاده از CMIC Dialog انتخاب شده را برای الگوهای سیگنال چرخش متوالی چراغ نشانگر در مقایسه با یک راه حل صنعتی فعلی ارائه می دهد.

هزینه CMIC SLG46620 کمتر از 0.50 دلار است ، بنابراین هزینه کل مدارهای کنترل LED به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. علاوه بر این ، کاهش قابل توجهی در ردپای PCB نیز به دست می آید.

مرحله 2: طراحی سیستم

شکل 1 نمودار اولین طرح پیشنهادی را نشان می دهد. اجزای اصلی طرح شامل تنظیم کننده ولتاژ LDO ، درایور LED خودرو ، CMIC SLG46620 ، 11 ماسفت سطح منطقی و 10 LED است. تنظیم کننده ولتاژ LDO اطمینان می دهد که ولتاژ مناسب به CMIC داده می شود و اگر ولتاژ باتری از سطح خاصی کاهش یابد ، CMIC از طریق پین PG (Power Good) تنظیم مجدد می شود. در هر شرایط خطا ، که توسط راننده LED تشخیص داده می شود ، تنظیم کننده ولتاژ LDO غیرفعال می شود. SLG46620 CMIC سیگنال های دیجیتالی را ایجاد می کند تا LED های نشانگر را با نشانگرهای 1 تا 10 از طریق MOSFET بچرخاند. علاوه بر این ، CMIC انتخاب شده همچنین سیگنال فعال سازی برای درایور تک کاناله را ایجاد می کند که به نوبه خود یک MOSFET Q1 را برای بارگیری درایور در حالت جریان ثابت هدایت می کند.

نوع دیگری از این طرح نیز ممکن است ، جایی که از درایور چند کاناله استفاده می شود ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. در این گزینه ، جریان رانندگی هر کانال در مقایسه با درایور تک کانالی کاهش می یابد.

مرحله 3: طراحی GreenPak

یک راه مناسب برای دستیابی به هدف الگوهای LED شاخص انعطاف پذیر ، استفاده از مفهوم ماشین حالت محدود (FSM) است. نیمه هادی دیالوگ چندین CMIC را ارائه می دهد که حاوی یک بلوک ASM داخلی است. با این حال ، متأسفانه همه CMIC های موجود در بسته های QFN برای محیط های سخت توصیه نمی شود. بنابراین SLG46620 انتخاب شده است که در هر دو بسته بندی QFN و TSSOP موجود است.

سه مثال برای سه انیمیشن LED مختلف ارائه شده است. برای دو مثال اول ، درایور تک کانالی را در شکل 1 در نظر می گیریم. در مثال سوم ، فرض می کنیم که درایورهای چند کانالی در دسترس هستند ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است و از هر کانال برای هدایت یک LED جداگانه استفاده می شود. الگوهای دیگر را نیز می توان با استفاده از همان مفهوم بدست آورد.

در طرح نمونه اول ، LED های 1 تا 10 به ترتیب پی در پی روشن می شوند ، هنگامی که یک دوره زمانی قابل برنامه ریزی مشخص به پایان می رسد ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

در مثال دوم ، 2 LED به ترتیب در الگو اضافه می شود ، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 5 نشان می دهد که چگونه LED های متناوب به ترتیب در الگوی سومین طرح پیشنهادی اضافه می شوند.

از آنجا که هیچ بلوک داخلی ASM در SLG46620 موجود نیست ، یک ماشین مور حالت محدود با استفاده از بلوک های موجود یعنی شمارنده ، DFF ها و LUT ها توسعه می یابد. یک دستگاه 16 حالته مور با استفاده از جدول 2 برای سه مثال توسعه یافته است. در جدول 2 ، تمام بیت های وضعیت فعلی و حالت بعدی آورده شده است. علاوه بر این ، بیت برای همه سیگنال های خروجی نیز ارائه شده است. از جدول 2 معادلات حالت بعدی و همه خروجی ها بر حسب بیت های حال حاضر ارزیابی می شود.

در هسته توسعه ماشین 4 بیتی مور 4 بلوک DFF وجود دارد. هر بلوک DFF عملکردی یک بیت از چهار بیت را نشان می دهد: ABCD. هنگامی که سیگنال نشانگر زیاد است (مربوط به سوئیچ نشانگر روشن است) ، در هر پالس ساعت از یک حالت به حالت دیگر لازم است ، در نتیجه الگوهای LED مختلف تولید می شود. از سوی دیگر ، وقتی سیگنال نشانگر کم است ، یک الگوی ثابت ، روشن بودن همه LED ها در هر مثال طراحی ، هدف است.

شکل 3 عملکرد دستگاه توسعه یافته 4 بیتی (ABCD) Moore را برای هر مثال نشان می دهد. ایده اصلی توسعه چنین FSM این است که هر بیت حالت بعدی ، سیگنال فعال و هر سیگنال پین خروجی (اختصاص داده شده برای LED ها) را بر حسب وضعیت فعلی نشان دهد. اینجاست که LUT ها مشارکت می کنند. هر 4 بیت حالت فعلی به LUT های مختلف تغذیه می شوند تا اساساً در حالت بعدی در لبه یک پالس ساعت به سیگنال مورد نیاز برسند. برای پالس ساعت ، شمارنده پیکربندی شده است تا قطار پالس را با یک دوره مناسب ارائه دهد.

برای هر مثال ، هر بیت از حالت بعدی بر اساس وضعیت فعلی با استفاده از معادلات زیر مشتق شده از K-Maps ارزیابی می شود:

A = D '(C' + C (A B) ') و IND + IND'

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

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

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

جایی که IND سیگنال نشانگر را نشان می دهد.

جزئیات بیشتر هر یک از این سه مثال در زیر آورده شده است.

مرحله 4: طراحی مثال 1

معادلات سیگنال فعال و سیگنال های LED رانندگی برای مثال اول ، با روشن شدن پی در پی هر LED با استفاده از طرح شکل 1 ، به شرح زیر است.

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

در شکل 7 ، طرح Matrix-0 GreenPAK مثال 1 نشان داده شده است. 4 DFF برای توسعه ماشین 4 بیتی مور استفاده می شود. DFF ها با گزینه تنظیم مجدد (3 از ماتریس -0 و 1 از ماتریس -1) انتخاب می شوند تا بتوان دستگاه مور را به راحتی تنظیم مجدد کرد. یک شمارنده با دوره زمانی مناسب 72 میلی ثانیه ، پیکربندی شده است تا بعد از هر دوره حالت دستگاه را تغییر دهد. LUT ها با تنظیمات مناسب برای استخراج توابع برای ورودی های DFF ، سیگنال فعال کردن درایور (En) و پین های خروجی: DO1-DO10 استفاده می شوند.

در ماتریس نشان داده شده در شکل 8 ، بقیه منابع GreenPAK برای تکمیل طرح با استفاده از متدولوژی قبلی توضیح داده شده است. اعداد و ارقام از نظر وضوح مناسب برچسب گذاری شده اند.

مرحله 5: طراحی مثال 2

معادلات سیگنال فعال و سیگنال های LED رانندگی برای مثال دوم ، با دو LED که در الگوی متوالی با استفاده از طرح شکل 1 اضافه شده اند ، مانند شکل زیر است.

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

در شکل 9 و شکل 10 ، طرحهای Matrix-0 & 1 GreenPAK مثال 2 ارائه شده است. طرح اصلی مشابه طرح مثال 1 است. تفاوت های عمده ، در مقایسه ، در عملکرد Driver Enable (En) و عدم اتصال DO1 ، DO3 ، DO5 ، DO7 و DO10 است ، که در این طرح کنار گذاشته شده است.

مرحله 6: طراحی مثال 3

معادلات سیگنال فعال و سیگنال های LED رانندگی برای مثال سوم ، که الگوی اضافی متوالی LED را با استفاده از طرح شکل 2 ایجاد می کند ، در زیر آورده شده است.

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

در شکل 11 و شکل 12 ، طرحهای Matrix-0 & 1 GreenPAK مثال 3 ارائه شده است. در این طرح ، دو سیگنال جداگانه Driver Enable Signals (En1 & En2) برای Driver 1 & 2 وجود دارد. علاوه بر این ، پین های خروجی به خروجی LUT های پیکربندی شده مناسب متصل می شوند.

این بخش طراحی GreenPAK مثال 1 ، مثال 2 و مثال 3 را به پایان می رساند.

مرحله 7: نتایج آزمایش

یک روش مناسب برای آزمایش طرح های مثال 1 ، مثال 2 و مثال 3 آزمایش و بازرسی بصری است. رفتار زمانی هر طرح با استفاده از تجزیه و تحلیل منطقی تجزیه و تحلیل شده و نتایج در این بخش ارائه شده است.

شکل 13 رفتار موقتی سیگنالهای خروجی مختلف را برای مثال 1 هر زمان که نشانگر روشن می شود (IND = 1) نشان می دهد. مشاهده می شود که سیگنال های پایه های خروجی DO1-DO5 به طور متوالی بعد از اتمام دوره زمانی دیگر مطابق جدول 2 روشن می شوند. الگوی سیگنال های ارائه شده به پایه های DO6-DO10 نیز مشابه است. هنگامی که هر یک از سیگنال های DO1-DO10 روشن و در غیر این صورت خاموش است ، سیگنال Driver Enable (En) روشن می شود. در حین انیمیشن ، هر زمان که سیگنال نشانگر پایین می رود (IND = 0) ، سیگنال های En و DO10 روشن می شوند و در حد بالا منطقی باقی می مانند. به طور خلاصه ، نتایج الزامات را برآورده می کند و پیشنهادات نظری مثال 1 را تأیید می کند.

در شکل 14 ، نمودار زمان بندی سیگنال های خروجی مختلف برای مثال 2 ، با روشن بودن سیگنال نشانگر (IND = 1) ، نشان داده شده است. مشاهده شده است که سیگنال های پین های خروجی DO1-DO5 به طور متناوب و به دنبال یک دوره زمانی پس از مدتی مطابق با جدول 2 روشن می شوند. پین های DO1 ، DO3 و DO5 پایین می مانند ، در حالی که سیگنال های DO2 و DO4 متناوب می چرخند. به ترتیب الگوهای مشابهی برای DO6-DO10 نیز مشاهده می شود (به دلیل تعداد محدود ورودی های آنالایزر در شکل نشان داده نشده است). هر زمان که هریک از سیگنال های DO1-DO10 روشن باشد ، سیگنال Driver Enable (En) نیز روشن می شود که در غیر این صورت خاموش می ماند. در طول انیمیشن ، هر زمان که سیگنال نشانگر پایین می رود (IND = 0) ، سیگنال های En و DO10 روشن می شوند و در حد منطقی بالا باقی می مانند. نتایج دقیقاً الزامات و ایده های نظری مثال 2 را برآورده می کند.

شکل 15 نمودار زمان بندی سیگنالهای خروجی مختلف برای مثال 3 را نشان می دهد که سیگنال نشانگر روشن است (IND = 1). مشاهده می شود که سیگنال های پایه های خروجی DO1-DO7 همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است روشن می شوند. علاوه بر این ، سیگنال پین DO9 نیز مطابق جدول 2 عمل می کند (در شکل نشان داده نشده است). پین های DO2 ، DO4 ، DO6 ، DO8 ، DO10 پایین می مانند. En1 هر زمان که سیگنالی از DO1 ، DO3 و DO5 روشن باشد و En2 هر زمان که سیگنالی از DO7 و DO9 زیاد شود منطقی می شود. در طول کل انیمیشن ، هر زمان که سیگنال نشانگر پایین باشد (IND = 0) ، تمام سیگنالهای خروجی: En1 ، En2 و DO1-DO10 روشن می شوند و همچنان منطقی باقی می مانند. بنابراین ، می توان نتیجه گرفت که نتایج الزامات و پیشنهادات نظری مثال 3 را برآورده می کند.

نتیجه

شرح مفصلی از طرح های مختلف علامت های راهنمای خودرو با انیمیشن ارائه شده است. یک Dialog CMIC SLG46620 مناسب برای این برنامه انتخاب شده است زیرا در بسته TSSOP موجود است که برای برنامه های صنعتی محیط سخت توصیه می شود. دو طرح اصلی ، با استفاده از رانندگان خودروی تک و چند کاناله ، برای توسعه مدلهای انیمیشن LED متوالی انعطاف پذیر ارائه شده است. مدلهای مناسب ماشین محدود مور ماشین برای ایجاد انیمیشن های مورد نظر توسعه می یابد. برای اعتبار سنجی مدل توسعه یافته ، آزمایش مناسب انجام شده است. ثابت شده است که عملکرد مدلهای توسعه یافته با طرح نظری موافق است.