Segnale di svolta automobilistico fai-da-te con animazione: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Recentemente, i modelli di LED anteriori e posteriori degli indicatori animati sono diventati una norma nell'industria automobilistica. Questi modelli di LED in esecuzione rappresentano spesso un marchio di fabbrica dei produttori automobilistici e vengono utilizzati anche per l'estetica visiva. Le animazioni possono essere di diversi modelli di esecuzione e possono essere implementate senza alcun MCU utilizzando diversi circuiti integrati discreti.

I requisiti principali di tali progetti sono: prestazioni riproducibili durante il normale funzionamento, un'opzione per forzare l'accensione di tutti i LED, basso consumo energetico, disabilitare il regolatore LDO utilizzato durante un guasto, caricare il driver LED prima di abilitarlo, ecc. Inoltre, i requisiti possono variare da un produttore all'altro. Inoltre, di solito nelle applicazioni automobilistiche, i circuiti integrati TSSOP sono generalmente preferiti a causa della loro robustezza rispetto ai circuiti integrati QFN poiché sono noti per essere soggetti a problemi di fatica della saldatura, specialmente in ambienti difficili. Fortunatamente per questa applicazione automobilistica, Dialog Semiconductor fornisce un CMIC adatto, ovvero SLG46620, disponibile in entrambi i pacchetti QFN e TSSOP.

Tutti i requisiti per i modelli di LED indicatori animati sono attualmente soddisfatti nell'industria automobilistica utilizzando circuiti integrati discreti. Tuttavia, il livello di flessibilità fornito da CMIC non ha eguali e può facilmente soddisfare le diverse esigenze di diversi produttori senza alcun cambiamento nella progettazione dell'hardware. Inoltre, si ottengono anche una significativa riduzione dell'ingombro del PCB e risparmi sui costi.

In questo Instructable, viene presentata una descrizione dettagliata di come ottenere diversi modelli di indicatori luminosi animati utilizzando SLG46620.

Di seguito abbiamo descritto i passaggi necessari per capire come è stata programmata la soluzione per creare l'indicatore di direzione automobilistico con animazione. Tuttavia, se desideri solo ottenere il risultato della programmazione, scarica il software GreenPAK per visualizzare il file di progettazione GreenPAK già completato. Collega il kit di sviluppo GreenPAK al tuo computer e premi il programma per creare l'indicatore di direzione automobilistico con l'animazione.

Passaggio 1: valore del settore

I modelli di indicatori di direzione mostrati in questo Instructable sono attualmente implementati nell'industria automobilistica utilizzando un numero di circuiti integrati discreti per controllare la sequenza dei modelli di LED degli indicatori automobilistici. Il CMIC SLG46620 selezionato dovrebbe sostituire almeno i seguenti componenti nell'attuale design industriale:

● 1 CI timer n. 555 (ad es. TLC555QDRQ1)

● 1 contatore Johnson n. (ad es. CD4017)

● 2 flip-flop di tipo D con trigger sul fronte positivo (ad es. 74HC74)

● 1 n° OR porta (es. CAHCT1G32)

● Diversi componenti passivi, ad esempio induttori, condensatori, resistori, ecc.

La tabella 1 fornisce il vantaggio di costo ottenuto utilizzando il Dialog CMIC selezionato, per i modelli di indicatori di direzione sequenziali dell'indicatore luminoso, rispetto a una soluzione industriale attuale.

Il CMIC SLG46620 selezionato costerebbe meno di $ 0,50, quindi il costo totale del circuito di controllo dei LED diminuisce in modo significativo. Inoltre, si ottiene anche una significativa riduzione dell'impronta di PCB comparativa.

Passaggio 2: progettazione del sistema

La figura 1 mostra lo schema del primo schema proposto. I componenti principali dello schema includono un regolatore di tensione LDO, un driver LED per autoveicoli, un CMIC SLG46620, 11 MOSFET a livello logico e 10 LED. Il regolatore di tensione LDO assicura che la tensione appropriata sia fornita al CMIC e se la tensione della batteria scende da un certo livello, il CMIC viene ripristinato tramite il pin PG (Power Good). Durante qualsiasi condizione di guasto, rilevata dal driver LED, il regolatore di tensione LDO viene disabilitato. Il CMIC SLG46620 genera i segnali digitali per guidare i LED di rotazione dell'indicatore etichettati 1-10 attraverso i MOSFET. Inoltre, il CMIC selezionato produce anche il segnale di abilitazione per il driver a canale singolo che a sua volta pilota un MOSFET Q1 per caricare il driver in esecuzione in modalità corrente costante.

È anche possibile una variante di questo schema, dove viene impiegato un driver a più canali, come mostrato in Figura 2. In questa opzione, la corrente di pilotaggio di ciascun canale si riduce rispetto al driver a canale singolo.

Passaggio 3: progettazione GreenPak

Un modo adatto per raggiungere l'obiettivo di modelli di LED indicatori flessibili consiste nell'utilizzare un concetto di macchina a stati finiti (FSM). Il semiconduttore di dialogo fornisce diversi CMIC che contengono un blocco ASM integrato. Tuttavia, sfortunatamente tutti quei CMIC disponibili nei pacchetti QFN non sono consigliati per ambienti difficili. Quindi viene scelto SLG46620, disponibile sia nella confezione QFN che TSSOP.

Vengono presentati tre esempi per tre diverse animazioni LED. Per i primi due esempi, consideriamo un driver a canale singolo come mostrato nella Figura 1. Per il terzo esempio, assumiamo che siano disponibili driver a più canali, come mostrato nella Figura 2, e ogni canale viene utilizzato per pilotare un LED separato. Altri modelli possono anche essere ottenuti usando lo stesso concetto.

Nel primo esempio, i LED da 1 a 10 vengono accesi in sequenza uno dopo l'altro una volta trascorso un determinato periodo di tempo programmabile, come mostrato nella Figura 3.

Nel secondo progetto di esempio, 2 LED vengono aggiunti in sequenza nello schema come mostrato nella Figura 4.

La Figura 5 illustra come i LED alternativi vengono aggiunti in sequenza nel modello nel terzo progetto proposto.

Poiché in SLG46620 non è disponibile alcun blocco integrato di ASM, viene sviluppata una macchina Moore a stati finiti utilizzando i blocchi disponibili, ovvero contatore, DFF e LUT. Viene sviluppata una Moore Machine a 16 stati utilizzando la Tabella 2 per i tre esempi. Nella tabella 2 sono riportati tutti i bit dello stato presente e dello stato successivo. Inoltre, sono forniti anche i bit per tutti i segnali di uscita. Dalla Tabella 2 le equazioni dello stato successivo e tutte le uscite sono valutate in termini di bit di stato attuale.

Al centro dello sviluppo della Moore Machine a 4 bit ci sono 4 blocchi DFF. Ciascun blocco DFF rappresenta funzionalmente un bit dei quattro bit: ABCD. Quando il segnale dell'indicatore è alto (corrispondente a un interruttore dell'indicatore acceso), è richiesta una transizione da uno stato al successivo ad ogni impulso di clock, generando così diversi modelli di LED come risultato. D'altra parte, quando il segnale dell'indicatore è basso, l'obiettivo è uno schema fisso, con tutti i LED accesi in ogni esempio di progettazione.

La Figura 3 mostra la funzionalità della Moore Machine a 4 bit (ABCD) sviluppata per ogni esempio. L'idea alla base dello sviluppo di tale FSM è quella di rappresentare ogni bit dello stato successivo, il segnale di abilitazione e ogni segnale di pin di uscita (assegnato per i LED) in termini di stato presente. È qui che contribuiscono le LUT. Tutti i 4 bit dello stato attuale vengono inviati a diverse LUT per ottenere sostanzialmente il segnale richiesto nello stato successivo al fronte di un impulso di clock. Per l'impulso di clock, un contatore è configurato per fornire un treno di impulsi con un periodo adatto.

Per ogni esempio, ogni bit dello stato successivo viene valutato in termini di stato attuale utilizzando le seguenti equazioni derivate da K-Maps:

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

B = C' D + C D' (LA 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'

dove IND rappresenta il segnale dell'indicatore.

Ulteriori dettagli di ciascuno dei tre esempi sono forniti di seguito.

Passaggio 4: Esempio di progettazione 1

Le equazioni del segnale di abilitazione e dei segnali di pilotaggio dei LED per il 1° esempio, con ogni LED che si accende in sequenza utilizzando lo schema in Figura 1, sono mostrate di seguito.

En = LA + LA' SI (DO+RE)

DO1 = LA' SI DO' DO

DO2 = A' B C D'

DO3 = LA' SI DO

DO4 = LA B' C' D'

DO5 = LA SI' DO' RE

DO6 = LA B' C D'

DO7 = LA SI' DO RE

DO8 = A B C' D'

DO9 = LA B DO' RE

DO10 = A B C

Nella Figura 7 è mostrato il progetto Matrix-0 GreenPAK dell'Esempio 1. 4 DFF vengono utilizzati per sviluppare la Moore Machine a 4 bit. I DFF con l'opzione di ripristino (3 da Matrix-0 e 1 da Matrix-1) sono selezionati in modo che la Moore Machine possa essere ripristinata comodamente. Un contatore, con un opportuno periodo di tempo di 72 mS, è configurato per cambiare lo stato della Macchina dopo ogni periodo. Le LUT con le configurazioni appropriate vengono utilizzate per derivare le funzioni per gli ingressi DFF, il segnale di abilitazione del driver (En) e i pin di uscita: DO1-DO10.

In Matrix mostrato nella Figura 8, il resto delle risorse GreenPAK viene utilizzato per completare il progetto utilizzando la metodologia descritta in precedenza. Le figure sono opportunamente etichettate per chiarezza.

Passaggio 5: Esempio di progettazione 2

Le equazioni del segnale di abilitazione e dei segnali di pilotaggio dei LED per il 2° esempio, con l'aggiunta di due LED nello schema sequenziale utilizzando lo schema in Figura 1, sono mostrate di seguito.

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 = LA B' C' D'

DO5 = 0

DO6 = LA B' C D'

DO7 = 0

DO8 = A B C' D'

DO9 = 0

DO10 = A B C

Nella Figura 9 e nella Figura 10, sono presentati i progetti Matrix-0 e 1 GreenPAK dell'Esempio 2. Il design di base è simile al design dell'Esempio 1. Le principali differenze, in confronto, sono nella funzione Driver Enable (En) e nessuna connessione di DO1, DO3, DO5, DO7 e DO10, che vengono abbassate in questo progetto.

Passaggio 6: Esempio di progettazione 3

Di seguito sono riportate le equazioni del segnale di abilitazione e dei segnali di pilotaggio dei LED per il 3° esempio, che generano uno schema di addizione sequenziale alternato di LED utilizzando lo schema in Figura 2.

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

En2 = (LA B' C + LA 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 = RE LA (DO' SI + DO)

DO8 = LA B C D

DO9 = RE LA SI

DO10 = A B C D

Nella Figura 11 e nella Figura 12 sono presentati i progetti Matrix-0 e 1 GreenPAK dell'Esempio 3. In questo progetto, ci sono due segnali di abilitazione driver separati (En1 e En2) per il driver 1 e 2. Inoltre, i pin di uscita sono collegati alle uscite di LUT opportunamente configurate.

Questo conclude la parte di progettazione GreenPAK dell'Esempio 1, dell'Esempio 2 e dell'Esempio 3.

Passaggio 7: risultati della sperimentazione

Un modo conveniente per testare i progetti dell'Esempio 1, dell'Esempio 2 e dell'Esempio 3 è la sperimentazione e l'ispezione visiva. Il comportamento temporale di ogni schema viene analizzato utilizzando un analizzatore logico ei risultati sono presentati in questa sezione.

La Figura 13 mostra il comportamento temporale dei diversi segnali di uscita per l'Esempio 1 ogni volta che l'indicatore è acceso (IND=1). Si può osservare che i segnali per i pin di uscita DO1-DO5 si accendono in sequenza uno dopo l'altro allo scadere di un periodo di tempo impostato secondo la Tabella 2. Anche lo schema dei segnali forniti ai pin DO6-DO10 è simile. Il segnale Driver Enable (En) si accende quando uno dei segnali DO1-DO10 è acceso, altrimenti è spento. Durante l'animazione, ogni volta che il segnale dell'indicatore diventa basso (IND=0), i segnali En e DO10 si accendono e rimangono logici alti. In breve, i risultati soddisfano i requisiti e convalidano le proposte teoriche per l'Esempio 1.

Nella Figura 14, è illustrato il diagramma temporale di diversi segnali di uscita per l'Esempio 2, con il segnale dell'indicatore acceso (IND=1). Si osserva che i segnali per i pin di uscita DO1-DO5 vengono accesi alternativamente in sequenza dopo un certo periodo di tempo in accordo con la Tabella 2. I pin DO1, DO3 e DO5 rimangono bassi, mentre i segnali per DO2 e DO4 si attivano alternativamente in sequenza. Si osservano anche gli stessi schemi per DO6-DO10 (non mostrati in figura a causa del numero limitato di ingressi dell'analizzatore). Ogni volta che uno dei segnali DO1-DO10 è acceso, si accende anche il segnale Driver Enable (En) che altrimenti rimane spento. Durante l'animazione, ogni volta che il segnale dell'indicatore diventa basso (IND=0), i segnali En e DO10 si accendono e rimangono logici alti. I risultati soddisfano esattamente i requisiti e le idee teoriche per l'Esempio 2.

La Figura 15 mostra il diagramma temporale di diversi segnali di uscita per l'Esempio 3, con il segnale dell'indicatore acceso (IND=1). Si può osservare che i segnali per i pin di uscita DO1-DO7 si accendono come mostrato in Tabella 2. Inoltre, anche il segnale del pin DO9 si comporta secondo la Tabella 2 (non mostrato in figura). I pin DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 rimangono bassi. En1 diventa alto logico ogni volta che un segnale da DO1, DO3 e DO5 è attivo e En2 diventa alto logico ogni volta che un segnale da DO7 e DO9 diventa alto. Durante l'intera animazione, ogni volta che il segnale dell'indicatore diventa basso (IND=0), tutti i segnali di uscita: En1, En2 e DO1-DO10 si accendono e rimangono logici alti. Pertanto, si può concludere che i risultati soddisfano i requisiti e le proposte teoriche per l'Esempio 3.

Conclusione

È stata presentata una descrizione dettagliata di vari schemi di indicatori di direzione automobilistici con animazione. Per questa applicazione è stato scelto un Dialog CMIC SLG46620 adatto poiché è disponibile anche nel pacchetto TSSOP, consigliato per le applicazioni industriali in ambienti difficili. Vengono presentati due schemi principali, che utilizzano driver automobilistici a canale singolo e multiplo, per sviluppare modelli di animazione LED sequenziali flessibili. Vengono sviluppati modelli di macchine Moore a stati finiti appropriati per generare le animazioni desiderate. Per la validazione del modello sviluppato è stata effettuata una comoda sperimentazione. È stabilito che la funzionalità dei modelli sviluppati concorda con il disegno teorico.