DIY Automotive richtingaanwijzer met animatie - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Onlangs zijn geanimeerde LED-patronen voor en achter een norm geworden in de auto-industrie. Deze lopende LED-patronen vertegenwoordigen vaak een handelsmerk van de autofabrikanten en worden ook gebruikt voor visuele esthetiek. De animaties kunnen verschillende looppatronen hebben en kunnen worden geïmplementeerd zonder enige MCU met behulp van verschillende discrete IC's.

De belangrijkste vereisten van dergelijke ontwerpen zijn: reproduceerbare prestaties tijdens normaal bedrijf, een optie om alle LED's aan te zetten, laag stroomverbruik, het uitschakelen van de gebruikte LDO-regelaar tijdens een storing, het laden van de LED-driver voordat deze wordt ingeschakeld enz. Bovendien kunnen de vereisten variëren van de ene fabrikant naar de andere. Bovendien hebben TSSOP IC's meestal in automobieltoepassingen de voorkeur vanwege hun robuustheid in vergelijking met QFN IC's, aangezien bekend is dat deze gevoelig zijn voor problemen met soldeermoeheid, vooral in ruwe omgevingen. Gelukkig voor deze automobieltoepassing biedt Dialog Semiconductor een geschikte CMIC, namelijk SLG46620, beschikbaar in zowel QFN- als TSSOP-pakketten.

Aan alle vereisten voor de geanimeerde LED-patronen voor indicatielampjes wordt momenteel in de auto-industrie voldaan met behulp van discrete IC's. Het niveau van flexibiliteit dat CMIC biedt is echter ongeëvenaard en kan gemakkelijk voldoen aan de verschillende eisen van verschillende fabrikanten zonder enige verandering in het hardware-ontwerp. Bovendien wordt een aanzienlijke vermindering van de PCB-voetafdruk en kostenbesparingen bereikt.

In deze Instructable wordt een gedetailleerde beschrijving gegeven van het bereiken van verschillende geanimeerde indicatielampjespatronen met behulp van SLG46620.

Hieronder hebben we de stappen beschreven die nodig zijn om te begrijpen hoe de oplossing is geprogrammeerd om de richtingaanwijzer voor auto's met animatie te maken. Als u echter alleen het resultaat van het programmeren wilt hebben, download dan GreenPAK-software om het reeds voltooide GreenPAK-ontwerpbestand te bekijken. Sluit de GreenPAK Development Kit aan op uw computer en druk op programma om de richtingaanwijzer voor auto's met animatie te maken.

Stap 1: Industriewaarde

De richtingaanwijzerpatronen die in deze Instructable worden getoond, worden momenteel geïmplementeerd in de auto-industrie met behulp van een aantal discrete IC's om de volgorde van LED-patronen voor auto-indicatoren te regelen. De geselecteerde CMIC SLG46620 zou in het huidige industriële ontwerp in ieder geval de volgende componenten vervangen:

● 1 Nr. 555 Timer-IC (bijv. TLC555QDRQ1)

● 1 nr. Johnson-teller (bijv. CD4017)

● 2 Nr. D-type flip-flop met positieve rand (bijv. 74HC74)

● 1 Nr. OF-poort (bijv. CAHCT1G32)

● Verschillende passieve componenten, d.w.z. spoelen, condensatoren, weerstanden enz.

Tabel 1 geeft het kostenvoordeel weer dat wordt verkregen door gebruik te maken van de geselecteerde Dialog CMIC, voor de sequentiële richtingaanwijzerpatronen van de knipperlichten, in vergelijking met een huidige industriële oplossing.

De geselecteerde CMIC SLG46620 zou minder dan $ 0,50 kosten, dus de totale kosten van de LED-besturingsschakelingen nemen aanzienlijk af. Bovendien wordt ook een aanzienlijke reductie van de vergelijkende PCB-voetafdruk bereikt.

Stap 2: Systeemontwerp

Figuur 1 toont het diagram van het eerste voorgestelde schema. De belangrijkste componenten van het schema zijn een LDO-spanningsregelaar, een LED-driver voor auto's, een CMIC SLG46620, 11 MOSFET's op logisch niveau en 10 LED's. De LDO-spanningsregelaar zorgt ervoor dat de CMIC van de juiste spanning wordt voorzien en als de batterijspanning vanaf een bepaald niveau daalt, wordt de CMIC gereset via de PG-pin (Power Good). Tijdens elke foutconditie, gedetecteerd door de LED-driver, wordt de LDO-spanningsregelaar uitgeschakeld. De SLG46620 CMIC genereert de digitale signalen om de richtingaanwijzer-LED's met het label 1-10 door de MOSFET's te sturen. Bovendien produceert de geselecteerde CMIC ook het activeringssignaal voor de enkelkanaals driver die op zijn beurt een MOSFET Q1 aandrijft om de driver te laden die in constante stroommodus draait.

Een variant van dit schema is ook mogelijk, waarbij een meerkanaalsaandrijver wordt gebruikt, zoals weergegeven in figuur 2. Bij deze optie neemt de stuurstroom van elk kanaal af in vergelijking met de enkelkanaalsaandrijver.

Stap 3: GreenPak-ontwerp

Een geschikte manier om het doel van flexibele indicator-LED-patronen te bereiken, is het gebruik van een Finite State Machine (FSM)-concept. Dialog halfgeleider biedt verschillende CMIC's die een ingebouwd ASM-blok bevatten. Helaas zijn al die CMIC's die beschikbaar zijn in QFN-pakketten niet aanbevolen voor ruwe omgevingen. Er is dus gekozen voor de SLG46620 die verkrijgbaar is in zowel QFN- als TSSOP-verpakkingen.

Er worden drie voorbeelden gegeven voor drie verschillende LED-animaties. Voor de eerste twee voorbeelden beschouwen we een enkelkanaals driver zoals getoond in figuur 1. Voor het derde voorbeeld nemen we aan dat er meerdere kanaals drivers beschikbaar zijn, zoals getoond in figuur 2, en elk kanaal wordt gebruikt om een aparte LED aan te sturen. Met hetzelfde concept kunnen ook andere patronen worden verkregen.

In het eerste voorbeeldontwerp worden de LED's van 1-10 achtereenvolgens ingeschakeld nadat een bepaalde programmeerbare tijdsperiode is verstreken, zoals weergegeven in afbeelding 3.

In het tweede voorbeeldontwerp worden achtereenvolgens 2 LED's toegevoegd in het patroon zoals weergegeven in afbeelding 4.

Afbeelding 5 laat zien hoe alternatieve LED's opeenvolgend worden toegevoegd aan het patroon in het derde voorgestelde ontwerp.

Aangezien er geen ingebouwd ASM-blok beschikbaar is in SLG46620, is een Finite State Moore-machine ontwikkeld met behulp van de beschikbare blokken, namelijk teller, DFF's en LUT's. Een Moore-machine met 16 toestanden is ontwikkeld met behulp van tabel 2 voor de drie voorbeelden. In Tabel 2 worden alle bits van de huidige toestand en de volgende toestand gegeven. Bovendien worden ook de bits voor alle uitgangssignalen geleverd. Uit Tabel 2 worden de vergelijkingen van de volgende toestand en alle uitgangen geëvalueerd in termen van de huidige toestandsbits.

De kern van de ontwikkeling van 4-bit Moore Machine zijn 4 DFF-blokken. Elk DFF-blok vertegenwoordigt functioneel één bit van de vier bits: ABCD. Wanneer het indicatorsignaal hoog is (overeenkomend met een aan-indicatorschakelaar), is bij elke klokpuls een overgang van de ene toestand naar de volgende vereist, waardoor verschillende LED-patronen worden gegenereerd. Aan de andere kant, wanneer het indicatorsignaal laag is, is een stationair patroon met alle LED's in elk ontwerpvoorbeeld het doel.

Figuur 3 toont de functionaliteit van de ontwikkelde 4-bit (ABCD) Moore Machine voor elk voorbeeld. Het basisidee van de ontwikkeling van een dergelijke FSM is om elk bit van de volgende toestand, het activeringssignaal en elk uitgangspinsignaal (toegewezen aan de LED's) in termen van de huidige toestand weer te geven. Hier dragen de LUT's aan bij. Alle 4 bits van de huidige toestand worden toegevoerd aan verschillende LUT's om in principe het vereiste signaal te verkrijgen in de volgende toestand aan de rand van een klokpuls. Voor de klokpuls is een teller geconfigureerd om een pulstrein van een geschikte periode te voorzien.

Voor elk voorbeeld wordt elk bit van de volgende toestand geëvalueerd in termen van de huidige toestand met behulp van de volgende vergelijkingen afgeleid van K-Maps:

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

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

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

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

waarbij IND staat voor het knipperlicht.

Verdere details van elk van de drie voorbeelden worden hieronder gegeven.

Stap 4: Ontwerpvoorbeeld 1

De vergelijkingen van het activeringssignaal en de LED-aandrijfsignalen voor het eerste voorbeeld, waarbij elke LED opeenvolgend wordt ingeschakeld met behulp van het schema in Afbeelding 1, zijn zoals hieronder weergegeven.

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

In figuur 7 wordt het Matrix-0 GreenPAK-ontwerp van voorbeeld 1 getoond. 4 DFF's worden gebruikt om de 4-bit Moore Machine te ontwikkelen. DFF's met reset-optie (3 van Matrix-0 en 1 van Matrix-1) zijn geselecteerd zodat de Moore Machine gemakkelijk kan worden gereset. Een teller, met een geschikte tijdsperiode van 72 mS, is geconfigureerd om de toestand van de Machine na elke periode te wijzigen. LUT's met de juiste configuraties worden gebruikt om functies af te leiden voor de DFF's-ingangen, Driver Enable Signal (En), en de uitgangspinnen: DO1-DO10.

In de matrix die wordt getoond in figuur 8, worden de rest van de GreenPAK-bronnen gebruikt om het ontwerp te voltooien met behulp van de eerder beschreven methodologie. De figuren zijn voor de duidelijkheid op de juiste manier gelabeld.

Stap 5: Ontwerpvoorbeeld 2

De vergelijkingen van het activeringssignaal en de LED-aandrijfsignalen voor het 2e voorbeeld, met twee LED's die het sequentiële patroon toevoegen met behulp van het schema in figuur 1, zijn zoals hieronder weergegeven.

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

In Afbeelding 9 en Afbeelding 10 worden de Matrix-0 & 1 GreenPAK-ontwerpen van Voorbeeld 2 weergegeven. Het basisontwerp is vergelijkbaar met het ontwerp van voorbeeld 1. De grote verschillen zitten daarentegen in de Driver Enable (En) functie en geen aansluitingen van DO1, DO3, DO5, DO7 en DO10, die in dit ontwerp naar beneden worden getrokken.

Stap 6: Ontwerpvoorbeeld 3

De vergelijkingen van het activeringssignaal en de LED-aandrijfsignalen voor het 3e voorbeeld, waarbij een alternatief LED-sequentieel optellingspatroon wordt gegenereerd met behulp van het schema in figuur 2, worden hieronder gegeven.

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

En2 = (AB'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 = DA (C' B + C)

DO8 = A B C D

DO9 = D A B

DO10 = A B C D

In Afbeelding 11 en Afbeelding 12 worden de Matrix-0 & 1 GreenPAK-ontwerpen van Voorbeeld 3 weergegeven. In dit ontwerp zijn er twee afzonderlijke Driver Enable-signalen (En1 & En2) voor Driver 1 & 2. Bovendien zijn de uitgangspinnen verbonden met de uitgangen van correct geconfigureerde LUT's.

Hiermee is het GreenPAK-ontwerpgedeelte van Voorbeeld 1, Voorbeeld 2 en Voorbeeld 3 afgesloten.

Stap 7: Experimenteerresultaten

Een gemakkelijke manier om de ontwerpen van Voorbeeld 1, Voorbeeld 2 en Voorbeeld 3 te testen is experimenteren en visuele inspectie. Het temporele gedrag van elk schema wordt geanalyseerd met behulp van een logische analysator en de resultaten worden in deze sectie gepresenteerd.

Afbeelding 13 toont het temporele gedrag van verschillende uitgangssignalen voor voorbeeld 1 wanneer de indicator wordt ingeschakeld (IND=1). Opgemerkt kan worden dat de signalen voor de uitgangspinnen DO1-DO5 opeenvolgend na elkaar worden ingeschakeld nadat een ingestelde tijdsperiode is verstreken in overeenstemming met Tabel 2. Het patroon van de signalen die aan de pinnen DO6-DO10 worden geleverd, is ook vergelijkbaar. Het signaal Driver Enable (En) gaat aan wanneer een van de signalen DO1-DO10 is ingeschakeld en anders is het uitgeschakeld. Tijdens de animatie, wanneer het indicatorsignaal laag wordt (IND=0), gaan de En- en DO10-signalen aan en blijven logisch hoog. Kortom, de resultaten voldoen aan de eisen en valideren de theoretische voorstellen voor voorbeeld 1.

In figuur 14 wordt het timingdiagram van verschillende uitgangssignalen voor voorbeeld 2, met het indicatorsignaal ingeschakeld (IND=1), weergegeven. Opgemerkt wordt dat de signalen voor de uitgangspinnen DO1-DO5 na enige tijd beurtelings in een volgorde worden ingeschakeld in overeenstemming met tabel 2. De pinnen DO1, DO3 en DO5 blijven laag, terwijl de signalen voor de DO2 en DO4 afwisselend draaien op volgorde. Dezelfde patronen voor DO6-DO10 worden ook waargenomen (niet weergegeven in de afbeelding vanwege het beperkte aantal analysatoringangen). Telkens wanneer een van de signalen DO1-DO10 is ingeschakeld, wordt ook het signaal Driver Enable (En) ingeschakeld, dat anders uit blijft. Wanneer het indicatorsignaal tijdens de animatie laag wordt (IND=0), gaan de En- en DO10-signalen aan en blijven logisch hoog. De resultaten voldoen precies aan de eisen en de theoretische ideeën voor voorbeeld 2.

Afbeelding 15 toont het timingdiagram van verschillende uitgangssignalen voor voorbeeld 3, met het indicatorsignaal ingeschakeld (IND=1). Opgemerkt kan worden dat de signalen voor de uitgangspinnen DO1-DO7 worden ingeschakeld zoals weergegeven in tabel 2. Bovendien gedraagt het signaal van pin DO9 zich ook volgens tabel 2 (niet weergegeven op afbeelding). Pinnen DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 blijven laag. De En1 wordt logisch hoog wanneer een signaal van DO1, DO3 en DO5 aan is en En2 wordt logisch hoog wanneer een signaal van DO7 en DO9 hoog wordt. Tijdens de gehele animatie, wanneer het indicatorsignaal laag wordt (IND=0), gaan alle uitgangssignalen: En1, En2 en DO1-DO10 aan en blijven logisch hoog. Daarom kan worden geconcludeerd dat de resultaten voldoen aan de vereisten en de theoretische voorstellen voor voorbeeld 3.

Conclusie

Er is een gedetailleerde beschrijving gegeven van verschillende richtingaanwijzerschema's voor auto's met animatie. Voor deze toepassing werd een geschikte Dialog CMIC SLG46620 gekozen, aangezien deze ook verkrijgbaar is in een TSSOP-pakket, wat aan te raden is voor industriële toepassingen in ruwe omgevingen. Er worden twee belangrijke schema's gepresenteerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van enkel- en meerkanaals autostuurprogramma's, om flexibele sequentiële LED-animatiemodellen te ontwikkelen. Passende Finite State Moore Machine-modellen worden ontwikkeld om de gewenste animaties te genereren. Voor de validatie van het ontwikkelde model is er handig geëxperimenteerd. Vast staat dat de functionaliteit van de ontwikkelde modellen overeenkomt met het theoretische ontwerp.