DIY Kfz-Blinker mit Animation - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

In letzter Zeit sind animierte LED-Muster für die vorderen und hinteren Blinker in der Automobilindustrie zur Norm geworden. Diese laufenden LED-Muster stellen oft ein Markenzeichen der Automobilhersteller dar und werden auch für die optische Ästhetik verwendet. Die Animationen können unterschiedliche Laufmuster aufweisen und können ohne MCU mit mehreren diskreten ICs implementiert werden.

Die Hauptanforderungen solcher Designs sind: reproduzierbare Leistung während des normalen Betriebs, eine Option zum Erzwingen aller LEDs, geringer Stromverbrauch, Deaktivieren des verwendeten LDO-Reglers während eines Fehlers, Laden des LED-Treibers vor dem Aktivieren usw. Darüber hinaus können die Anforderungen variieren von einem Hersteller zum anderen. Darüber hinaus werden TSSOP-ICs normalerweise in Automobilanwendungen aufgrund ihrer Robustheit im Vergleich zu QFN-ICs bevorzugt, da diese bekanntermaßen anfällig für Lötermüdungsprobleme sind, insbesondere in rauen Umgebungen. Glücklicherweise bietet Dialog Semiconductor für diese Automobilanwendung ein geeignetes CMIC, nämlich SLG46620, das sowohl in QFN- als auch in TSSOP-Gehäusen erhältlich ist.

Alle Anforderungen an die animierten Anzeige-LED-Muster werden derzeit in der Automobilindustrie mit diskreten ICs erfüllt. Die von CMIC gebotene Flexibilität ist jedoch unübertroffen und kann ohne Änderung des Hardware-Designs problemlos auf die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Hersteller eingehen. Darüber hinaus werden auch eine signifikante Reduzierung des PCB-Footprints und Kosteneinsparungen erreicht.

In diesem Instructable wird eine detaillierte Beschreibung zum Erreichen verschiedener animierter Anzeigelichtmuster mit SLG46620 vorgestellt.

Im Folgenden haben wir die erforderlichen Schritte beschrieben, um zu verstehen, wie die Lösung programmiert wurde, um den Fahrzeugblinker mit Animation zu erstellen. Wenn Sie jedoch nur das Ergebnis der Programmierung erhalten möchten, laden Sie die GreenPAK-Software herunter, um die bereits fertige GreenPAK-Designdatei anzuzeigen. Schließen Sie das GreenPAK Development Kit an Ihren Computer an und klicken Sie auf das Programm, um den Autoblinker mit Animation zu erstellen.

Schritt 1: Branchenwert

Die in diesem Instructable gezeigten Blinkermuster werden derzeit in der Automobilindustrie unter Verwendung einer Reihe von diskreten ICs implementiert, um die Abfolge von LED-Mustern für Kraftfahrzeuganzeiger zu steuern. Das gewählte CMIC SLG46620 würde im aktuellen Industriedesign mindestens folgende Komponenten ersetzen:

● 1 Nr. 555 Timer-IC (z. B. TLC555QDRQ1)

● 1 Nr. Johnson-Zähler (z. B. CD4017)

● 2 Nr. D-Typ Positive-Edge-Triggered Flip-Flop (z. B. 74HC74)

● 1 Nr. ODER-Gatter (z. B. CAHCT1G32)

● Mehrere passive Komponenten, d. h. Induktivitäten, Kondensatoren, Widerstände usw.

Tabelle 1 zeigt den Kostenvorteil, der durch die Verwendung des ausgewählten Dialog CMIC für die sequenziellen Blinkmuster der Blinker im Vergleich zu einer aktuellen industriellen Lösung erzielt wird.

Das ausgewählte CMIC SLG46620 würde weniger als 0,50 US-Dollar kosten, sodass die Gesamtkosten der LED-Steuerungsschaltung erheblich sinken. Darüber hinaus wird auch eine signifikante Reduzierung des PCB-Footprints erreicht.

Schritt 2: Systemdesign

Abbildung 1 zeigt das Diagramm des ersten vorgeschlagenen Schemas. Zu den Hauptkomponenten des Schemas gehören ein LDO-Spannungsregler, ein LED-Treiber für die Automobilindustrie, ein CMIC SLG46620, 11 MOSFETs mit Logikpegel und 10 LEDs. Der LDO-Spannungsregler stellt sicher, dass dem CMIC eine angemessene Spannung zugeführt wird und wenn die Batteriespannung unter einen bestimmten Wert abfällt, wird der CMIC über den PG (Power Good)-Pin zurückgesetzt. Während eines vom LED-Treiber erkannten Fehlerzustands wird der LDO-Spannungsregler deaktiviert. Das SLG46620 CMIC erzeugt die digitalen Signale, um die mit 1-10 gekennzeichneten Blinker-LEDs durch die MOSFETs zu treiben. Darüber hinaus erzeugt der ausgewählte CMIC auch das Freigabesignal für den Einkanaltreiber, der wiederum einen MOSFET Q1 ansteuert, um den im Konstantstrommodus laufenden Treiber zu laden.

Eine Variante dieses Schemas ist auch möglich, bei der ein Mehrkanaltreiber verwendet wird, wie in Abbildung 2 gezeigt. Bei dieser Option verringert sich der Treiberstrom jedes Kanals im Vergleich zum Einkanaltreiber.

Schritt 3: GreenPak-Design

Ein geeigneter Weg, um das Ziel flexibler LED-Anzeigemuster zu erreichen, ist die Verwendung eines Finite State Machine (FSM)-Konzepts. Dialog Halbleiter bietet mehrere CMICs, die einen eingebauten ASM-Block enthalten. Leider sind alle diese CMICs in QFN-Gehäusen erhältlich und werden nicht für raue Umgebungen empfohlen. Daher wird SLG46620 gewählt, das sowohl in QFN- als auch in TSSOP-Gehäusen erhältlich ist.

Es werden drei Beispiele für drei verschiedene LED-Animationen vorgestellt. Für die ersten beiden Beispiele betrachten wir einen Einzelkanaltreiber, wie in Abbildung 1 gezeigt. Für das dritte Beispiel gehen wir davon aus, dass mehrere Kanaltreiber verfügbar sind, wie in Abbildung 2 gezeigt, und jeder Kanal wird verwendet, um eine separate LED anzusteuern. Andere Muster können auch unter Verwendung des gleichen Konzepts erhalten werden.

Im ersten Beispieldesign werden LEDs von 1-10 nacheinander eingeschaltet, sobald eine bestimmte programmierbare Zeitdauer abgelaufen ist, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Im zweiten Beispieldesign werden dem Muster nacheinander 2 LEDs hinzugefügt, wie in Abbildung 4 gezeigt.

Abbildung 5 zeigt, wie im dritten vorgeschlagenen Design nacheinander abwechselnde LEDs in das Muster eingefügt werden.

Da im SLG46620 kein eingebauter ASM-Block verfügbar ist, wird eine Finite-State-Moore-Maschine unter Verwendung der verfügbaren Blöcke, nämlich Zähler, DFFs und LUTs, entwickelt. Eine Moore-Maschine mit 16 Zuständen wird unter Verwendung von Tabelle 2 für die drei Beispiele entwickelt. In Tabelle 2 sind alle Bits des aktuellen Zustands und des nächsten Zustands angegeben. Darüber hinaus werden auch die Bits für alle Ausgangssignale bereitgestellt. Aus Tabelle 2 werden die Gleichungen des nächsten Zustands und aller Ausgänge hinsichtlich der Bits des aktuellen Zustands bewertet.

Im Zentrum der Entwicklung von 4-Bit Moore Machine stehen 4 DFF-Blöcke. Jeder DFF-Block repräsentiert funktionell ein Bit der vier Bits: ABCD. Wenn das Anzeigesignal hoch ist (entspricht einem Ein-Anzeigeschalter), ist bei jedem Taktimpuls ein Übergang von einem Zustand zum nächsten erforderlich, wodurch unterschiedliche LED-Muster erzeugt werden. Andererseits, wenn das Anzeigesignal niedrig ist, ist ein stationäres Muster mit allen LEDs in jedem Designbeispiel das Ziel.

Abbildung 3 zeigt die Funktionalität der entwickelten 4-Bit (ABCD) Moore Machine für jedes Beispiel. Die Grundidee der Entwicklung eines solchen FSM besteht darin, jedes Bit des nächsten Zustands, das Freigabesignal und jedes Ausgangspinsignal (zugeordnet für die LEDs) in Bezug auf den aktuellen Zustand darzustellen. Hier tragen die LUTs bei. Alle 4 Bits des aktuellen Zustands werden verschiedenen LUTs zugeführt, um grundsätzlich das erforderliche Signal im nächsten Zustand an der Flanke eines Taktimpulses zu erreichen. Für den Taktimpuls ist ein Zähler konfiguriert, um eine Impulsfolge mit einer geeigneten Periode bereitzustellen.

Für jedes Beispiel wird jedes Bit des nächsten Zustands in Bezug auf den gegenwärtigen Zustand unter Verwendung der folgenden aus K-Maps abgeleiteten Gleichungen bewertet:

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

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

wobei IND das Indikatorsignal darstellt.

Weitere Einzelheiten zu jedem der drei Beispiele sind unten angegeben.

Schritt 4: Designbeispiel 1

Die Gleichungen des Aktivierungssignals und der LED-Treibersignale für das erste Beispiel, wobei jede LED nach dem Schema in Abbildung 1 sequentiell eingeschaltet wird, sind wie unten gezeigt.

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 Abbildung 7 ist das Matrix-0 GreenPAK-Design von Beispiel 1 gezeigt. 4 DFFs werden verwendet, um die 4-Bit-Moore-Maschine zu entwickeln. DFFs mit Reset-Option (3 von Matrix-0 und 1 von Matrix-1) werden ausgewählt, damit die Moore Machine bequem zurückgesetzt werden kann. Ein Zähler mit einer geeigneten Zeitspanne von 72 ms ist so konfiguriert, dass er den Zustand der Maschine nach jeder Zeitspanne ändert. LUTs mit entsprechenden Konfigurationen werden verwendet, um Funktionen für die DFFs-Eingänge, das Treiberfreigabesignal (En) und die Ausgangspins abzuleiten: DO1-DO10.

In Matrix in Abbildung 8 werden die restlichen GreenPAK-Ressourcen verwendet, um das Design mit der zuvor beschriebenen Methodik abzuschließen. Die Figuren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit entsprechend gekennzeichnet.

Schritt 5: Designbeispiel 2

Die Gleichungen des Aktivierungssignals und der LED-Treibersignale für das zweite Beispiel, wobei zwei LEDs im sequentiellen Muster unter Verwendung des Schemas in Abbildung 1 hinzugefügt werden, sind wie unten gezeigt.

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 Abbildung 9 und Abbildung 10 sind die GreenPAK-Designs von Matrix-0 und 1 von Beispiel 2 dargestellt. Das Grunddesign ist dem Design von Beispiel 1 ähnlich. Die Hauptunterschiede liegen im Vergleich dazu in der Driver Enable (En) Funktion und den fehlenden Anschlüssen von DO1, DO3, DO5, DO7 und DO10, die bei diesem Design nach unten gezogen werden.

Schritt 6: Designbeispiel 3

Die Gleichungen des Freigabesignals und der LED-Ansteuersignale für das dritte Beispiel, das unter Verwendung des Schemas in Fig. 2 ein alternatives sequentielles LED-Additionsmuster erzeugt, sind unten angegeben.

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+CB)

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

In Abbildung 11 und Abbildung 12 sind die Matrix-0 & 1 GreenPAK-Designs von Beispiel 3 dargestellt. In diesem Design gibt es zwei separate Treiberaktivierungssignale (En1 & En2) für Treiber 1 & 2. Darüber hinaus sind die Ausgangspins mit den Ausgängen entsprechend konfigurierter LUTs verbunden.

Damit ist der GreenPAK-Entwurfsteil von Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3 abgeschlossen.

Schritt 7: Experimentierergebnisse

Ein bequemer Weg, um die Designs von Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3 zu testen, ist das Experimentieren und die visuelle Inspektion. Das zeitliche Verhalten jedes Schemas wird mit einem Logikanalysator analysiert und die Ergebnisse werden in diesem Abschnitt präsentiert.

Abbildung 13 zeigt das zeitliche Verhalten verschiedener Ausgangssignale für Beispiel 1, wenn der Indikator eingeschaltet wird (IND=1). Es ist zu erkennen, dass die Signale für die Ausgangspins DO1-DO5 sequentiell nach Ablauf einer eingestellten Zeitperiode gemäß Tabelle 2 eingeschaltet werden. Das Muster der an die Pins DO6-DO10 gelieferten Signale ist ebenfalls ähnlich. Das Signal Treiberfreigabe (En) wird eingeschaltet, wenn eines der Signale DO1-DO10 eingeschaltet wird, andernfalls ist es ausgeschaltet. Während der Animation schalten sich die Signale En und DO10 immer dann ein, wenn das Indikatorsignal niedrig wird (IND=0) und bleiben logisch hoch. Kurz gesagt erfüllen die Ergebnisse die Anforderungen und validieren die theoretischen Vorschläge für Beispiel 1.

In 14 ist das Zeitdiagramm verschiedener Ausgangssignale für Beispiel 2 mit eingeschaltetem Anzeigesignal (IND = 1) dargestellt. Es wird beobachtet, dass die Signale für die Ausgangspins DO1-DO5 nach einiger Zeit in Übereinstimmung mit Tabelle 2 abwechselnd eingeschaltet werden. Die Pins DO1, DO3 und DO5 bleiben auf Low, während die Signale für DO2 und DO4 abwechselnd eingeschaltet werden nacheinander auf. Dieselben Muster werden auch für DO6-DO10 beobachtet (in der Abbildung aufgrund der begrenzten Anzahl von Analysatoreingängen nicht gezeigt). Immer wenn eines der Signale DO1-DO10 eingeschaltet ist, wird auch das Treiberfreigabesignal (En) eingeschaltet, das ansonsten ausgeschaltet bleibt. Während der gesamten Animation werden die Signale En und DO10 immer dann eingeschaltet, wenn das Indikatorsignal niedrig wird (IND=0) und bleiben logisch hoch. Die Ergebnisse entsprechen exakt den Anforderungen und den theoretischen Vorstellungen für Beispiel 2.

Abbildung 15 zeigt das Zeitdiagramm verschiedener Ausgangssignale für Beispiel 3 mit eingeschaltetem Anzeigesignal (IND = 1). Es kann beobachtet werden, dass die Signale für die Ausgangspins DO1-DO7 wie in Tabelle 2 gezeigt eingeschaltet werden. Darüber hinaus verhält sich das Signal von Pin DO9 auch gemäß Tabelle 2 (in der Abbildung nicht gezeigt). Die Pins DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 bleiben niedrig. En1 wird logisch hoch, wenn ein Signal von DO1, DO3 und DO5 eingeschaltet ist, und En2 wird logisch hoch, wenn ein Signal von DO7 und DO9 hoch wird. Während der gesamten Animation schalten sich alle Ausgangssignale: En1, En2 und DO1-DO10 ein und bleiben logisch hoch, wenn das Anzeigesignal niedrig wird (IND=0). Daraus kann geschlossen werden, dass die Ergebnisse die Anforderungen und die theoretischen Vorschläge für Beispiel 3 erfüllen.

Abschluss

Eine detaillierte Beschreibung verschiedener Fahrzeugblinkerschemata mit Animation wurde präsentiert. Für diese Anwendung wurde ein geeignetes Dialog CMIC SLG46620 gewählt, da es auch im TSSOP-Gehäuse erhältlich ist, was für industrielle Anwendungen in rauen Umgebungen empfehlenswert ist. Zur Entwicklung flexibler sequentieller LED-Animationsmodelle werden zwei Hauptschemata vorgestellt, die Ein- und Mehrkanal-Automobiltreiber verwenden. Zur Generierung der gewünschten Animationen werden entsprechende Finite State Moore Machine-Modelle entwickelt. Zur Validierung des entwickelten Modells wurden praktische Experimente durchgeführt. Es wird festgestellt, dass die Funktionalität der entwickelten Modelle mit dem theoretischen Design übereinstimmt.