Матричные светодиодные индикаторы находят широкое применение в устройствах отображения информации, т.к. позволяют отображать статический и анимированный текст и графику. Вы, наверное, сталкивались с такими большими информационными табло на автомобильных заправочных станциях, в общественных местах, на автодорогах, которые отображали информацию различного характера.
В статье мы рассмотрим базовые моменты подключения монохромного матричного индикатора к микроконтроллеру с целью отображения на нем статических символов.
Для решения нашей задачи мы использовали отладочную плату StartUSB for PIC с установленным микроконтроллером Microchip PIC18F2550, однако пользователи могут использовать любой микроконтроллер с достаточным количеством линий ввода/вывода для управления индикатором.
Использование платы StartUSB обусловлено простотой ее использования, т.к. она подключается непосредственно к USB интерфейсу и для программирования микроконтроллера не требуется внешнего программатора.
Матричный индикатор представляет собой массив светодиодов, объединенных в один корпус. Размеры массива обычно составляют 4×4, 5×7, 5×8 или 8×8 точек. Каждая точка может быть сформирована одним, двумя или тремя светодиодами различного цвета. Множество светодиодов объединены в столбцы и строки. Это сделано с целью сокращения количества выводов для управления. Например, для матричного индикатора 8×8 (см. рисунок ниже) требовалось бы 64 линии ввода/вывода, одна для каждого светодиода. Соединением всех анодов в рядах (R1-R8) и катодов в столбцах (C1-C8), необходимое количество выводов управления сокращаеся до 16. На рисунке ниже, если на R4 появится высокий уровень и на C3 – низкий уровень, то светодиод в четвертом ряду и третьем столбце будет светиться. Символы на таком индикаторе отображаются динамически, т.е. мы будем быстро переключать столбцы для отображения символа.
Матричный светодиодный индикатор, используемый в нашем проекте, имеет размер 5×7, и мы узнаем как отображать на нем стандартные символы разрешением 5×7. На рисунке ниже отображено, какие светодиоды должны быть включены для отображения буквы английского алфавита «A». Семь строк и пять столбцов управляются микроконтроллером. Теперь рассмотрим в деталях, как это работает.
Для отображения символа «A» сначала мы выберем первый столбец С1 (это означает, что в нашем случае на С1 мы подадим низкий уровень) и отключим все оставшиеся (подадим на С2-С5 высокий уровень). Теперь у нас активен первый столбец и необходимо включить светодиоды в строках R2-R7 подав на них напряжение высокого уровня. Далее, нам нужно сделать активным столбец C2 и включить светодиоды в строке R1 и R5 и так далее. Таким образом, перебирая очень быстро столбцы (более 100 раз в секунду) и включая соответствующие светодиоды для каждого отдельного столбца, мы увидим статическое изображение символа.
Таблица ниже демонстрирует, какие должны быть логические уровни на выводах столбцов и строк для отображения символа «A».
Следует отметить, что для управления столбцами индикатора потребуются ключи на транзисторах, т.к. линия ввода/вывода микроконтроллера не может обеспечить протекание большого тока (заметьте одновременно могут быть включены 7 светодиодов). С этой целью применяется драйвер ULN2003A, который имеет семь составных транзисторов. Активное состояние входа драйвера – высокий уровень. На рисунке ниже изображено расположение выводов микросхемы и схема одного канала.
В следующей части мы узнаем как подключить индикатор и драйвер к микроконтроллеру и разберем основные моменты в ПО для работы с данным типом индикатора.
