Projektovanje LED modula - Električna šema LED displeja

Uvod i teorija

Ovo je prvi tekst u nizu posvećen projektovanju LED displeja za digitalni sat. U ovom uvodnom delu analiziraćemo električnu šemu i strukturu samog displeja. Ekran ćemo projektovati modularno, što znači da se ovaj modul može ravnopravno iskoristiti kako za digitalni sat sa 8051 mikrokontrolerom, tako i za Arduino razvojne pločice.

Električna šema LED displeja

Električna šema LED displej modula 

LED displej modul

Pošto je prvenstveno namenjen za digitalni sat, ovaj modul se sastoji od sledećih komponenti:

  • Četiri cifre realizovane pomoću 7-segmentnih LED displeja sa zajedničkom anodom (C.A.) i decimalnom tačkom (koja nam u ovom projektu neće biti potrebna).
  • Četiri PNP tranzistora koji služe za multipleksiranje cifara u sekvenci 1-2-3-4-1... s obzirom na to da segmentima upravljamo preko zajedničkog drajvera ULN2803.
  • Dve LED diode za prikaz sekundi (dvotačka), koje su strukturalno pozicionirane između dva displeja.
  • Integrisanog kola ULN2803 koje ima ulogu zajedničkog drajvera za segmente sedmosegmentnih displeja.

Optimizacija broja otpornika

Pored navedenih komponenti, modul sadrži i otpornike za ograničenje struje kroz segmente. U inicijalnoj verziji šeme (prikazanoj iznad), za svaki LED displej bila je predviđena zasebna mreža od osam redno vezanih otpornika.

Pošto ovaj tekst ima edukativnu svrhu — sa ciljem da prikaže kako se elektronika projektuje u realnom svetu — prva šema se može značajno optimizovati. Umesto da svaka cifra ima svoj niz od osam otpornika, možemo iskoristiti samo jednu zajedničku grupu od osam otpornika. To je izvodljivo zato što displejima upravljamo putem multipleksiranja — u datom trenutku aktivan je samo jedan displej (njegove diode svetle), dok su svi ostali isključeni.

Savet: Kada završite inicijalnu šemu, napravite pauzu, dobro je pregledajte i zapitajte se: da li je moguće optimizovati šemu tako da sadrži manji broj komponenti, a da zadrži istu funkcionalnost? Ovo je izuzetno važno jer pojednostavljuje ruting i projektovanje štampane pločice (PCB-a), što je korak o kojem ću pisati u nastavku. Slika ispod prikazuje optimizovanu verziju šeme.

Električna šema LED displeja – optimizovana verzija

Električna šema optimizovanog LED displej modula - Šema je urađena u KiCAD i biće dostupna na veb sajtu zilsel-invent.com

Multipleksiranje

Multipleksiranje se vrši pomoću PNP tranzistora koji su povezani na zajedničke anode LED displeja. U ovoj konfiguraciji, PNP tranzistor deluje kao elektronski prekidač na višoj grani napajanja (high-side switch) koji napaja potrošač — u ovom slučaju, aktivni displej sa osam LED segmenata.

Integrisano kolo ULN2803 ne napaja displeje, već predstavlja niz od osam Darlingtonovih parova tranzistora koji spajaju segmente sa masom (sinkuju struju) i tako ih uključuju. Dakle, PNP tranzistori služe za selekciju cifre (multipleksiranje), dok ULN2803 upravlja prikazom simbola na displeju.

Pošto je reč o zasebnom modulu, ULN2803 se eksterno povezuje sa mikrokontrolerom čiji pinovi nemaju dovoljno strujne snage da direktno napajaju LED segmente. ULN2803 zapravo predstavlja snažnu ekstenziju mikrokontrolera. Iako je i sam port 8051 mikrokontrolera unutrašnje realizovan preko tranzistora, njihova konfiguracija je drugačija, pa ULN2803 služi kao njegov strujno pojačani produžetak.

Crowbar – Zaštita od obrnutog polariteta napajanja

Modul poseduje takozvanu "crowbar" zaštitu od obrnutog polariteta, koja je realizovana pomoću samoresetujućeg osigurača (Polyfuse) i diode. Ukoliko se napajanje pogrešno poveže, dioda postaje direktno polarisana, provodi veliku struju i izaziva reagovanje osigurača, čime se modul bezbedno isključuje sa izvora napajanja.

Pri ispravnom povezivanju na napon od 5 V, dioda je inverzno polarisana i ne utiče na rad kola. S obzirom na to da smo primenili ovakav tip zaštite sa osiguračem, izbegli smo neželjeni pad napona od oko 0,7 V na samom ulazu, koji bi se neizbežno javio da smo klasičnu ispravljačku diodu vezali redno sa modulom.

Praktični deo

U narednom, praktičnom delu, najpre ćemo izračunati konkretne vrednosti otpornika za baze tranzistora i segmente displeja. Proračune ćemo uraditi na osnovu tehničkih specifikacija (datasheet) komponenti koje lako možete nabaviti kod domaćih distributera elektronskih komponenti.

📦 Open Source & Podela znanja:Ovaj članak, prateće slike i PDF dokumenti su licencirani pod Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licencom. Slobodno možete deliti, kopirati i prerađivati materijal u bilo koje svrhe, uključujući i komercijalne, pod uslovom da jasno navedete izvor: zilsel-invent.com.

Autor: Vladimir Savić | Gemini AI

Location: Belgrade, Serbia

Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Fake VC830L digital multimeter

Image
This article is intended to explain some bad things about cheap digital multimeters since these devices are available in large quantities in Serbia. The key point of this article is security since cheap digital multimeters are not tested/produced according to standards. VC830L is one digital multimeter available in electronics distribution stores in Serbia, but we will avoid company names, since this article is more about “ pay attention before you buy ” cheap digital multimeter. The VC830L is about 10 euros, you cannot expect too much, but if you are not able to buy professional digital multimeter which costs over 100 euros, you will certainly buy the cheap one. Front mask: VC830L digital multimeter. The part interested for us is security so let see what we actually have regarding VC830L digital multimeter. It has three input connectors, starting from the left side: we have connector for 10 amps, common connector (COM) and the right one intended for voltage, r...
Read more

Electrolytic capacitors and design rules

Image
This article is in tended t o ex plain the bases about electrolytic capacitor , where t he y are used, basic construction, RLC circuit and much more. This is a fir st article about capacit ors and this article is based on zilsel-invent previous article about low pass filters at the following link : Low pass filter and voltage stabilization Electrolytic capacitors and design rules T he f igure #2 presents already used electrolytic capacitors. As we can see electrolytic capacitor is polarized device which means that it is important to pay attention during capacitor assembling to the PCB (printed circuit board). Depending on the capacitor manufactures, in some cases negative lead is marked with a negative sign , and in some cases positive lead (capacitor pin) is marked with a plus sign . Beside polarization mark, there are also labels about capacitance (for example 470 microfarads ) and maximum allowed voltage (for example 10V). The maximum allowed voltage is important parameter r...
Read more

How to design LM324 Astable Multivibrator

Image
This blog post is intended to describe how astable multivibrator works based on LM324 operational amplifier, RC timer and positive voltage divider circuits. This is one way to implement astable multivibrator since additional options are available like: specialized signal generators or 555 timer integrated circuit configured to work as an astable multivibrator . There are two states related to astable multivibrator based on RC timer or an analog timer (there is also a digital timer integrated into the microcontroller for example, but in general, digital timers are based on astable multivibrators implemented with quartz or resonator external oscillators, since digital timers count PWM /clock oscilations . Anyway, there are different types of astable multivibrators in order to provide clock cycles): charging and discharging. Charging   To describe charging state we will start from beginning with the completely discharged capacitor C (it has zero volts betwe...
Read more