Современная электроника №1/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 Динамическая индикация на базе светодиодных матриц в программной среде Proteus Рис. 1. Принцип работы точечного индикатора разрешением 5 × 7 пикселей В статье рассмотрены возможности программы Proteus по реализации динамической индикации на базе точечных светодиодных матриц разрешением 8 × 8 и 16 × 16. Кроме того, приведены примеры моделирования схем вывода информации с использованием микросхем матриц, работающих под управлением микроконтроллера ATmega16, компиляция программы инициализации которого выполнена в CodeVisionAVR. Татьяна Колесникова (beluikluk@gmail.com) В ВЕДЕНИЕ Светодиоднаяматрица – это графиче- скийиндикатор, которыйможноисполь- зоватьдлявыводапростыхизображений, буквицифр, математическихиспециаль- ных знаков, символов. Матричные све- тодиодные индикаторы позволяют ото- бражать статическийианимированный текст (все символылатинскогоирусского алфавитоввдостаточноузнаваемомвиде) и графикуиприменяются в устройствах отображения информации различного характера, напримервинформационных табловобщественныхместах (супермар- кетах, банковских учрежденияхи т.п.). Для проектирования устройства выво- да информации и моделирования его работы удобно использовать программ- нуюсреду Proteus (в данном случае вер- сии 8.1), библиотека компонентов кото- рой содержит как аналоговые, так и цифровые компоненты, а также свето- диодные матрицыимикроконтроллеры с возможностьюих программирования. Припроектировании устройства выво- даинформации, работающегопод управ- лениеммикроконтроллера AVR, написа- ние программыинициализациииеё ком- пиляциюможно выполнить с помощью CodeVisionAVR 3.12 (интегрированной средыразработкипрограммногообеспе- чения длямикроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel, которая имеет в сво- ёмсоставе компилятор языкаСдляAVR). CodeVisionAVRподдерживает все базовые конструкцииязыкаС, которые использу- ютсяпринаписаниипрограмм (алфавит, константы, идентификаторы, коммента- рии) и разрешены архитектурой AVR, с некоторымидобавленнымихарактери- стиками, реализующимипреимущество спецификиархитектурыAVR. Используя специальные директивы, в любомместе программыможно включить ассемблер- ный код. Программные средства позво- ляют напрямуюобращаться к регистрам микроконтроллера, управлять состоя- нием линий портов, а следовательно, и состояниемсветодиодов (зажжён/отклю- чён) проектируемогона базе светодиод- ных матриц устройства. Матричный индикатор представляет собой массив светодиодов, объединён- ных в один корпус, и позволяет управ- лять каждымиз них. Множество светоди- одов сгруппировано в столбцыи строки. Разрешение матричного индикатора – это количество светодиодов по горизон- тали и вертикали. Самые распространён- ные индикаторы имеют разрешение 8 × 8 точек (светодиодов). Встречаются матрицы разрешением 5 × 7, 5 × 8, 16 × 16. Если требуется светодиодная матрица большого разрешения, то её составля- ют из нескольких индикаторов. Для управления светодиодной матри- цей применяются два распространён- ных метода: статический и динамиче- ский. Для упрощения схемы управле- ния, а также для сокращения количества выводов индикатора используется дина- мический способ управления, который подразумевает поочерёдное включение различных групп элементов отображе- ния со скоростью, превышающей время реакции человеческого глаза. Несмотря на то что изображение на индикаторе при таком способе управления в каждый момент времени неполное, глаз челове- ка интегрирует его и видит целостную картинку. Динамическая индикация широко применяется для отображе- ния различной информации, напри- мер температуры, напряжения, време- ни или просто количества срабатыва- ний каких-либо устройств или датчиков. Для реализации динамического спосо- ба управления все светодиодыв столбцах объединяются по анодам, а в рядах (стро- ках) –по катодам (существуют варианты исполненияматричных индикаторов, в которых светодиоды в рядах объединя- ются по анодам). На аноды последова- тельно подаются положительные пери- оды напряжения, на катоды подаётся отрицательный сигнал. Чтобысформи- ровать полное изображение, необходи- мо для каждого столбца последователь- но установить соответствующий код. Так, в случае индикатора на 5 столбцов по 7 точек в столбце необходимо уста- новить для каждого из столбцов код из 7 бит. При этомчтобызажечь точки, рас- положенные в нескольких строках опре- делённого столбца светодиоднойматри- цы, нужно подать на вывод этого столбца логическую единицу, а на выводы этих строк – логическийноль (если в индика- торе светодиодыв столбцах объединены по анодам). В результате этого зажгутся светодиоды, которые находятся на пере- сечении столбца и строк. Принцип работы точечного индика- тора разрешением 5 × 7 демонстрирует рисунок 1, где светодиоды в строках объ- единеныпо катодам, а в столбцах по ано- дам. Чтобы сформировать полное изо- бражение, для каждого столбца после- довательно подаётся свой 7-битный код. П РОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ В P ROTEUS В Proteus светодиодные матрицы собраны в разделе Dot Matrix Displays библиотеки Optoelectronics и представ- лены точечными индикаторами раз- решением 5 × 7 и 8 × 8 со светодиодами синего, зелёного, оранжевого и крас- ного цветов. Также в программе есть Управляющий сигнал 7-битный код 0 0 1 1 2 3 2 4