Андрей Смирнов
Время чтения: ~7 мин.
Просмотров: 1

Подключение RGB светодиода к Ардуино

Общие сведения

Светодиодная панель выполнена в пластмассовой рамки. С лицевой стороны расположены 2048 RGB-светодиодов в виде сетки, а с обратной — печатная плата с электронными компонентами.

На рамке корпуса с обратной стороны расположены отверстия под винт для крепления матриц между собой или установкой в корпус.

Матрица фактически разделена на два блока: верхние 16 строк и нижние 16 строк. В верхний блок данные поступают через сигналы , и , а в нижние — через , и .

Одновременно светится только одна строка каждого блока. Для полноценного свечения организована развёртка и данные передаются динамически. Фактически в каждом блоке расположен сдвиговый регистр с выбором адреса на строку.

Сигналом LAT сигнализируем, чтобы сдвиговый регистр принял строку данных. Дальше в цикле 16 раз выставляем данные (R1,G1,B1,R2,G2,B2) и запихиваем их низким импульсом CLK. Сразу в оба сдвиговых регистра.

Входами A, B, C, D выбираем строку отображения. А точнее две строки верхнего и нижнего блока.

Сигнал поступает на вход панели, через буферные микросхемы транслируется дальше, к следующим панелям.
Попутно сигнал ответвляется и попадает на контроллеры ICN2012, которые уже управляют драйверами DP5020B.
Светодиоды соединены в матрицу и соответственно есть горизонтальные и вертикальные линии.

Каждый из драйверов получает как сигнал включения светодиода, так и команду управления его яркостью свечения, так управляются светодиоды.

RGBW светодиоды

Получить чистый белый свет на стандартных RGB устройствах достаточно сложно. Проблема заключается в регулировке яркости. Если нужен белый, но довольно тусклый оттенок, приходится очень точно настраивать питание трех кристаллов. Учитывая, что каждый из них имеет собственный номинал напряжения, изменяющийся нелинейно, получать неяркие тона — сложная задача.

Для упрощения процесса и увеличения возможностей светодиодов выпускают четырехцветные, или RGBW устройства (от английского Red, Green. Blue и White). Дополнительный белый чип снимает нагрузку с контроллера, облегчает расчеты и увеличивает качество цветопередачи. Питание таких устройств обеспечивается специальными контроллерами с инфракрасными ПДУ.

Устройство и сферы применения

Конструктивно RGB–светодиоды представляют собой три светодиодных кристалла с одной оптической линзой, расположенные в одном корпусе. Управление цветом происходит с помощью подачи электрических сигналов на выводы каждого светодиодного кристалла, а сочетание излучений всех трех светодиодов позволяет регулировать итоговый цвет. Для примера, ниже представлен самый популярный RGB–светодиод SMD 5050.

Светодиод RGB – это полноцветный светодиод, смешивая три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность, получится свечение белого цвета.

Сферы применения RGB светодиодов напрямую связаны с развитием рынка рекламы и развлекательных мероприятий. Также готовые RGB–светильники и ленты применяются в области светового оформления архитектурных и дизайнерских решений — ночная подсветка зданий или фонтанов, интерьерный свет, индикаторный системы автомобилей и т.д.

Таблица длины волн светодиодов smd 5050, различного свечения

Разнообразие сфер применения многоцветных светодиодных источников света определяет основные виды внешнего оформления RGB–светодиодов: изделия небольшой мощности выпускаются в стандартных круглых корпусах со сферической линзой и выводами под обычную пайку; маломощные RGB–светодиоды в SMD-корпусах поверхностного монтажа широко применяются в светодиодных лентах или полноцветных светодиодных экранах большой площади; в корпусах типа Emitter выпускают мощные RGB–источники света с независимым управление каждым светодиодным кристаллом; сверх яркие светодиоды в корпусах.

Для упрощения систем управления светом в корпуса некоторых серий многоцветных LED–источников света вмонтированы управляющие микросхемы. Схемы расположения выводов (распиновка) Несколько стандартных схем управления определяют структуру внешних выводов RGB–светодиодов и их соединение внутри корпуса. Существует три основных схемы распиновки, которые соблюдаются на большинстве выпускаемых изделий:

  • В схеме с общим катодом для управления используется три независимых вывода анода, а катодные выводы LED-кристаллов соединены между собой;
  • Распиновка с общим анодом управляется отрицательными импульсами на катодные выводы, а вместе соединены уже анодные электроды светодиодных кристаллов;
  • Независимая схема соединения имеет шесть выводов по числу LED кристаллов, соединений внутри корпуса не производится.

Единого стандарта на распиновку не существует, конкретный тип расположения внешних выводов применяют в зависимости от поставленных задач. При отсутствии документов на светодиодное изделие тип внешних выводов легко определить с помощью мультиметра. В режиме прозвонки светодиод будет светиться (мощные светодиоды очень слабо), а мультиметр издавать звук соединения, если красный щуп мультиметра подсоединен к аноду светодиодного кристалла, а черный к его катоду. В случае обратного подключения никаких видимых и слышимых эффектов просто не будет.

Три светодиода и их размеры

Простейший способ подключения и управления режимами работы RGB–светодиодов реализуется с помощью стандартных микроконтроллеров Arduino

Общий вывод подключается к единой шине микроконтроллера, а управляющие сигналы подаются на выводы LED–кристаллов через ограничительные резисторы.Управление режимами свечения светодиодных кристаллов происходит с помощью широтной-импульсной модуляции, где скважность импульсов определяет силу света. Программирование ШИМ–модулятора определяет итоговый цвет всего прибора или циклические режимы работы каждого цвета

Управление RGB светодиодом на Ардуино

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • макетная плата;
  • RGB светодиод;
  • 3 резистора 220 Ом;
  • провода «папа-мама».


Фото. Схема подключения RGB LED к Ардуино на макетной плате

Модуль «RGB светодиод» можно подключить напрямую к плате, без проводов и макетной платы. Подключите модуль с полноцветным RGB светодиодом к следующим пинам: Минус — GND, B — Pin13, G — Pin12, R — Pin11 (смотри первое фото). Если вы используете RGB LED (Light Emitting Diode), то подключите его по схеме на фото. После подключения модуля и сборки схемы на Ардуино загрузите скетч в плату.

Скетч для мигания RGB светодиодом на Ардуино

#define RED 11  // присваиваем имя RED для пина 11
#define GRN 12 // присваиваем имя GRN для пина 12
#define BLU 13  // присваиваем имя BLU для пина 13
 
void setup() {
   pinMode(RED, OUTPUT);  // используем Pin11 для вывода
   pinMode(GRN, OUTPUT); // используем Pin12 для вывода
   pinMode(BLU, OUTPUT);  // используем Pin13 для вывода
}
 
void loop() {
 
   digitalWrite(RED, HIGH); // включаем красный свет
   digitalWrite(GRN, LOW);
   digitalWrite(BLU, LOW);
 
   delay(1000); // устанавливаем паузу для эффекта
 
   digitalWrite(RED, LOW);
   digitalWrite(GRN, HIGH); // включаем зеленый свет
   digitalWrite(BLU, LOW);
 
   delay(1000); // устанавливаем паузу для эффекта
 
   digitalWrite(RED, LOW);
   digitalWrite(GRN, LOW);
   digitalWrite(BLU, HIGH); // включаем синий свет
 
  delay(1000); // устанавливаем паузу для эффекта
}

Пояснения к коду:

  1. с помощью директивы мы заменили номер пинов 11, 12 и 13 на соответствующие имена , и . Это сделано для удобства, чтобы не запутаться в скетче и понимать какой цвет мы включаем;
  2. в процедуре мы поочередно включаем все три цвета на RGB.

Элементы платы

Сигнальные разъёмы на матрице

На матрице расположены два сигнальных разъёма с интерфейсом «HUB-75».

  • Входной разъём «DATA IN» принимает сигнальные данные с управляющей платформы.
  • Выходной разъём «DATA OUT» проталкивает сигнальные данные. Это позволяет соединять несколько матриц в цепочку (гирлянду).

ВыводОбозначениеОписание
1R1Сигнал данных красного цвета для верхней половины матрицы
2G1Сигнал данных зелёного цвета для верхней половины матрицы
3B1Сигнал данных синего цвета для верхней половины матрицы
4GNDЗемля
5R2Сигнал данных красного цвета для нижней половины матрицы
6G2Сигнал данных зелёного цвета для нижней половины матрицы
7B2Сигнал данных синего цвета для нижней половины матрицы
8GNDЗемля
9AВыбор адреса строки
10BВыбор адреса строки
11CВыбор адреса строки
12DВыбор адреса строки
13CLKТактовый сигнал для согласования скорости передачи
14LATУправляющий сигнал защёлки
15OEПин контроля отображения свечения всего дисплея
16GNDЗемля

Матрица подключается к управляющей платформе через сигнальный 16-пиновый шлейф.

Ключ на разъёме поможет в распиновке и не даст подключить провод другим путём.

Когда шлейф не закручен и расположен прямо — его пины на разъёмах дублируются. А когда шлейф одним концом перегибается его контакты зеркально отражаются.

Разъём питания матрицы

Напряжение подаётся через четыре провода — питание и земля продублированы для увеличения проходящего тока через провода и разъём.

  • VCC — питание матрицы. Подключите к положительному контакту источника питания
  • GND — земля матрицы. Подключите к отрицательному контакту источника питания.

Каждая LED панель питается строго от 5 вольт. При всех включенных RGB-светодиодах — матрица потребляет ток до 4 ампер. Идеально подойдёт блок питания с выходным напряжением 5 вольт и током 5 ампер.

При подключении нескольких матриц соответственно увеличивайте запас по току в N-раз, где N — количество матриц в цепочке.

На модуле матрицы нет встроенного регулятора напряжения. При подаче напряжения более 5 вольт вы убьёте матрицу!

Драйверы светодиодов

Светодиоды подключены через драйверы светодиодов TC5020AP — выходной 16-битный сдвиговый регистр с выходным током 25 мА на канал.

Логические буферы

На плате распаяно два логических преобразователя уровней 74HC245. Буферы обеспечивают согласования логики между управляющей платформой и матрицей.

Дешифраторы

Для выбора строки используется четыре контроллера ICN2012. В микросхему интегрирован дешифратор 74HC138 и четыре сдвоенных P-канальных транзистора .

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации