Señal de giro automotriz de bricolaje con animación: 7 pasos

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-23 14:39

Recientemente, los patrones animados de LED de los indicadores delanteros y traseros se han convertido en una norma en la industria automotriz. Estos patrones de LED en funcionamiento a menudo representan una marca registrada de los fabricantes de automóviles y también se utilizan para la estética visual. Las animaciones pueden tener diferentes patrones de ejecución y se pueden implementar sin ningún MCU utilizando varios circuitos integrados discretos.

Los principales requisitos de dichos diseños son: rendimiento reproducible durante el funcionamiento normal, una opción para forzar el encendido de todos los LED, bajo consumo de energía, desactivación del regulador LDO usado durante una falla, carga del controlador LED antes de activarlo, etc. Además, los requisitos pueden variar de un fabricante a otro. Además, generalmente en aplicaciones automotrices, los circuitos integrados TSSOP se prefieren debido a su robustez en comparación con los circuitos integrados QFN, ya que se sabe que son propensos a problemas de fatiga de soldadura, especialmente en entornos hostiles. Afortunadamente para esta aplicación automotriz, Dialog Semiconductor proporciona un CMIC adecuado, a saber, SLG46620, disponible en paquetes QFN y TSSOP.

Todos los requisitos para los patrones de LED indicadores animados se cumplen actualmente en la industria automotriz utilizando circuitos integrados discretos. Sin embargo, el nivel de flexibilidad proporcionado por CMIC es incomparable y puede satisfacer fácilmente los diferentes requisitos de varios fabricantes sin ningún cambio en el diseño del hardware. Además, también se logra una reducción significativa de la huella de PCB y ahorros de costos.

En este Instructable, se presenta una descripción detallada de cómo lograr diferentes patrones de luz indicadora animados usando SLG46620.

A continuación, describimos los pasos necesarios para comprender cómo se ha programado la solución para crear la señal de giro automotriz con animación. Sin embargo, si solo desea obtener el resultado de la programación, descargue el software GreenPAK para ver el archivo de diseño GreenPAK ya completado. Conecte el kit de desarrollo GreenPAK a su computadora y presione el programa para crear la señal de giro automotriz con animación.

Paso 1: Valor de la industria

Los patrones de las señales de giro que se muestran en este Instructable se implementan actualmente en la industria del automóvil utilizando una serie de circuitos integrados discretos para controlar la secuencia de patrones de indicadores LED de automóviles. El CMIC SLG46620 seleccionado reemplazaría al menos los siguientes componentes en el diseño industrial actual:

● 1 IC temporizador No. 555 (p. Ej., TLC555QDRQ1)

● 1 contador Johnson No. (p. Ej., CD4017)

● 2 flip-flop activados por borde positivo tipo D (p. Ej., 74HC74)

● 1 No. puerta OR (p. Ej., CAHCT1G32)

● Varios componentes pasivos, es decir, inductores, condensadores, resistencias, etc.

La Tabla 1 proporciona la ventaja de costo obtenida al usar el Dialog CMIC seleccionado, para los patrones de señal de giro secuencial de la luz indicadora, en comparación con una solución industrial actual.

El CMIC SLG46620 seleccionado costaría menos de $ 0.50, por lo que el costo total de los circuitos de control de LED disminuye significativamente. Además, también se logra una reducción significativa de la huella de PCB comparativa.

Paso 2: Diseño del sistema

La figura 1 muestra el diagrama del primer esquema propuesto. Los componentes principales del esquema incluyen un regulador de voltaje LDO, un controlador LED para automóviles, un CMIC SLG46620, 11 MOSFET de nivel lógico y 10 LED. El regulador de voltaje LDO asegura que se proporcione el voltaje apropiado al CMIC y si el voltaje de la batería cae desde un cierto nivel, el CMIC se restablece a través del pin PG (Power Good). Durante cualquier condición de falla, detectada por el controlador LED, el regulador de voltaje LDO se desactiva. El SLG46620 CMIC genera las señales digitales para impulsar los LED de giro del indicador etiquetados 1-10 a través de los MOSFET. Además, el CMIC seleccionado también produce la señal de habilitación para el controlador de un solo canal que, a su vez, impulsa un MOSFET Q1 para cargar el controlador en modo de corriente constante.

También es posible una variante de este esquema, donde se emplea un controlador de múltiples canales, como se muestra en la Figura 2. En esta opción, la corriente de activación de cada canal se reduce en comparación con el controlador de un solo canal.

Paso 3: Diseño GreenPak

Una forma adecuada de lograr el objetivo de los patrones de LED indicadores flexibles es utilizar un concepto de máquina de estado finito (FSM). El semiconductor de diálogo proporciona varios CMIC que contienen un bloque ASM integrado. Sin embargo, lamentablemente todas esas CMIC están disponibles en paquetes QFN, no se recomiendan para entornos hostiles. Por lo tanto, se elige SLG46620, que está disponible en paquetes QFN y TSSOP.

Se presentan tres ejemplos para tres animaciones LED diferentes. Para los dos primeros ejemplos, consideramos un controlador de un solo canal como se muestra en la Figura 1. Para el tercer ejemplo, asumimos que hay varios controladores de canal disponibles, como se muestra en la Figura 2, y cada canal se usa para controlar un LED separado. También se pueden obtener otros patrones utilizando el mismo concepto.

En el primer diseño de ejemplo, los LED del 1 al 10 se encienden secuencialmente uno tras otro una vez que expira un cierto período de tiempo programable, como se muestra en la Figura 3.

En el segundo diseño de ejemplo, se agregan secuencialmente 2 LED en el patrón como se muestra en la Figura 4.

La Figura 5 muestra cómo se agregan secuencialmente LED alternativos en el patrón en el tercer diseño propuesto.

Dado que no hay un bloque integrado de ASM disponible en SLG46620, se desarrolla una máquina Moore de estado finito utilizando los bloques disponibles, a saber, contador, DFF y LUT. Se desarrolla una máquina de Moore de 16 estados utilizando la Tabla 2 para los tres ejemplos. En la Tabla 2, se dan todos los bits del estado actual y del estado siguiente. Además, también se proporcionan los bits para todas las señales de salida. De la Tabla 2, las ecuaciones del siguiente estado y todas las salidas se evalúan en términos de los bits del estado actual.

En el núcleo del desarrollo de Moore Machine de 4 bits se encuentran 4 bloques DFF. Cada bloque DFF representa funcionalmente un bit de los cuatro bits: ABCD. Cuando la señal del indicador es alta (correspondiente a un interruptor indicador de encendido), se requiere una transición de un estado al siguiente en cada pulso de reloj, generando así diferentes patrones de LED como resultado. Por otro lado, cuando la señal del indicador es baja, el objetivo es un patrón estacionario, tener todos los LED encendidos en cada ejemplo de diseño.

La Figura 3 muestra la funcionalidad de la Máquina Moore de 4 bits (ABCD) desarrollada para cada ejemplo. La idea básica del desarrollo de tal FSM es representar cada bit del siguiente estado, la señal de habilitación y cada señal de pin de salida (asignada para los LED) en términos del estado actual. Aquí es donde contribuyen las LUT. Los 4 bits del estado actual se alimentan a diferentes LUT para lograr básicamente la señal requerida en el siguiente estado en el borde de un pulso de reloj. Para el pulso de reloj, se configura un contador para proporcionar un tren de pulsos con un período adecuado.

Para cada ejemplo, cada bit del siguiente estado se evalúa en términos del estado actual utilizando las siguientes ecuaciones derivadas de K-Maps:

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'

donde IND representa la señal del indicador.

A continuación se proporcionan más detalles de cada uno de los tres ejemplos.

Paso 4: Ejemplo de diseño 1

Las ecuaciones de la señal de habilitación y las señales de activación de LED para el primer ejemplo, con cada LED encendido secuencialmente usando el esquema de la Figura 1, se muestran a continuación.

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

En la Figura 7, se muestra el diseño de Matrix-0 GreenPAK del Ejemplo 1. Se utilizan 4 DFF para desarrollar la máquina Moore de 4 bits. Los DFF con opción de reinicio (3 de Matrix-0 y 1 de Matrix-1) se seleccionan para que la máquina Moore pueda reiniciarse convenientemente. Un contador, con un período de tiempo adecuado de 72 mS, está configurado para cambiar el estado de la Máquina después de cada período. Las LUT con las configuraciones adecuadas se utilizan para derivar funciones para las entradas DFF, la señal de activación del controlador (En) y los pines de salida: DO1-DO10.

En la Matriz que se muestra en la Figura 8, el resto de los recursos de GreenPAK se utilizan para completar el diseño utilizando la metodología descrita anteriormente. Las figuras están debidamente etiquetadas para mayor claridad.

Paso 5: Ejemplo de diseño 2

Las ecuaciones de la señal de habilitación y las señales de activación de LED para el segundo ejemplo, con dos LED que se agregan en el patrón secuencial utilizando el esquema de la Figura 1, se muestran a continuación.

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

En la Figura 9 y la Figura 10, se presentan los diseños de GreenPAK Matrix-0 y 1 del Ejemplo 2. El diseño básico es similar al diseño del Ejemplo 1. Las principales diferencias, en comparación, están en la función Driver Enable (En) y no hay conexiones de DO1, DO3, DO5, DO7 y DO10, que se reducen en este diseño.

Paso 6: Ejemplo de diseño 3

Las ecuaciones de la señal de habilitación y las señales de activación de LED para el tercer ejemplo, que generan un patrón de adición secuencial de LED alternativo utilizando el esquema de la Figura 2, se dan a continuación.

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 + C B)

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

En la Figura 11 y la Figura 12, se presentan los diseños de GreenPAK Matrix-0 y 1 del Ejemplo 3. En este diseño, hay dos señales de habilitación de controlador independientes (En1 y En2) para el controlador 1 y 2. Además, los pines de salida están conectados a las salidas de las LUT configuradas adecuadamente.

Con esto concluye la parte de diseño GreenPAK del Ejemplo 1, Ejemplo 2 y Ejemplo 3.

Paso 7: Resultados de la experimentación

Una forma conveniente de probar los diseños del Ejemplo 1, Ejemplo 2 y Ejemplo 3 es la experimentación y la inspección visual. El comportamiento temporal de cada esquema se analiza mediante un analizador lógico y los resultados se presentan en esta sección.

La Figura 13 muestra el comportamiento temporal de diferentes señales de salida para el Ejemplo 1 siempre que el indicador está encendido (IND = 1). Se puede observar que las señales para los pines de salida DO1-DO5 se encienden secuencialmente después del otro después de que expira un período de tiempo establecido de acuerdo con la Tabla 2. El patrón de las señales proporcionadas a los pines DO6-DO10 también es similar. La señal Driver Enable (En) se enciende cuando se enciende cualquiera de las señales DO1-DO10 y, en caso contrario, se apaga. Durante la animación, siempre que la señal del indicador baja (IND = 0), las señales En y DO10 se encienden y permanecen lógicamente altas. En definitiva, los resultados cumplen los requisitos y validan las propuestas teóricas del Ejemplo 1.

En la Figura 14, se representa el diagrama de tiempos de diferentes señales de salida para el Ejemplo 2, con la señal indicadora encendida (IND = 1). Se observa que las señales para los pines de salida DO1-DO5 se encienden alternativamente en una secuencia después de un período de tiempo de acuerdo con la Tabla 2. Los pines DO1, DO3 y DO5 permanecen bajos, mientras que las señales para DO2 y DO4 cambian alternativamente. en secuencia. También se observan los mismos patrones para DO6-DO10 (no se muestran en la figura debido al número limitado de entradas del analizador). Siempre que cualquiera de las señales DO1-DO10 esté encendida, la señal Driver Enable (En) también se enciende, que de lo contrario permanece apagada. A lo largo de la animación, siempre que la señal del indicador baja (IND = 0), las señales En y DO10 se encienden y permanecen lógicamente altas. Los resultados cumplen exactamente los requisitos y las ideas teóricas del ejemplo 2.

La Figura 15 muestra el diagrama de tiempos de diferentes señales de salida para el Ejemplo 3, con la señal indicadora encendida (IND = 1). Se puede observar que las señales para los pines de salida DO1-DO7 se encienden como se muestra en la Tabla 2. Además, la señal del pin DO9 también se comporta de acuerdo con la Tabla 2 (no se muestra en la figura). Los pines DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 permanecen bajos. El En1 se vuelve lógico alto siempre que una señal de DO1, DO3 y DO5 está encendida y En2 se vuelve lógicamente alto siempre que una señal de DO7 y DO9 sube. Durante toda la animación, siempre que la señal del indicador sea baja (IND = 0), todas las señales de salida: En1, En2 y DO1-DO10 se encienden y permanecen lógicamente altas. Por tanto, se puede concluir que los resultados cumplen con los requisitos y las propuestas teóricas del Ejemplo 3.

Conclusión

Se ha presentado una descripción detallada de varios esquemas de señales de giro automotrices con animación. Se eligió un Dialog CMIC SLG46620 adecuado para esta aplicación, ya que también está disponible en el paquete TSSOP, que es recomendable para aplicaciones industriales en entornos hostiles. Se presentan dos esquemas principales, que utilizan controladores automotrices de uno y varios canales, para desarrollar modelos de animación LED secuenciales flexibles. Se desarrollan modelos apropiados de máquinas de Moore de estado finito para generar las animaciones deseadas. Para la validación del modelo desarrollado, se ha llevado a cabo una experimentación conveniente. Se establece que la funcionalidad de los modelos desarrollados concuerda con el diseño teórico.