DIY ไฟเลี้ยวรถยนต์พร้อมแอนิเมชั่น: 7 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ไฟ LED แสดงสถานะด้านหน้าและด้านหลังได้กลายเป็นบรรทัดฐานในอุตสาหกรรมยานยนต์ รูปแบบไฟ LED ที่ทำงานอยู่เหล่านี้มักเป็นเครื่องหมายการค้าของผู้ผลิตยานยนต์และใช้เพื่อความสวยงามของภาพเช่นกัน แอนิเมชั่นสามารถมีรูปแบบการทำงานที่แตกต่างกัน และสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้ MCU โดยใช้ไอซีแยกหลายตัว

ข้อกำหนดหลักของการออกแบบดังกล่าว ได้แก่ ประสิทธิภาพที่ทำซ้ำได้ระหว่างการทำงานปกติ ตัวเลือกในการบังคับเปิด LED ทั้งหมด ใช้พลังงานต่ำ การปิดใช้งานตัวควบคุม LDO ที่ใช้ในระหว่างเกิดข้อผิดพลาด การโหลดไดรเวอร์ LED ก่อนเปิดใช้งาน ฯลฯ นอกจากนี้ ข้อกำหนดอาจแตกต่างกันไป จากผู้ผลิตรายหนึ่งไปอีกรายหนึ่ง นอกจากนี้ โดยปกติในการใช้งานยานยนต์ TSSOP ICs มักจะเป็นที่นิยมเนื่องจากความทนทานเมื่อเทียบกับ QFN IC เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่ามีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาความล้าจากการบัดกรีโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย โชคดีสำหรับการใช้งานยานยนต์นี้ Dialog Semiconductor มี CMIC ที่เหมาะสม คือ SLG46620 ซึ่งมีให้เลือกทั้งแพ็คเกจ QFN และ TSSOP

ข้อกำหนดทั้งหมดสำหรับรูปแบบไฟ LED แสดงสถานะแบบเคลื่อนไหวนั้นเป็นไปตามข้อกำหนดในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่ใช้ไอซีแบบแยกส่วน อย่างไรก็ตาม ระดับความยืดหยุ่นของ CMIC นั้นไม่มีใครเทียบได้ และสามารถตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกันของผู้ผลิตหลายรายได้อย่างง่ายดาย โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในการออกแบบฮาร์ดแวร์ นอกจากนี้ยังช่วยลดรอยเท้า PCB และประหยัดต้นทุนได้อีกด้วย

ในคำแนะนำนี้ มีการนำเสนอคำอธิบายโดยละเอียดของการบรรลุรูปแบบไฟแสดงสถานะแบบเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันโดยใช้ SLG46620

ด้านล่างนี้ เราอธิบายขั้นตอนที่จำเป็น ทำความเข้าใจวิธีการแก้ปัญหาที่ได้รับการตั้งโปรแกรมเพื่อสร้างสัญญาณไฟเลี้ยวรถยนต์พร้อมแอนิเมชั่น อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการเพียงแค่ผลลัพธ์ของการเขียนโปรแกรม ให้ดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ GreenPAK เพื่อดูไฟล์การออกแบบ GreenPAK ที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว เสียบ GreenPAK Development Kit เข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณและกดโปรแกรมเพื่อสร้างสัญญาณไฟเลี้ยวรถยนต์พร้อมแอนิเมชั่น

ขั้นตอนที่ 1: มูลค่าอุตสาหกรรม

รูปแบบสัญญาณไฟเลี้ยวที่แสดงในคำแนะนำนี้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์โดยใช้ไอซีแยกกันจำนวนหนึ่งเพื่อควบคุมลำดับของรูปแบบไฟ LED แสดงสถานะยานยนต์ CMIC SLG46620 ที่เลือกจะแทนที่อย่างน้อยส่วนประกอบต่อไปนี้ในการออกแบบอุตสาหกรรมปัจจุบัน:

● ไอซีตัวตั้งเวลา 555 หมายเลข 1 (เช่น TLC555QDRQ1)

● เคาน์เตอร์หมายเลข 1 ของ Johnson (เช่น CD4017)

● 2 No. D-Type Positive-Edge-Triggered Flip-Flop (เช่น 74HC74)

● 1 หมายเลข OR ประตู (เช่น CAHCT1G32)

● ส่วนประกอบแฝงหลายอย่าง เช่น ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน ฯลฯ

ตารางที่ 1 แสดงความได้เปรียบด้านต้นทุนที่ได้จากการใช้ Dialog CMIC ที่เลือก สำหรับรูปแบบสัญญาณไฟเลี้ยวตามลำดับของไฟแสดงสถานะ เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

CMIC SLG46620 ที่เลือกจะมีราคาน้อยกว่า 0.50 ดอลลาร์ ดังนั้นต้นทุนรวมของวงจรควบคุม LED จึงลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ยังประสบความสำเร็จในการลดรอยเท้า PCB เปรียบเทียบอย่างมีนัยสำคัญ

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบระบบ

รูปที่ 1 แสดงไดอะแกรมของโครงการแรกที่เสนอ ส่วนประกอบหลักของโครงการประกอบด้วยตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LDO, ไดรเวอร์ LED สำหรับรถยนต์, CMIC SLG46620, MOSFET ระดับตรรกะ 11 ตัว และ LED 10 ดวง ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LDO ช่วยให้แน่ใจว่ามีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมให้กับ CMIC และหากแรงดันแบตเตอรี่ลดลงจากระดับหนึ่ง CMIC จะถูกรีเซ็ตผ่านพิน PG (Power Good) ในระหว่างสภาวะความผิดปกติใดๆ ที่ตรวจพบโดยไดรเวอร์ LED ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LDO จะถูกปิดใช้งาน SLG46620 CMIC สร้างสัญญาณดิจิตอลเพื่อขับเคลื่อนไฟแสดงสถานะ LED ที่ติดป้าย 1-10 ผ่าน MOSFET นอกจากนี้ CMIC ที่เลือกยังสร้างสัญญาณเปิดใช้งานสำหรับไดรเวอร์ช่องสัญญาณเดียวซึ่งจะขับ MOSFET Q1 เพื่อโหลดไดรเวอร์ที่ทำงานในโหมดกระแสคงที่

ตัวแปรของรูปแบบนี้ยังเป็นไปได้ ซึ่งใช้ตัวขับหลายช่องสัญญาณ ดังแสดงในรูปที่ 2 ในตัวเลือกนี้ กระแสขับของแต่ละช่องสัญญาณจะลดลงเมื่อเทียบกับตัวขับช่องสัญญาณเดียว

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบ GreenPak

วิธีที่เหมาะสมในการบรรลุเป้าหมายของรูปแบบไฟ LED แสดงสถานะแบบยืดหยุ่นคือการใช้แนวคิด Finite State Machine (FSM) เซมิคอนดักเตอร์ของ Dialog มี CMIC หลายตัวที่มีบล็อก ASM ในตัว อย่างไรก็ตาม น่าเสียดายที่ CMIC ทั้งหมดนั้นมีอยู่ในแพ็คเกจ QFN ไม่แนะนำสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ดังนั้นจึงเลือก SLG46620 ซึ่งมีให้เลือกทั้งบรรจุภัณฑ์ QFN และ TSSOP

มีการนำเสนอตัวอย่างสามตัวอย่างสำหรับแอนิเมชั่น LED ที่แตกต่างกันสามแบบ สำหรับสองตัวอย่างแรก เราจะพิจารณาไดรเวอร์ช่องสัญญาณเดียวดังแสดงในรูปที่ 1 สำหรับตัวอย่างที่สาม เราถือว่ามีไดรเวอร์ช่องสัญญาณหลายช่อง ดังแสดงในรูปที่ 2 และแต่ละช่องใช้เพื่อขับ LED แยกกัน รูปแบบอื่นๆ สามารถรับได้โดยใช้แนวคิดเดียวกัน

ในการออกแบบตัวอย่างแรก ไฟ LED ตั้งแต่ 1-10 จะถูกเปิดตามลำดับทีละดวงเมื่อหมดระยะเวลาที่ตั้งโปรแกรมได้ดังแสดงในรูปที่ 3

ในการออกแบบตัวอย่างที่สอง ไฟ LED 2 ดวงจะถูกเพิ่มตามลำดับในรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 5 แสดงให้เห็นว่าไฟ LED สำรองถูกเพิ่มตามลำดับในรูปแบบในการออกแบบที่เสนอครั้งที่สามอย่างไร

เนื่องจากไม่มีบล็อก ASM ในตัวที่มีอยู่ใน SLG46620 เครื่อง Finite State Moore จึงได้รับการพัฒนาโดยใช้บล็อกที่มีอยู่ ได้แก่ ตัวนับ DFF และ LUT Moore Machine 16 สถานะได้รับการพัฒนาโดยใช้ตารางที่ 2 สำหรับสามตัวอย่าง ในตารางที่ 2 บิตทั้งหมดของสถานะปัจจุบันและสถานะถัดไปจะได้รับ นอกจากนี้ยังมีบิตสำหรับสัญญาณเอาท์พุตทั้งหมด จากตารางที่ 2 สมการของสถานะถัดไปและผลลัพธ์ทั้งหมดจะถูกประเมินในรูปของบิตสถานะปัจจุบัน

หัวใจสำคัญของการพัฒนา Moore Machine 4 บิตคือบล็อก DFF 4 บล็อก แต่ละบล็อก DFF ทำหน้าที่แทนหนึ่งบิตจากสี่บิต: ABCD เมื่อสัญญาณบ่งชี้สูง (ซึ่งสัมพันธ์กับสวิตช์เปิด) จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปยังสถานะถัดไปในแต่ละพัลส์นาฬิกา ดังนั้นจึงสร้างรูปแบบ LED ที่แตกต่างกันออกไป ในทางกลับกัน เมื่อสัญญาณบ่งชี้อยู่ในระดับต่ำ รูปแบบที่หยุดนิ่ง การมีไฟ LED ทั้งหมดในตัวอย่างการออกแบบแต่ละครั้งจะเป็นเป้าหมาย

รูปที่ 3 แสดงการทำงานของเครื่อง Moore Machine 4 บิต (ABCD) ที่พัฒนาขึ้นสำหรับแต่ละตัวอย่าง แนวคิดพื้นฐานของการพัฒนา FSM ดังกล่าวคือการเป็นตัวแทนของแต่ละบิตของสถานะถัดไป สัญญาณที่เปิดใช้งาน และสัญญาณพินเอาต์พุตแต่ละอัน (กำหนดไว้สำหรับ LED) ในแง่ของสถานะปัจจุบัน นี่คือที่ที่ LUTs มีส่วนร่วม สถานะปัจจุบันทั้ง 4 บิตจะถูกป้อนไปยัง LUT ที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้สัญญาณที่ต้องการโดยทั่วไปในสถานะถัดไปที่ขอบของพัลส์นาฬิกา สำหรับพัลส์นาฬิกา ตัวนับได้รับการกำหนดค่าเพื่อให้รถไฟพัลส์มีช่วงเวลาที่เหมาะสม

สำหรับแต่ละตัวอย่าง แต่ละบิตของรัฐถัดไปจะได้รับการประเมินในแง่ของสถานะปัจจุบันโดยใช้สมการต่อไปนี้ที่ได้มาจาก K-Maps:

A = D' (C' + C (AB)') & IND + IND'

B = C' D + C D' (AB)' & IND + IND'

C = B' C D + B (C' + A' D') & IND + IND'

D = A B' + A' B C D + A B C' & IND + IND'

โดยที่ IND หมายถึงสัญญาณบ่งชี้

รายละเอียดเพิ่มเติมของแต่ละตัวอย่างทั้งสามได้รับด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 4: ตัวอย่างการออกแบบ 1

สมการของสัญญาณเปิดใช้งานและสัญญาณขับเคลื่อน LED สำหรับตัวอย่างที่ 1 โดยที่ LED แต่ละดวงจะเปิดตามลำดับโดยใช้แผนภาพในรูปที่ 1 ดังแสดงด้านล่าง

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

ในรูปที่ 7 แสดงการออกแบบ Matrix-0 GreenPAK ของตัวอย่างที่ 1 4 DFF ถูกใช้เพื่อพัฒนา Moore Machine 4 บิต DFF พร้อมตัวเลือกการรีเซ็ต (3 จาก Matrix-0 และ 1 จาก Matrix-1) ถูกเลือกเพื่อให้สามารถรีเซ็ต Moore Machine ได้อย่างสะดวก ตัวนับที่มีช่วงเวลาที่เหมาะสม 72 mS ได้รับการกำหนดค่าให้เปลี่ยนสถานะของเครื่องหลังจากแต่ละช่วงเวลา LUT ที่มีการกำหนดค่าที่เหมาะสมจะใช้เพื่อรับฟังก์ชันสำหรับอินพุต DFF, Driver Enable Signal (En) และพินเอาต์พุต: DO1-DO10

ในเมทริกซ์ที่แสดงในรูปที่ 8 ทรัพยากร GreenPAK ที่เหลือจะถูกใช้เพื่อทำให้การออกแบบเสร็จสมบูรณ์โดยใช้วิธีการที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ ตัวเลขมีการติดฉลากอย่างเหมาะสมเพื่อความชัดเจน

ขั้นตอนที่ 5: ตัวอย่างการออกแบบ 2

สมการของสัญญาณเปิดใช้งานและสัญญาณการขับ LED สำหรับตัวอย่างที่ 2 โดยมี LED สองดวงเพิ่มในรูปแบบตามลำดับโดยใช้แผนภาพในรูปที่ 1 ดังแสดงด้านล่าง

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

ในรูปที่ 9 และรูปที่ 10 การออกแบบ Matrix-0 & 1 GreenPAK ของตัวอย่างที่ 2 ถูกนำเสนอ การออกแบบพื้นฐานคล้ายกับการออกแบบตัวอย่างที่ 1 ความแตกต่างที่สำคัญในการเปรียบเทียบอยู่ในฟังก์ชัน Driver Enable (En) และไม่มีการเชื่อมต่อ DO1, DO3, DO5, DO7 และ DO10 ซึ่งถูกดึงลงมาในการออกแบบนี้

ขั้นตอนที่ 6: ตัวอย่างการออกแบบ 3

สมการของสัญญาณเปิดใช้งานและสัญญาณการขับ LED สำหรับตัวอย่างที่ 3 การสร้างรูปแบบการเพิ่มลำดับ LED สำรองโดยใช้รูปแบบในรูปที่ 2 แสดงไว้ด้านล่าง

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 = ดา

DO6 = A B C D

DO7 = DA (C'B + C)

DO8 = A B C D

DO9 = D A B

DO10 = A B C D

ในรูปที่ 11 และรูปที่ 12 การออกแบบ Matrix-0 & 1 GreenPAK ของตัวอย่างที่ 3 ถูกนำเสนอ ในการออกแบบนี้ มี Driver Enable Signals สองตัวแยกกัน (En1 & En2) สำหรับไดรเวอร์ 1 และ 2 นอกจากนี้ พินเอาต์พุตยังเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของ LUT ที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสม

สรุปส่วนการออกแบบ GreenPAK ของตัวอย่างที่ 1 ตัวอย่างที่ 2 และตัวอย่างที่ 3

ขั้นตอนที่ 7: ผลการทดลอง

วิธีที่สะดวกในการทดสอบการออกแบบของตัวอย่างที่ 1 ตัวอย่างที่ 2 และตัวอย่างที่ 3 คือการทดลองและการตรวจสอบด้วยภาพ พฤติกรรมชั่วคราวของแต่ละแบบแผนได้รับการวิเคราะห์โดยใช้ตัววิเคราะห์ลอจิกและผลลัพธ์จะแสดงในส่วนนี้

รูปที่ 13 แสดงพฤติกรรมชั่วคราวของสัญญาณเอาต์พุตต่างๆ สำหรับตัวอย่างที่ 1 ทุกครั้งที่เปิดตัวบ่งชี้ (IND=1) สามารถสังเกตได้ว่าสัญญาณสำหรับพินเอาต์พุต DO1-DO5 จะเปิดขึ้นตามลำดับหลังจากสิ้นสุดช่วงเวลาที่กำหนดตามตารางที่ 2 รูปแบบของสัญญาณที่ให้กับพิน DO6-DO10 ก็คล้ายกันเช่นกัน สัญญาณ Driver Enable (En) จะเปิดขึ้นเมื่อสัญญาณ DO1-DO10 เปิดอยู่และไม่เช่นนั้นจะปิดอยู่ ระหว่างภาพเคลื่อนไหว เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณบ่งชี้ลดต่ำลง (IND=0) สัญญาณ En และ DO10 จะเปิดขึ้นและยังคงอยู่ในระดับสูง กล่าวโดยสรุป ผลลัพธ์เป็นไปตามข้อกำหนดและตรวจสอบข้อเสนอทางทฤษฎีสำหรับตัวอย่างที่ 1

ในรูปที่ 14 แสดงแผนภาพเวลาของสัญญาณเอาท์พุตต่างๆ สำหรับตัวอย่างที่ 2 โดยเปิดสัญญาณบ่งชี้ (IND=1) สังเกตได้ว่าสัญญาณสำหรับพินเอาต์พุต DO1-DO5 ถูกเปิดสลับกันตามลำดับหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งตามข้อตกลงในตารางที่ 2 พิน DO1, DO3 และ DO5 ยังคงต่ำ ในขณะที่สัญญาณสำหรับ DO2 และ DO4 จะสลับกัน ตามลำดับ รูปแบบเดียวกันสำหรับ DO6-DO10 ก็ถูกสังเกตเช่นกัน (ไม่แสดงในรูปเนื่องจากอินพุตเครื่องวิเคราะห์จำนวนจำกัด) เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณ DO1-DO10 เปิดอยู่ สัญญาณ Driver Enable (En) จะเปิดขึ้นโดยที่ยังปิดอยู่ ตลอดภาพเคลื่อนไหว เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณบ่งชี้ลดต่ำลง (IND=0) สัญญาณ En และ DO10 จะเปิดขึ้นและยังคงอยู่ในระดับสูง ผลลัพธ์เป็นไปตามข้อกำหนดและแนวคิดเชิงทฤษฎีสำหรับตัวอย่างที่ 2 อย่างแน่นอน

รูปที่ 15 แสดงแผนภาพเวลาของสัญญาณเอาท์พุตต่างๆ สำหรับตัวอย่างที่ 3 โดยเปิดสัญญาณบ่งชี้ (IND=1) สามารถสังเกตได้ว่าสัญญาณสำหรับพินเอาต์พุต DO1-DO7 เปิดใช้งานดังแสดงในตารางที่ 2 นอกจากนี้ สัญญาณพิน DO9 ยังทำงานตามตารางที่ 2 (ไม่แสดงในรูป) หมุด DO2, DO4, DO6, DO8, DO10 ยังคงต่ำ En1 จะเปลี่ยนค่าตรรกะสูงเมื่อใดก็ตามที่สัญญาณจาก DO1, DO3 และ DO5 เปิดอยู่ และ En2 จะเปลี่ยนเป็นค่าตรรกะสูงเมื่อใดก็ตามที่สัญญาณจาก DO7 และ DO9 สูงขึ้น ระหว่างภาพเคลื่อนไหวทั้งหมด เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณบ่งชี้ลดต่ำลง (IND=0) สัญญาณเอาท์พุตทั้งหมด: En1, En2 และ DO1-DO10 จะเปิดขึ้นและยังคงอยู่ในระดับสูง ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าผลลัพธ์เป็นไปตามข้อกำหนดและข้อเสนอทางทฤษฎีสำหรับตัวอย่างที่ 3

บทสรุป

มีการนำเสนอคำอธิบายโดยละเอียดของรูปแบบสัญญาณไฟเลี้ยวรถยนต์แบบต่างๆ พร้อมภาพเคลื่อนไหว แอปพลิเคชันนี้เลือกใช้ Dialog CMIC SLG46620 ที่เหมาะสม เนื่องจากมีให้ในแพ็คเกจ TSSOP ซึ่งเหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรมที่มีสภาพแวดล้อมที่รุนแรง มีการนำเสนอโครงร่างหลักสองแบบ โดยใช้ตัวขับยานยนต์แบบช่องสัญญาณเดียวและหลายช่อง เพื่อพัฒนาโมเดลแอนิเมชั่น LED แบบต่อเนื่องที่ยืดหยุ่นได้ โมเดล Finite State Moore Machine ที่เหมาะสมได้รับการพัฒนาเพื่อสร้างภาพเคลื่อนไหวที่ต้องการ สำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองที่พัฒนาแล้ว ได้ทำการทดลองที่สะดวก เป็นที่ยอมรับว่าการทำงานของแบบจำลองที่พัฒนาแล้วนั้นสอดคล้องกับการออกแบบทางทฤษฎี