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Laufschrift mit 16*8 LEDs und ATtiny- oder ATmega-Controller
Der Vorteil, dass 4094-CMOS-IC-Ausgänge LEDs auch ohne Vorwiderstand
ansteuern können wird dann zum Nachteil, wenn man LEDs mit 20 mA
oder mehr antreiben will. Es hilft auch nichts, die CMOS-ICs mit 15 oder
18V zu betreiben, um 20 mA herauszukitzeln: mit acht LEDs einer
LED-Reihe wäre jedes 4094 hoffnungslos überfordert und würde
den Wärmetod sterben.
Da muss ein Booster her, der Strom satt kann. Und eine intelligente
Spannungssteuerung für den LED-Antrieb. Und natürlich ein Netzteil,
das maximal auch 128 * 20 mA = 2,56 A liefern kann.
5.1 Design für Großanzeige mit 10mm-LEDs
Das wäre mal so ein Design für eine 57,6 x 30 cm
große Frontplatte mit 128 großen 10-mm-LEDs. Die Frontplatte
ist in drei Teile geschnitten, damit das Bohren der 10mm-Löcher in der
Mitte einfacher ist. Die beiden äußeren Teile umfassen beide je
fünf LED-Spalten, der mittlere Teil sechs. Alle LEDs sind in Abständen
von 36 mm zueinander montiert.
Das ist eine der drei Bohrschablonen, die zum Bohren der LED-Löcher
dienen kann.
5.2 Hardware der Booster-Variante
Dies ist das Schaltbild für eine Spalte der Booster-Variante:
- Die acht LEDs der Spalte werden aus einer Konstantspannungsquelle mit
4,12 V über Widerstände von 22Ω aus einem Darlington-
Treiber ULN2801A angetrieben. Dessen acht Eingänge sind an die acht
Ausgänge des entsprechenden 4094-1 aus der eingangs beschriebenen
Schaltung angekoppelt. Der Segmentstrom jeder eingeschalteten LED beträgt
20 mA. Man beachte, dass die Nummerierung der LEDs und der Bits symbolisch
ist, die echten Bit- und LED-Nummern gehen aus dem Bestückungsplan hervor.
- Die Konstantspannung von 4,12 V wird aus der gleichgerichteten und
geglätteten Trafospannung mittels eines Spannungsreglers von 3,3V erzeugt,
dessen GND-Anschluss mittels eines Spannungsteilers hochgelegt ist. Der
Spannungsregler liefert maximal 1A, woraus maximal 50 LEDs zu je 20mA
angetrieben werden könnten.
- Der linke und der rechte Teil mit je fünf Spalten werden aus zwei
Konstantspannungsquellen betrieben, der mittlere Teil mit sechs Spalten aus
einer dritten Quelle (6 * 8 * 20mA = 960mA).
- Jede weitere Spalte benötigt ein weiteres Treiber-IC ULN2801A, insgesamt
werden 16 dieser ICs gebraucht.
Weil die LEDs im Common-Anode-Mode betrieben werden und weil der ULN2801A die
Eingangs-Bits invertiert, führen Einsen zu beleuchteten, Nullen zu
unbeleuchteten LEDs. Die Software muss die Bits also nicht invertieren.
Da ausschließlich LEDs und keine induktiven Lasten angetrieben werden,
bleiben die COM-Anschlüsse der ULN offen.
5.3 Netzteil für die Booster-Variante
Das hier ist das kräftige Netzteil für die Booster-Variante. Aus einem
30VA-Trafo wird Gleichspannung gemacht, diese verteilt sich auf die drei Spannungsregler
für die LED-Anoden und ein kleiner 3,3V-Spannungsregler versorgt den Prozessor
und die 16 Stück 4094.
Der Maximalstrom aus dem Netzteil kann alle LEDs antreiben, die vorhanden sind.
Beim Dauerbetrieb unter Volllast werden pro Jahr etwa 30€ Stromkosten fällig.
Eine Alternative hierzu wäre es, zur Stromkontrolle der LEDs jeweils
einen Konstantstromtreiber CL2N3-G zu verwenden. Die drei 4.2V-Netzteile
und die 128 Widerstände wären dann nicht erforderlich. Aber: so
ein einziger CL2N3-G würde 45¢ kosten, und 128 von ihnen
kämen auf 58€. Das ist bei Weitem teurer als die hier vorgestellte
Lösung.
.
5.4 Stückliste für die Booster-Variante
Das sind alle nötigen Teile für die Großvariante der Laufschrift.
Entscheidenden Anteil der Gesamtkosten von ca. 140€ nehmen die LEDs, die
beiden Plexiglasscheiben und der Trafo ein.
5.5 Gedruckte Platine für die Booster-Variante
Die Platinen gür den Booster gibt es in zwei Varianten: gestapelt oder alles
in einer.
5.5.1 Gestapelte Platine
Dies ist die gedruckte Platine für die Booster-Variante. Sie wird huckepack
auf die Speicherplatine aufgesetzt, die 63 Pins der oberen und der unteren sowie
die vier seitlichen Pins diesen als Befestigung auf der Basisplatine.
Beim Rechtsklicken auf das Bild gibt es das gif in einem fünffach
vergrößerten Format, mit dem mit Irfanview die Platine gedruckt werden
kann. Das Bild ist auch in der LibreOffice-Draw-Datei enthalten.
Die Platine besteht aus 16 Achtfach-Darlington-Arrays ULN2801A, deren Eingänge
von den 128 Pins der 4094-Basisplatine geschaltet werden und deren Ausgänge
auf vier 2-pinnige Buchsenleisten zu je 32 Pins führen. Die beiden
äußeren Buchsenleisten sind 16-Zehntel-Inch entfernt (40,64 mm), zwischen
den beiden Buchsenleisten links und rechts sind in der Mitte 15-Zehntel-Inch Abstand
(38,1 mm). In diese vier Buchsenleisten passen vier zweireihige 16-pin-Steckerleisten,
die über 128 WiderstäBnde von je 22Ω die einzelnen LEDs antreiben.
Beim Verdrahten der Platine ist zu beachten, dass die GND-Leitungen der ULNs (Pin 9)
alle mit lötbarem Kupferlackdraht an die beiden GND-Pins der vierpoligen
Steckerleiste angeschlossen werden müssen. Da jeweils pro ULN bis zu 160 mA
Strom fließen können sollten nicht mehr als zwei GND-Leitungen pro
Verbindungsleitung angeschlossen werden. Es werden daher mindestens acht
Verbindungsleitungen fällig.
Dies ist der zugehörige Bestückungsplan. Man beachte, dass die Ausgangsseite
der ULN zu den Buchsenleisten hinzeigt.
5.5.2 Alles auf einer einzigen Platine
Dieses Platinen-Layout enthält alles auf einer einzigen:
- die vier Prozessorvarianten,
- die 16 CMOS-Schieberegister,
- die 16 Darlington-Arrays mit den 128 Stromregelwiderständen, und
- vier Buchsenleisten zum Aufsetzen des Anzeigenteils.
Damit das alles auf eine einzige Platine passt, hat sie das ungewöhnliche
Format 200 x 150 mm.
Dies ist der zugehörige Bestückungsplan. Wie immer muss nur ein
Prozessor bestückt werden, nämlich der der ausgewählten
Variante. Und natürlich müssen auch viele Verbindungen manuell
mit lötbarem Kupferlackdraht hergestellt werden, da diese im einseitigen
Platinenformat nicht enthalten sind.
Auch hier gilt das oben geschriebene: GND-Verbindungsleitungen der ULNs maximal
für zwei ICs gemeinsam.
Das ungewöhnliche Format dieser Variante braucht nebenstehende
Anschlussplatine für das Display. Wer dafür keine Fotoplatine
verschwenden will, nimmt eine Lochraster. Die vier Steckverbinder für
die Pinleisten und Buchsen sind entsprechend ausgelegt.
Das ist der zugehörige Bestückungsplan. Die beiden Plexiglasscheiben
mit den LEDs werden mit auf der Unterseite der Platine angeklebten Holzleisten
und M2.5-Schrauben an dieser befestigt. Die vier zweireihigen Stiftleisten mit
insgesamt 128 Pins sorgen für die nötige mechanische Stabilität.
Die drei Stromversorgungsanschlüsse für die Anodenspannungszufuhr
mit einer Dreifach-Schraubklemme sollten auf der Unterseite verlötet werden.
Die Anschlüsse werden direkt mit dem Netzteil verbunden.
©2022 by http://www.avr-asm-tutorial.net
Dieses Platinen-Layout enthält alles auf einer einzigen:
Das ungewöhnliche Format dieser Variante braucht nebenstehende
Anschlussplatine für das Display. Wer dafür keine Fotoplatine
verschwenden will, nimmt eine Lochraster. Die vier Steckverbinder für
die Pinleisten und Buchsen sind entsprechend ausgelegt.