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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED-Matrix mit Max7219


Autor: Stephan B. (meder)
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Hi, ich bin in Sachen Elektrotechnik (noch) nicht besonders erfahren, um 
genau zu sein ist das mein erstes Projekt. Deshalb bin ich mir in 
einigen Punkten noch etwas unsicher. Bitte helft mir meine Fragen und 
Zweifel zu klären. Könntet ihr mir mal meine bisher geplante Schaltung 
korektur lesen/rechnen?

Datenblätter:
MAX7219: 
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/maxim/MA...
BD140: 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=28;OPEN=0;IND...
BC337: 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=28;OPEN=0;IND...
LED: 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=28;OPEN=0;IND...

Fragen:
1. Kann die Schaltung so wie sie ist funktionieren?

2. Benötige ich noch Basisvorwiderstände für die Transitoren? Ich habe 
gelesen das man keine benötigt wenn man Kollektorschaltung hat. Ist doch 
Kollektorschaltung so wie es ist oder? Könnte die Schaltung Schaden 
nehmen wenn man dann doch einen reinsetzt?

3. Sind die Vorwiderstände der LEDs richtig dimensioniert?
Da die LEDs nur kurz leuchten würde es bei 20mA pro LED etwas dunkel 
ausschaun, deshalb wollte ich sie mit etwa 100mA ansprechen (darf halt 
nicht stehen bleiben :-) ), denn 8*20mA, also 160mA verkraften sie 
nicht. Das Datenblatt sagt bis 150mA allerdings für 1/10 der Zeit mit 
einer Dauer von 0,1ms. Darf man dann näherungsweise linear rechnen also 
150/10*8, also 120mA? Wie lange ein peak bei mir später geht kann ich 
noch nicht sagen, also 1/0,0001 wären 10kHz laut Datenblatt des Max 
liegt die "Display scan rate" zwischen 500 und 1300Hz, also wäre doch 
der peak mit 120mA nicht kurz genug oder?
Meine Rechnung:
UR=5-0,5-2(LED)-0,5=2V Reichen 2V für den Widerstand? Die zwei 0,5V ist 
die Spannung die an den beiden Transistoren abfällt. Rechnet man das so? 
Die 0,5V war der Wert VCE(Sat). Bin ich mit dieser Schaltung überhaupt 
in Sättigung? Muss ich das irgendwie noch einstellen? Sollte ich lieber 
mit 0,7V oder mehr pro Transitor rechnen? Ich bin mit dem was ich bisher 
darüber gelesen habe nicht wirklich schlauer geworden. Was ich noch 
mitgenommen habe ist das für hohe Schaltungsfrequenzen der 
Sättigungsbetrieb wohl nix ist, aber was ist hoch (Multiplex, Mhz-, 
Ghz-Bereich)?
R=UR/I(Led)=2/0,100=20 Ohm nächst höhere Widerstand 22 Ohm. Das macht 
90,9mA pro peak.
Ich bin mir da aber noch sehr unsicher denn wenn der Strom so hoch ist 
müsste doch auch mehr Spannung an der LED abfallen. Die Grafig im 
Datenblatt hört schon bei 50mA auf. Muss ich die fast lineare Kennlinie 
extrapolieren, wäre statt 2V bei etwa 2.8V. Wenn ich damit rechne bleibt 
für R noch 1,2V und R=12 Ohm. Helft mir bitte!!!

4. Der R9 zwischen V+ und Iset ist doch auch für die Helligkeit der LEDs 
zuständig. Den kann ich aber für den späteren Betrieb der Matrix weg 
lassen oder? Zum Testen würd ich auf jedenfall einen setzten. Aber wie 
hoch sollte dieser sein. Wie wirkt der sich aus? Die 9,53k habe ich aus 
einer Beispielschaltung.

5. Muss ich noch mit Kondensatoren arbeiten zu Glättung oder so. Das 
habe ich auch schon des öfteren gesehen. Wann braucht man das.

6. Ist die Wahl der Transistoren in Ordnung und noch genug Spiel das mir 
nix raucht?

7. Wie muss ich die Stromversorgung dimensionieren? Ich habe im Betrieb 
maximal 8 LEDs mit je rund 100mA laufen, dass sind schonmal 0,8A. Im 
Datenblatt des MAX steht unter "Operating Supply Current" als typischer 
Wert 330mA. Da ich den Max aber durch die Transistoren ein wenig 
entlasste dürften es doch weniger sein, Oder? Saugt sonst noch was was 
zubeachten ist. Sind bis jetzt 1,13A, kommt später vlt noch der der 
Controller dazu (Erstmal über USB versorgt). Sagen wir 2A?

8. Muss irgenwas noch beachten wenn ich den Microcontroller und meine 
Schaltung getrennt mit Energie versorge?

Ich weiß sind viele Fragen. Es muss auch nicht jeder alle beantworten 
können, es wäre aber schön wenn ich danach loslegen kann ohne mir 
unsicher zu sein das es raucht. Vielen Dank schon mal im Vorraus.

Autor: Falk Brunner (falk)
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LED-Matrix die 10876te

Hmm . . .

Autor: Stephan B. (meder)
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Ich habe mir dieses Projekt ausgesucht gerade weil es schon sooft 
gemacht wurde und es viel dazu zu lesen gibt. Aber wenn der Umgang mit 
Datenblatt und Co noch nicht sehr vertraut ist dann ist man schnell 
verunsichert und auf Hilfe angewiesen. Bitte um Hilfe bei meiner 
Schaltung.

Autor: ... (Gast)
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Stephan B. schrieb:
> Kann die Schaltung so wie sie ist funktionieren?

Nein. Der 7219 steuert die Leuchtdioden direkt an, siehe Datenblatt. 
Damit erledigt sich Frage 2 und 3.

Stephan B. schrieb:
> Der R9 zwischen V+ und Iset ist doch auch für die Helligkeit der LEDs
> zuständig.  Den kann ich aber für den späteren Betrieb der Matrix weg
> lassen oder?

Nein. Damit wird der Strom durch die LEDs eingestellt.

Stephan B. schrieb:
> Muss ich noch mit Kondensatoren arbeiten

Ja. Direkt an den Spannungversorgungsanschlüssen des 7219 müssen ein 
10µF und ein 100nF angeschlossen werden.

Stephan B. schrieb:
> Wie muss ich die Stromversorgung dimensionieren?

Für eine 8x8 Matrix ca. 500mA.

Stephan B. schrieb:
> Muss irgenwas noch beachten wenn ich den Microcontroller und meine
> Schaltung getrennt mit Energie versorge?

Ja. Die Massen der beiden Spannungsversorgungen sollten zusammen 
geschaltet werden. Die Pegel der SPI Leitungen müssen 0/5V haben.

Autor: MaWin (Gast)
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1. Ja
2. Nein, dank Emitterfolger sparst du die
3.
> müsste doch auch mehr Spannung an der LED abfallen. Die Grafig im
> Datenblatt hört schon bei 50mA auf. Muss ich die fast lineare Kennlinie
> extrapolieren, wäre statt 2V bei etwa 2.8V. Wenn ich damit rechne bleibt
> für R noch 1,2V und R=12 Ohm.

Ja. Bei 22 werden es weniger als die berechneten 100mA sein.

4. R9 stellst du im Prinzip auf vollen Strom, damit die Ausgänge voll 
durchschalten. Um 10k ist in Ordnung.

5.
> Muss ich noch mit Kondensatoren arbeiten zu Glättung oder so.

Sicher. zur Stabilisierung der Versorgungsspannung, immerhin werden 
Impulse von 0.8A geschaltet. Die üblichen, 100nF zwischen VCC/GND am IC 
und 10uF zwischen der GND Schiene der PNP und der VCC Schiene der NPN 
Transistoren

6. Passt. Du hast sogar aufgepasst, obwohl z.B. statt dem BD140 ein 
BC369 laut Datenblatt 1A schalten könnte, kann er die 800mA nicht im 
Emitterschaltung weil dann der Spannungsabfall grösser ist (andererseits 
ist er nur 1/8 der Zeit an, könnte also trotzdem reichen).

7.
> dürften es doch weniger sein
8mA sagt das Datenblatt, zusammen 808mA, na ja, ungefähr.


8.
> Muss irgenwas noch beachten wenn ich den Microcontroller und meine
> Schaltung getrennt mit Energie versorge?

Klar. Du kannst nicht einfach den MX7219 abschalten wenn dessen Eingänge 
eventuell 5V (logic hi) bekommen, sonst fliesst Strom über die 
Eingangsschutzdidoen. Also vor Abschalten der Spannung des MAX erst die 
Leitungen zu ihm auf 0V (logic low) legen, und umgekehrt beim 
Einschalten.

Autor: Stephan B. (meder)
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Vielen Dank euch beiden für die Hilfe. Hätte nicht damit gerechnet so 
schnell Antwort zubekommen. Bin auch nicht Foren-erfahren.

Hab jetzt Kondensatoren für die Stabilisierung der Versorgungsspannung 
rein gesetzt. Passt das so? Muss ich bei den Kondensatoren irgendwas 
beachten, irgendeine bestimmte Bauform, Material, oder so? Oder muss da 
einfach nur 100nF bzw 10uF draufstehn? Ich habe da noch keine 
Erfahrungswerte und auch noch sonst noch nicht alle Wissenslücken füllen 
können.
Was meint ihr mit wieviel Spannungsabfall an den Kondensatoren soll ich 
hier einplanen 0,5V, 0,7 oder mehr. Habt ihr da Erfahrungswerte oder 
kann man das berechnen?
Ich denk meiner Wahl der LEDs optimier ich mal noch. Ich will jetzt 
nicht an der falschen Stelle sparen. Ich denk den Widerstand bekomm ich 
schon noch richtig eingestellt (-: .
Wie gesagt vielen vielen Dank das ihr mir geholfen habt und hoffendlich 
noch einmal helfen könnt.

Autor: Stephan B. (meder)
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Spannungsabfall an den Transistoren meinte ich natürlich.

Autor: MaWin (Gast)
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> irgendeine bestimmte Bauform,

Nun, 100nF ist ein Vielschicht-Kerko,
so was wie X7R-2,5 100N von Reichelt
10uF ist ein Elko, so was wie RAD 10/35

> Spannungsabfall an den Transistoren

Jeweils 1V, du hast einen Emitterfolger, da fliesst der Strom vom 
Emitter über die Basis in den IC und der muss den Strom (zumindest 1/100 
davon, wegen der Stromverstärkung der Transistoren) ableiten.

Autor: ... (Gast)
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@ Stephan:

Noch mal ganz deutlich:

Du kannst mit dem 7219 keine Transistoren ansteuern !

Der 7219 ist dafür gebaut die LEDs direkt anzusteuern.

Autor: Stephan B. (meder)
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... schrieb:
> Du kannst mit dem 7219 keine Transistoren ansteuern !
>
> Der 7219 ist dafür gebaut die LEDs direkt anzusteuern.


Danke für deine Warnung aber kannst du mir erklären warum? Im DB habe 
ich nur gesehen das die Beispielschaltung keine Transistoren besitzt 
aber nicht das man sich den Strom den man für seine LEDs braucht nicht 
wo anders herholen kann. Bitte kläre mich auf. Ist natürlich möglich das 
ich den Wald vor lauter Bäumen nicht sehe.
Ich habe gelesen das eine LED den theoretisch 8-fachen (in meinem Fall) 
Strom benötigt das sie so hell leuchtet wie im Normalbetrieb 
(20mA*8=160mA). Da wollt ich wenigstens die 100mA schaffen, das schafft 
der Max aber nicht alleine. Oder kannst du aus Erfahrung sagen das z.B. 
der zweifache Strom reicht. Kommt vlt noch auf die LEDs drauf an.
Hast du eine Alternative für mein Problem. Den Max hab ich halt schon 
daliegen.

Danke für die Infos MarWin.
Ich werd mich bei Gelegenheit auch noch ein wenig tiefer einlesen in die 
Abblock-Geschichte.

Noch zwei Fragen an euch:

1. Wenn ich die Abstände der Zeilen und Spalten soweit hochsetze dass 
die Matrix auf 1x1 Meter skaliert wird, könnte ich dann ein Problem 
bekommen, wie "Klingeln" (sollte der Kondensator ja verhindern) auf der 
Leitung? Falls ja, was tue ich dann?

2. Um Strom für LEDs sicher einstellen zu können reichen da 0,75V am 
Widerstand aus. Das kommt nämlich raus wenn ich Von den 5V 
Betriebsspannung die 2*1V, sowie die Spannung für die LED abziehe.

Autor: ... (Gast)
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Stephan B. schrieb:
> aber kannst du mir erklären warum?

Weil intern im 7219 nur Stromquellen an den Ausgängen sitzen.

Man kann auch keine LEDs anschließen, die eine Flussspannung >5V haben 
(z.B. bei großen 7-Segment-Anzeigen, die intern für jedes Segment 3 LEDs 
in Reihe geschaltet haben).

Die LEDs werden vom 7219 so angesteuert, dass der Strom durch die 
jeweilig angesteuerte LED genau dem Strom entspricht, den du über den 
Widerstand an Pin ISET eingestellt hast. Für die LEDs, die du vorgesehen 
hast dürfen das max. 30mA bei einer Vf von 2-2,5V sein , entsprechend 
sollte der Widerstand ca.16,5KOhm betragen.

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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... schrieb:
> Du kannst mit dem 7219 keine Transistoren ansteuern !

Doch, das geht:
http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/1196

Ist aber eher ein Spezialfall, wenn mehr Strom benötigt wird.
Normalerweise treibt der 7219, wie bereits erwähnt, die LEDs direkt.

Gruss Uwe

Autor: ... (Gast)
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Uwe N. schrieb:
> Ist aber eher ein Spezialfall, wenn mehr Strom benötigt wird.

Oder wenn man größere Displays mit höher Flussspannung hat. Der Aufwand 
ist auch sehr hoch.

Aber der Fall liegt hier nicht vor. Die LEDs, die der OT verwenden will, 
treibt der 7219 lässig ohne Zusatzbeschaltung.

Autor: MaWin (Gast)
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> Die LEDs, die der OT verwenden will,
> treibt der 7219 lässig ohne Zusatzbeschaltung.

Jetzt reicht's aber langsam mit deinem dummen Gelaber,
werter namenloser "..."

Der MAX7219 kann sehr wohl Transistoren steuern und braucht
die auch wenn man nur halbwegs Helligkeit aus den LEDs holen
will, denn er liefert im Schnitt nur 5mA an die LEDs, also
weit unter dem Nominalstrom von 20mA der meisten LEDs (und
nicht vergessen daß es auch welche mit höherem Nennstrom
gibt).

Autor: ... (Gast)
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MaWin schrieb:
> Jetzt reicht's aber langsam mit deinem dummen Gelaber,
> werter namenloser "..."

Ach Manfred, wenn dir nichts mehr einfällt fängst du an andere zu 
Beleidigen?

Du solltest dir angewöhnen die Klappe zu halten, wenn du von einer Sache 
keine Ahnung hast.

Autor: Stephan B. (meder)
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Danke für die Aufklärung. Stromquelle... stimmt. Deshalb habe ich auch 
nie Vorwiderstände für die LEDs gesehen wenn ein Max im Spiel war.
Ich kann mich aber nicht mit einer kleinen Tisch-LED-Matrix zufrieden 
geben, die vor sich her glimt. Man (Ich) will ja nicht auf die nackten 
LEDs schaun, daher muss die Matrix verkleidet werden und das schluckt 
Helligkeit. Wie gesagt auf 1x1 Meter kann das ganze dann schon werden. 
Deshalb werde ich auch andere LEDs nehmen, muss ich aber noch schauen.

Also der "Spezialfall" ist da. Danke für die mehrfachen Hinweise das ich 
die LEDs auch ohne Stromverstärkung leuchten sehen kann. Der Stephan 
will aber mehr Leuchtkraft. Also bitte lasst bitte dem Stephan seinen 
Traum von der großen leuchtenden LED-Matrix und schaut noch einmal über 
seine veränderte Schaltung.
Ich wäre euch sehr dankbar (-: .
Ich habe mich weitestgehend an den Link vom Uwe (Danke hier) gehalten. 
Nur ein LOGIG-LEVEL P-Mos direkt habe ich jetzt nicht finden können. Der 
IRF 5305 mit Gate Threshold Voltage von min -2,0V und max -4,0 scheint 
die Anforderungen ebenso zuerfüllen. IST DAS SO? 
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/irf/irf5305.pdf

Kann die Schaltung jetzt funktionieren?
Wenns möglich wäre ohne Beleidigungen untereinander. Oder wenigstens 
dabei kurz dem andern erklären was er vlt falsch gemacht hat (-; . Der 
Lerneffekt wäre für alle höher.

Autor: MaWin (Gast)
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> über seine veränderte Schaltung.

Jetzt hat der ... dir aber deine Schaltung gründlich versaut.
Die vorherige funktioniert besser.

Autor: Stephan B. (meder)
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MaWin schrieb:
> Die vorherige funktioniert besser.

Was meinst du mit besser? Also die Neue würde funktionieren, ist aber 
nicht sicher? Was wäre, außer natürlich der höhere Aufwand, nicht so 
doll? Mein Gefühl sagt mir das meine vorherige auch Funktionieren 
müsste, aber wieso ist die Schaltung von der Herstellerseite dann so 
aufwendig, wenns auch einfacher gehen würde? Ich weiß auch noch nicht so 
richtig was dagegen spricht. Auf mein Gefühl allein will ich mich aber 
noch nicht verlassen.

Kann ich mit dem IRF 5305 als Logig-Level-Alternative arbeiten?
Ich hoffe es können auch noch andere ihren Senf dazu geben.

Autor: MaWin (Gast)
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> Was meinst du mit besser?

Bau beide auf, vergleiche.

> aber wieso ist die Schaltung von der Herstellerseite dann so aufwendig

Weil die auch eine höhere Spannung schalten mussten.

> Kann ich mit dem IRF 5305 als Logig-Level-Alternative arbeiten?

Nein.

Autor: Stephan B. (meder)
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MaWin schrieb:
> Weil die auch eine höhere Spannung schalten mussten.

Sowie ich das verstanden habe ist die Version die ich gezeichnet habe 
ohne Spannungsverstärkung. Aber auch die finde ich jetzt schon recht 
aufwendig (Beschaffung der Bauteile vorallem).

Ich Probier halt jetzt ehweng rum. Muss mich ja auch noch um die 
Software kümmern. Ich sag dann wies gelofen isch.

Danke nochmal an alle für eure Beiträge.

Autor: ... (Gast)
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Ich kann dir nur den Tip geben:
Bau es ohne externe Transistoren mal auf. Nutze ""High Efficiency"-LEDs 
wie in deinem Datenblatt von oben aufgeführt und freue dich über die 
Leuchtstärke der Anzeige.

Autor: Stephan B. (meder)
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Lieber spät als nie.... Ich habe sie nun ohne Transistoren oder Mosfets 
aufgebaut. Die Matrix leuchtet zwar etwas schwach aber sie leuchtet noch 
hell genug. Mit der größe von 1m x 1m war auch kein problem. Danke 
nochmal an alle für die Hilfe.

Autor: J. J. (jhne92)
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Ich grab mal tief im Forum...

Als Schlussstrich von diesem Thread könnte man nun festhalten, dass der 
MAX alleine keine LEDs wie diese versorgen kann:

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/1...
mit 60mA/LED in einer 8*8 Matrix?

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