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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 100 LEDs dimmen


Autor: Martin S. (scholzi)
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guten Morgen

Habe zusammen mit einem Kollegen ein Projekt in Überlegung, die Decke
unseres Partyraums mit 100 ultrahellen LEDs (quadratisch angeordnet) zu
verschönern und auch zur Ausleuchtung zu nutzen. Da ein einfaches Dimmen
aller LEDs gleichzeitig sehr langweilig wäre, kam mir der Gedanke jede
LED einzeln über 255 Stufen (1Byte) dimmbar zu machen, um so kleine
Animationen auf der Decke laufen zu lassen.
Habe im Forum schon nette Anregungen gefunden, zB mit einem Maxim
Segmenttreiber oder Schieberegistern, leider aber keine
aussagekräftigen Beispielschaltungen. Hättet ihr ein paar Links oder
Schaltungen auf Lager? Kann mich an ein Mitglied (Flash Gordon)
erinnern, der das ganze über 3 ICs gelöst hat. Natürlich möchte ich
auch einen AVR verwenden, aber das Programm in BASCOM schreiben, da
meine Assembler Kenntnisse leider sehr zu wünschen übrig lassen. ;)
Kennt jemand vielleicht ein paar ähnliche Projekte, wie meines?

Bin für jede Hilfe dankbar :)

Autor: Martin S. (scholzi)
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Ach habe noch etwas vergessen.
Da die Animationen schon bei 20Hz Wiederholfrequenz schon einen
Speicherbedarf von knapp 2Kb pro Sekunde haben, wollte ich die Dateien
auf eine SD Karte auslagern. Die Animationen selbst wollte ich per
selbstgeschriebenem Programm am PC erstellen.
Ist es möglich die Animationen in Echtzeit von der SD Karte zu holen
oder sollte ich sie vorher im RAM des AVR cachen?

Autor: alpha (Gast)
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10*10 Pixel ueber die Decke verteilt. Tolle Beleuchtung. Tolle
Animationen!

Autor: Martin S. (scholzi)
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das sollte ja auch kein vollständiges Bild geben... außerdem ist der
Raum ziemlich klein. Wie gesagt soll das ganze nur als Teilbeleuchtung
dienen, so hell mögen wirs da unten eh nicht ;)
Die LEDs stehen auf jeden Fall schon bereit.

Autor: Sebastian (Gast)
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Wenn es ganzu einfache animationen sein sollen alá eine LED (oder mehrer
parallel geschaltete) dann kannste das doch einfach mit dem
Microcontroller realisieren.

Das mit dem Dimmen ist so eine Sache endweder ein PWM ausgang oder eine
Software Lösung. Ich wollte auch meine LEDs Dimmen auf Seite 2 ist mein
Post. bei mir waren es aber nur 3 versch. farbige LEDs die lansgam an
gehen sollten und so unterschidliche farb effekte erziehlen sollen ist
recht komplex

Autor: Martin S. (scholzi)
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Ich dachte an ein Software PWM und eine Matrix.
Quasi 20 Zeilen an den µC und 5 Spalten die ich über Transistoren
nacheinander durchschalte. (Schieberegister)
Es kommt halt auf den Aufwand und die Kosten an, drum habe ich mich
erstmal auf 100 LEDs beschränkt weil ich mir auch zum Anfang nicht zu
viel zumuten wollte.

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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Der µC wird vermutlich keine 20 LEDs gleichzeitig verkraften, also
brauchst du da auch Treiber.

Autor: Jan M. (mueschel)
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Von einer Matrix-Schaltung möchte ich eher abraten. Ein Atmega kann bei
10 LED eine (Software-)PWM-Frequenz von etwa 2kHz schaffen, bei 20 LED
sind es noch 1kHz (eher weniger, denn damit wären schon die meisten
Register belegt und es müssten Daten aus dem sram geholt werden).
Fängst du jetzt noch an zu multiplexen, kommst du auf eine effektive
Frequenz von 200 Hz.
-> Das käme für mich überhaupt nicht in Frage, ich empfinde alles unter
2kHz, vor allem aus dem Augenwinkel, als störend. Andere sind aber auch
der Meinung, bei 100Hz schon kein Flackern mehr wahrnehmen zu können
<-
Wie wäre es aber mit folgender Lösung:
Die einzelnen LED können nur an und aus geschaltet werden und
zusätzlich alle gemeinsam gedimmt. Dieses dimmen ist einfach über die
enable-Eingänge der Schieberegister möglich. Evtl. kann man dann auch
die enable- Eingänge der Schieberegister einzeln ansteuern und so
gruppenweise dimmen.

Autor: Martin S. (scholzi)
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ja Treiber brauch ich, schon klar, wollte ich nur nicht extra erwähnen
;)

@Jan:
Deine Lösung ist leider nicht genug für diese Zwecke. Das mit den
Enable Eingängen der Schieberegister habe ich auch schon gehört, nur
diese "Grüppchenbildung" reicht einfach nicht. Ich möchte wirklich
jede LED einzeln steuern können. Oder sollte ich mir für diese Zwecke
lieber einen AVR nehmen, der möglichst viele Hardware-PWM Ausgänge
besitzt und diese multiplexen? Oder mehrere AVRs nehmen?
Rein rechnerisch kann ich die LEDs aber auch nicht weiter als 5 fach
multiplexen, da ich sonst den Maximalstrom von 100mA überschreiten
müsste um noch volle Helligkeit zu erzielen, oder liege ich da falsch?
Der Nennstrom beträgt 20mA. (laut Datenblatt)

@alpha:
genau DESWEGEN wollte ich erstmal klein anfangen ;)

Autor: Jan M. (mueschel)
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Gut, wenn es wirklich jede einzeln sein soll...
Dann rate ich schon zu einer Lösung mit mehreren µC. Ein Master, der
die anderen per SPI (o.ä.) mit Daten versorgt.
Für die slaves kannst du dann einfach einen billigen avr nehmen, der
z.B. 10 Ausgänge + SPI und 16Mhz hat. Da kämen z.B. der mega48 oder der
tiny26 in Frage.
Diese steuern dann jeweils 10 LED an, was sie mit 2kHz schaffen.
Vielleicht kannst du auch 16 LED dranhängen...
Der Master muss dann nur die Daten holen und verteilen, das sollte er
ohne Probleme schaffen. Da ist dann auch noch Zeit für eine serielle
Schnittstelle zum PC oder ein Display etc.

>Rein rechnerisch kann ich die LEDs aber auch nicht weiter als 5 fach
>multiplexen, da ich sonst den Maximalstrom von 100mA überschreiten
>müsste um noch volle Helligkeit zu erzielen, oder liege ich da
>falsch?
Da möchte ich insofern widersprechen, da die Helligkeit einer LED bei
100mA nicht fünf Mal höher ist als bei 20mA, der Wirkungsgrad bei hohem
Strömen lässt doch nach. Aber bei den üblichen superhellen LED dürfte
das der Sache nicht schaden, die sind sowieso hell genug. (meistens ;-)
)

Autor: TheMason (Gast)
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@martin

ich würde statt alle 100 leds über einen controller zu bedienen,
mehrere controller nehmen (jeder controller kann dann von mir aus 20
leds bedienen).
dann bekommst du kein timing-problem (255 stufen  100 leds 
pwm-grund-frequenz * 20 HZ flackerfrei = uiuiui Mhz)
und kannst es später erweitern (kann ja sein das so ein party-raum ja
wächst *ggg)
die 5 controller für die teil-stücke von einem hauptcontroller zu
steuern ist dann das kleinere problem.
hoffe dieser ansatz ist nicht mit spatzen auf kanonen geschossen *gg

gruß
rene

Autor: TravelRec. (Gast)
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Prinzipiell kannst Du das Problem nur so lösen, daß Du 13
Schieberegister nimmst und deren Takteingänge alle parallel schaltest
und an einen Prozessorpin schaltest. Gleiches machst Du mit den
Store-Eingängen. Jedem Schieberegister spendierst Du einen 8-fach
Treiber, daran hängst Du über Widerstände Deine LEDs. Die Dateneingänge
der Schieberegister kommen alle an verschiedene Portpins des Prozessors.
Die Aufgabe des Prozessors besteht nun darin, die Zahlen 0-255 aus einem
Array im SRAM (ein Byte pro angeschlossener LED) mit einem Timerwert zu
vergleichen und wenn der Timer kleiner ist, eine 0 am betreffenden
Portpin in das entsprechende Schieberegister zu schreiben und wenn der
Timer größer gleich ist, eine 1. Dies machst Du für alle
angeschlossenen Register quasi parallel (Zahlen kontrollieren -> 1 oder
0 an Daten-Portpins legen -> alle Register schieben, wenn 8x geschoben,
Übernahmepin setzen und löschen -> weiter). Nur so erreichst Du eine
genügend schnelle PWM-Frequenz für alle LEDs. Wie hoch der Spitzenstrom
für die LEDs bei welchem Tastverhältnis (hier 1:8) sein darf, entnimmst
Du deren Datenblatt.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Wieso zwingend PWM? bei vielen LCDs werden farbabstufungen dadurch
erreicht, dass ein Frame in von mir aus 255 Frames unterteilt wird und
je nach dem Bei wie vielen dieser Unterframes ein Pixel an ist ist a
uch seine Helligkeit. Ist nur so ne Idee

Autor: TheMason (Gast)
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@hauke

was ist eine pwm denn anderes ?!

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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Statt mehrere Controller zu verwenden, würde ich vorschlagen,
einen speziellen Treiber für LEDs zu nehmen. Treibt 16 LEDs
(in ich glaube 128 Helligkeitsstufen). Da ist der Treiber
schon integriert. Wird durch ein serielles Protokoll angesteuert.
Der Baustein, den ich meine, heißt TLC5923 von Texas instruments.
In dieser Baugruppe gibt es verschiedene Ausführungen je nach
Einsatzzweck. Es gibt aber auch von Maxim vergleichbare ICs.

Greetz
kmt

Autor: Martin S. (scholzi)
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@Kai:
Deine Idee finde ich am Besten, da gleich die Treiber mit integriert
sind und das ganze seriell angesprochen und auch leicht
kaskadier/erweiterbar ist. Hat schon jemand Erfahrungen mit solchen
Bausteinen oder kann Beispiele/Links posten?
Der einzige Nachteil ist leider, dass diese Bausteine scheinbar nur im
SMD Format erhältlich sind. Kann man dies evtl mit einem Sockel
umgehen?

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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Ich habe mal einige Experimente mit dem TL5923 gemacht. Alles
sehr einfach handhabbar. Die Bauteile sind SMD, das ist richtig;
es gibt aber von www.futurlec.com für wenig Geld passende Adapter-
sockel auf DIP. Einfach auflöten - fertig.

Greetz
kmt

Autor: Vorname Nachname (mhz)
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Oder von Philips den PCA9633 9634 oder 9635.
Ansprechbar über I²C zum treiben (dimmen) von 16 LEDs.

Autor: Martin S. (scholzi)
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Die Philips Bausteine sehen sehr interessant aus, durch den I²C Bus, mit
dem ich sowieso schon lange mal etwas spielen wollte. ;)
Habe gerade feststellen müssen, dass es diese Bauteile weder beim
großen C noch bei Reichelt gibt. Bei Letzterem wollte ich eigentlich
alle Bauteile beziehen. Vielleicht habe ich mit den Maxim ICs mehr
Glück, kennt jemand deren genaue Bezeichnung?
Das mit den SMD Adaptern ist war eine gute Idee aber von Übersee wollte
ich sowas nicht unbedingt bestellen ;)
Kann mich an Sockel erinnern bei denen die Beinchen der ICs nach unten
geklappt waren und dann in diesen Sockel gesteckt wurden (Kontakt an
den  Seiten).. oder sind das andere Gehäusetypen?

Autor: mydani (Gast)
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>Oder von Philips den PCA9633 9634 oder 9635.
>Ansprechbar über I²C zum treiben (dimmen) von 16 LEDs.

Philips SAA1064, kostet ~1.50€, Reichelt.
32 LEDs, mehrstufig (+3mA,+6mA,+12mA), bis 120mA kann der Treiber
direkt die LEDs anmachen, sonst mit Transistor.
Steuerbar über I²C. I²C Bus für AVR kann ich dir nen Link schicken.

Gruß
Dani

Autor: Martin S. (scholzi)
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Der IC klingt klingt interessant, da er auch im DIL Format erhältlich
ist. Der einzige Problemfaktor ist die Helligkeitsregulierung die doch
etwas "grob" ist.. 2³= 8 Stufen. Den merke ich mir aber auf jeden
Fall schonmal vor.
Falls du einen guten Link-tipp für mich hast, dann immer her damit.
Kennt sonst noch jemand einen geeigneten IC, den man möglichst bei
Reichelt bestellen kann? Was ist mit diesen Maxim ICs?

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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http://para.maxim-ic.com/cache/en/results/4959.html

die Texas-Instruments-Teile kriegt man bei TI als Sample.

Greetz
kmt

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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oder zum Beispiel diese hier von Maxim:

MAX6974 oder MAX6975

Autor: Martin S. (scholzi)
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okay werde mich demnach wohl zwischen der Methode mit mehreren AVRs und
dem SAA1064 entscheiden. Die ICs klingen zwar verlockend, sind aber für
mich außer Reichweite.
Ich bedanke mich erstma für eure Tips ;)

Autor: Martin S. (scholzi)
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@TravelRec
hab dein Post bisher wohl etwas ignoriert =)
Was meint ihr zu seinem Vorschlag? Könnte man damit eine
Wiederholfrequenz von >200Hz schaffen?

Autor: Jan M. (mueschel)
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Nach meiner Überschlagsrechnung schafft man damit bei 20 Mhz und 8bit
maximal 160Hz.
Das Problem ist einfach, dass schon alleine das Laden der ganzen Werte
aus dem sram 200 Takte dauert. Vergleich und setzen des Bits für die
Ausgabe dauert 2 Takte pro LED, dann die Ausgabe und "reintakten"
braucht 4 Takte pro 13 LED. Dann noch zurückspringen und den Zähler
erhöhen. Macht insgesamt 450 Takte. Mal 256 PWM-Schritte macht 120k
Takte...

Autor: Martin S. (scholzi)
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okay also ist dieses Verfahren eher ungeeignet, da meine
Assemblerkenntnisse, wie gesagt, zu wünschen übrig lassen, könnte ich
selbst diese Performance nicht erreichen.
Ich werde mal mit meinem Kollegen sprechen und mit ihm über das weitere
Verfahren diskutieren.
Erstmal danke, vielleicht melde ich mich nocheinmal ;)

Autor: Marco Bux (Gast)
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Hallo,

Ich frage mich gerade, wenn wir zum Beispiel 100 LEDs multiplexing, zu
jedem beliebigem Zeitpunkt wird nur eine einzige LED angesteuert.
Theoretisch sieht man die eine angeschaltete LED nur 1/100 pro Sekunde,
so im Grunde sieht man die LED weniger je mehr LEDs wir haben.
Allerdings glaube ich dass wir auch ein Nachleuchten der LED haben,
d.h. die LED leuchtet ein wenig laenger nachdem die LED im Grunde
ausgeschaltet ist. Gibt es irgendwelche Erfahrungswerte wie lang dieses
Nachleuchten andauert? Ich moechte mal vermuten, dass solange alle LEDs
zumindest einmal innerhalb dieses Nachleuchten stattfinden kann, sollte
eine angeschaltete LED als dieses visuell erkennbar sein.
Was ich versuche zu verstehen ist, dass wenn wir z.B. 20-50Hz
Wiederholungsfrequenz 100 LEDs ansteuern (an/aus) und wir koennen eine
eine angeschaltete oder ausgeschaltete LED erkennen, warum erscheint
eine angeschaltete LED nicht als ausgeschaltete LED, wenn wir genuegend
LEDs haben, dass jede LED nur fuer eine minimale Zeit angesteuert wird
(sollte zumindest gedimmt erscheinen, oder?)

Danke,

  Marco

Autor: seacrash (Gast)
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@Marco Bux
>>Nachleuchten der LED haben

??
Das halte ich für ein Gerücht, LED´s leuchten nicht nach!!
Schon garnicht in einem für uns Menschen detektierbarem Bereich.
Wahrscheinlich verwechselst du das mit der Trägheit unser aller
"Empfangsapparates" (Auge -> Gehirn).

Gruß

Autor: HolgerB (Gast)
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Zur Inspiration kannst du dir ja mal http://www.blinkenlights.de/
ansehen.

Autor: Wolfgang Haring (Gast)
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Als Treiber könntest du auch ein TPIC6595 von TI nehmen! Das ist ein
Schieberegister mit open collector ausgängen die um die 100mA pro
Ausgang können (soweit ich mich jetzt erinnern kann)!
Hab das mal für 16 Ausgänge verwendet und das funktionierte echt gut!

Autor: Martin S. (scholzi)
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@wolfgang
auch da hätten wir wieder das problem, dass dich diesen Baustein nicht
bei Reichelt finden kann. ;)

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>Ist es möglich die Animationen in Echtzeit von der SD Karte zu holen
>oder sollte ich sie vorher im RAM des AVR cachen?

ja, Echtzeit bedeutet nämlich, dass es auch Stunden, Tage, Monate oder
sogar Jahre dauern kann. Nur der genaue Zeitpunkt (bis) wann es
passiert, ist festgelegt.

Zum Problem ansich:
Es sollte möglich sein, mit einem Mikrocontroller und ein paar
Transistoren (oder auch High- und Lowside-Drivern) die paar LEDs
leuchten zu lassen.
256 Dimmstufen sind sowieso etwas viel (wetten?!).
Wenn man es schafft, das "Bild" innerhalb von 40ms (25Hz) zu
wiederholen, würde sich ein stehendes Bild ergeben. 100Hz wäre noch
besser.
100Hz bei 10 Zeilen bedeutet, eine Zeilenfrequenz von 1000Hz (nennt man
die so?)
Dann wäre jede Zeile 1ms eingeschaltet; für einen Mikrocontroller ist
das einen Ewigkeit.
Wenn man die Spaltenansteuerung dann mit einem 75HC595 (Schiebregister
mit Latch) macht, kann man schon die nächsten Daten da hineinschreiben,
während die vorhergehende Zeile noch leuchtet.
Für ein konstantes Muster bleibt der "Bildspeicher" halt immer
gleich.
Für die PWM muß man ihn halt regelmässig ändern.

Autor: Martin S. (scholzi)
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Wirst wohl recht haben, dass 254 Dimmstufen etwas viel sind. Mir würden
auch schon 50 reichen nur kann ich mir nicht vorstellen, dass das einen
nennenswerten Geschwindigkeitsvorteil einbringt, oder irre ich da?
Und würdest du da auch zu einer Software PWM raten?

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>Und würdest du da auch zu einer Software PWM raten?
ja.
Das Ding ist doch vom Prinzip her ein Fernseher.
Wenn sich da die Helligkeit eines Pixels ändert, dann merkt man das
auch erst frühestens beim nächsten Bildaufbau.
Bei 32(oder 64) Helligkeitsstufen bräuchte man dann 320ms (bzw.
640ms)um die komplette Helligkeitsskala zu durchlaufen.
Vermutlich reichen auch 8 Stufen...
Du musst dir nur ausdenken, wie man dann realiert, dass die LEDs
entsprechend lange an sind...

Autor: Martin S. (scholzi)
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Ich wollte es folgendermaßen realisieren:
Einen 8Bit-Timer hernehmen, der mit einem bestimmten Prescale hochzählt
und bei jedem Überlauf die nächste Spalte anwählt. Der "LED Dimmwert"
bestimmt nun an welcher Stelle die LED nun wirklich eingeschaltet
werden. Bei wert 0 werden sie gleich zu Beginn des neuen Zyklus
eingeschaltet, bei 100 erst nach der Hälfte der Zeit (ca. halbe
leuchtkraft) und bei 255 garnicht.
Zu diesem Zweck wird der aktuelle Timer Wert permanent in einer
Hauptschleife mit den Werten im Array verglichen.
Wie gesagt, wollte ich in BASCOM programmieren. Reicht die Effizienz
dieser Sprache überhaupt?

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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0 ist doch eigentlich aus und 255 an...

Den Timer brauchst du nicht permanent vergleichen.
Bei einem Interrupt werden einfach die neuen Werte übernommen, die in
der Hauptschleife in ein Feld geschrieben wurden.
In der Interrupt-Service-Routine (ISR) sollte man dann noch ein Flag
setzen, damit die Hauptschleife den Interrupt mitgeteilt bekommt, und
sich um die Aktualisierung des Feldes kümmern kann...

Zu Bascom äussere ich mich lieber nicht...

An deiner Stelle würde ich erst mal zusehen, dass ich eine LED-Matrix
zum leuchten bekomme, und Muster ausgebe, ohne sie zu dimmen, und ohne
dass es flimmert.
Das Dimmen wäre dann der zweite Schritt.

Autor: Martin S. (scholzi)
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Hmm dann werde ich wohl doch demnächst ma anfangen mich in Assembler
einzuarbeiten. Stimmt, da werde ich nicht gleich mit Dimmen anfangen
können, sondern erstmal Muster versuchen.
Danke für die Tipps!

Autor: Nachleuchter (Gast)
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Du wirst kein Nachleuchten der LEDs, das für den Menschen erkennbar, ist
verzeichen können. LEDs haben im Vergleich zu Glühbirnchen so gut wie
kein Nachleuchten. Was du als Nachleuchten empfindest ist das
Nachleuchten in deinem Auge. Dort gibt es das Nachleuchten zum filtern
von Aliasingeffekten, da das Hirn die Bilder mit einer niedrigen
Abtastrate erfasst. Das Nachleuchten kommt aber nicht von den LEDs.

Wenn die LED also 1/100 der Zeit an ist und du sie normal beteibst,
dann beträgt die Intensität der LED 0.01 der Ursprünglichen Intensität
bei Dauerbetrieb. Was man da machen kann und auch oft macht, ist die
LEDs mit stärkeren Strömen zu betreiben, die die LED bei Dauerbetrieb
nicht vertragen würde, kurzzeitig aber, z.B. für 1/100 einer Sekunde,
ohne weiteres verträgt. Kaufe dazu ordentliche LEDs mit Datenblatt und
schaue dort die Maximum ratings an. Dort muss es eine angabe geben für
den Spitzenstrom und auch eine Angabe wie lange man die LEDs mit
Spitzenstrom betreiben kann.

So kannst du die Intensität deines LED-Arrays erhöhen. Aber um den
Faktor 100 auf Vollintensität wird das wohl nicht gehen.

Aber du musst ja auch nicht mit 1/100 der Intensität rechnen. Wenn du
ein 10x10 array für 100 LEDs aufbaust, dann können immer 10
gleichzeitig an sein! Was nach meiner Rechnur zum Intensitätsverlust um
den Faktor 10 führt, also 1/10 der ursprünglichen Intensität.

n8

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>Glühbirnchen
Frisches Leuchtobst?
Die Dinger heissen immer noch Glühlampen (auch wenn die "endgültige"
Rechtschreibreform kommt)

Autor: Martin S. (scholzi)
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Ich werde aber wahrscheinlich die LEDs in 25x4 anordnen und sie mit dem
4fachen Strom betreiben. (laut Datenblatt bis 100mA) Das sollte
Verluste in Grenzen halten.

Autor: T_Fleckenstein (Gast)
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meinst du sowas:
http://kiwi-l.ba-mosbach.de/~extern/moin.cgi/Thoma...
hab ich zwar mit PIC gemacht, wäre aber auch mit AVR möglich

Autor: Martin S. (scholzi)
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hmm jaa das kommt so in etwa in die Richtung. Ich weiß nun nicht genau,
was dieser HimMel alles kann, aber der Aufbau wird der gleiche sein.
Wie es scheint hast du Duo-LEDs verbaut, das wird der einzige
Unterschied im Aufbau sein. Schade nur dass ich auf deiner Seite keine
Schaltpläne finde (auch nicht zu dem ähnlichen Projekt 4gewinnt).

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