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Forum: FPGA, VHDL & Co. Matrix RGB-LED (8x8 / 9x9) über DMX


Autor: Patrick Sobieray (Firma: PGS) (pat-s)
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Hallo zusammen.

Ich habe ein Matrix-Panel gebaut mit 64 RGB-Dioden, welches komplett 
über DMX ansteuerbar ist (192 DMX-Kanäle):

Es klappt wunderbar und funktioniert auch alles bestens und sieht genial 
aus, :-).

Ich probiere nun die Steuerung zu optimieren, denn zur Zeit benötige ich 
22 Atmegas (9 Kanäle pro Atmega), welches einen enormen Löt- und 
Kostenaufwand mit sich trägt.

Wer hat erfahrung mit einer speziellen Steuerung dieser Art, ich möchte 
gerne jede einzelne LED ansteuern können (linear dimmbar, jede einzelne 
Farbe), sowie bisher auch, sprich bei einer Matrix von 8x8, welche ich 
aber auf 9x9 aufstocken möchte, benötige ich natürlich 192 DMX-Kanäle, 
bei 9x9x3 wären das dann: 243 Kanäle.

Ich habe mich schon ein wenig schlau gemacht, aber ich bin noch nicht so 
der FPGA-Spezialist.
Einen sehr interessanten Link habe ich bei "Digital-enlightenment" 
gefunden, aber bisher erhalte ich dort keine konkreten Antworten:

http://home.rz-online.de/~wdreschm/de_projects/RGB...
Website: http://www.digital-enlightenment.de

Wer hat lust sich dort mit mir in Verbindung zu setzen, denn ich möchte 
gerne eine große Matrix-Wand bauen, welche natürlich erweiterbar sein 
wird.

Liebe Grüße und Danke schon einmal für Eure Beiträge.
PAT-S

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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>(9 Kanäle pro Atmega)

Da geht noch Einiges! Mit Soft-PWM gehen an einen ATmega8515 rund 30 
Kanäle bei 8-Bit Auflösung. 3-Pins sind dann noch zum 8x Multiplexen 
frei und zwei für die serielle Kommunikation. Komme dann auf höchstens 7 
Controller ohne Multiplexing.

Willst du überhaupt dimmen? Sonst geht's noch einfacher - auch ohne 
FPGA.

Kannst auch gerne auf unserer (nicht ganz auf dem aktuellsten Stand 
gehaltenen) Projektseite vorbeischauen: http://chamaeleon.tothecore.de

Nenne mal ein paar Eckdaten.

Gruß

Kai

Autor: Patrick Sobieray (Firma: PGS) (pat-s)
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Eckdaten:

Ich arbeite mit 5mm RGB-Dioden mit einer gemeinsamen Anode.
Diese muss komplett dimmbar sein, das ist sehr, sehr wichtig.

Weiterhin benutze ich den ATmega8515-16.

Jede einzelne Farbe, sprich Diode, ist über DMX ansteuerbar.
Wie kommst Du auf rund 30 Kanäle bei 8-Bit Auflösung???

Hast Du die "DMX-Kommunikation" bei Deiner Kalkulation mit 
berücksichtigt?

Ich habe FPGA nur angedacht, wegen der größeren Kapazität an Kanälen und 
der linearen Dimmfunktion usw., welches der Michael von 
"Digital-Enlightenment" schon probiert hatte, aber noch nicht vollendet 
hat.

Was denkst Du oder Ihr, soll ich am besten machen???

Gruß
PAT

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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>Hast Du die "DMX-Kommunikation" bei Deiner Kalkulation mit
>berücksichtigt?

Nope! Wie viele I/Os braucht man? Ich würde nach Möglichkeit einen 
Controller mit der DMXerei beauftragen und die Daten per USART an die 
Einzelcontroller verteilen - ist wahrscheinlich nicht die sinnvollste 
Lösung, sollte aber machbar und bezahlbar sein. Wir machen das ähnlich 
mit einem Mastercontroller, der über USB gefüttert wird und die 24 
anderen Controller per Software-USART steuert. Schwieriger wird das, 
wenn man aus den Einzelcontrollern auch Daten auslesen will/muss.

>Was denkst Du oder Ihr, soll ich am besten machen???

Auf jeden Fall nichts überstürzen. Wir haben eine ganze Menge Geld 
dadurch gespart, dass wir wenig Zeit für das Projekt haben und viel Zeit 
mit der Planung verbracht haben.

Bei 8 Bits PWM-Auflösung ist aber nicht viel mit linearem Dimmen. Je 
nach Anspruch sollten 12 Bits ok sein.


>Ich habe FPGA nur angedacht, wegen der größeren Kapazität an Kanälen und
>der linearen Dimmfunktion usw., welches der Michael von
>"Digital-Enlightenment" schon probiert hatte, aber noch nicht vollendet
>hat.

FPGAs sind natürlich mit deutlich mehr I/Os bestückt. Wir haben die aus 
folgenden Gründen nicht verwendet:
- Ich habe (noch) kaum Ahnung davon
- Ich kenne mich mit den AVRs ganz gut aus
- EUR/Farbkanal hat sich am Ende nichts gegeben
- Wenn wir mehr I/Os brauchen gibt's auch dickere AVRs

Gibt's 'nen Link zum obigen Projekt? Würde mich interessieren.


>Wie kommst Du auf rund 30 Kanäle bei 8-Bit Auflösung???

- 30 I/Os pro Farbkanal (= 10 RGB-LEDs)
- 2 I/Os Rx/Tx für die Kommunikation
- 3 I/Os für's Multiplexing
- 0 I/Os für DMX weil keine Ahnung davon und bereits durch USART 
abgedeckt
= 35 General Purpose I/Os

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Patrick Sobieray (Firma PGS) (pat-s)

>Weiterhin benutze ich den ATmega8515-16.

Für den DMX-Kram etc. OK, für die Matrixdimmung wesentlich 
unterdimensioniert.

>Jede einzelne Farbe, sprich Diode, ist über DMX ansteuerbar.
>Wie kommst Du auf rund 30 Kanäle bei 8-Bit Auflösung???

Mit seiner "Zaubersoftware", streng geheim. ;-)

Naja, real braucht man dazu einen PWM-IC, etweder findet man was 
fertiges oder man muss ihn selber per CPLD oder FPGA bauen. CPLD sollte 
reichen.
Der CPLD mach die PWM, der AVR steuert den CPLD und füttert ihn immer 
mit DMX-Daten. Klein und billig.

>Was denkst Du oder Ihr, soll ich am besten machen???

AVR + CPLD.

MFG
Falk

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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>Wie kommst Du auf rund 30 Kanäle bei 8-Bit Auflösung???

Ach ja die 8 Bits Auflösung: War jetzt aus der Luft gegriffen, da das 
noch relativ einfach zu realisieren ist. Bis 17 wäre technisch maximal 
machbar (bevor es irgendwie flimmert), bis 16 wäre gerade noch sinnvoll 
- aber wenn ich das so deutlich schreibe kommt Falk wieder aus der 
Versenkung ;)

ps: Mist, da isser schon ;)

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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>Mit seiner "Zaubersoftware", streng geheim. ;-)

Naja... 8 Bits Auflösung gehen auch mit normaler Programmierung locker

8 mal:
load from sram (2 Cycles)
compare (1 Cycle)
shift carry (1 Cycle)

Und dann einfach das zusammengeshiftete Byte an den Port schicken.

Macht:
16000000 MHz / 256 Stufen / (2 + 1 + 1) Cycles / 30 LEDs = 520 Hz Refresh-Rate.

Selbst mit dem Overhead, den ich ausgelassen habe schafft man damit 
locker 400 Hz.

USART kann man pollen oder man stört sich nicht an Interrupts.

oder halt AVR + CPLD, wenn man sich damit auskennt ;)

Gruß

Kai

-- frohe Weihnachten gehabt zu haben!

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Kai Giebeler (runtimeterror)

>Naja... 8 Bits Auflösung gehen auch mit normaler Programmierung locker

Zeig mir ein VOLLSTÄNDIGES, lauffähiges Programm, dann reden wir 
weiter.

>16000000 MHz  256 Stufen  (2 + 1 + 1) Cycles / 30 LEDs = 520 Hz >Refresh-Rate.

Nur dass deine 4 Takte pro Kanal nicht reichen.

>Selbst mit dem Overhead, den ich ausgelassen habe schafft man damit
>locker 400 Hz.

Reicht für ein 8:1 MUX nicht.
Ausserdem waren es letztens noch 16 Bit PWM-Auflösung. Naja, so langsam 
nähern wir uns der Realität.

MFG
Falk, aus der Versenkung ;-)

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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@Falk, aus der Versenkung

Tach auch.

>>Naja... 8 Bits Auflösung gehen auch mit normaler Programmierung locker
>Zeig mir ein VOLLSTÄNDIGES, lauffähiges Programm, dann reden wir
>weiter.

Tickert bei mir im Moment mit einem Port auf dem STK500 vor sich hin... 
wollte ich eh in die Code-Sammlung aufnehmen - vielleicht tu ich dir ja 
den gefallen und werfe die anderen drei Ports auch noch mit rein, ist ja 
nur Copy'n Paste

>>16000000 MHz  256 Stufen  (2 + 1 + 1) Cycles / 30 LEDs = 520 Hz >>Refresh-Rate.
>Nur dass deine 4 Takte pro Kanal nicht reichen.

weil...

>Selbst mit dem Overhead, den ich ausgelassen habe schafft man damit
>locker 400 Hz.
>Reicht für ein 8:1 MUX nicht.

Hab ich auch nicht behauptet - nur, dass er zum Muxen noch 3 I/Os frei 
hätte. Scheint er aber eh nicht nutzen zu wollen.

>Ausserdem waren es letztens noch 16 Bit PWM-Auflösung. Naja, so langsam
>nähern wir uns der Realität.

Keine Sorge,

>>Naja... 8 Bits Auflösung gehen auch mit normaler Programmierung locker

die 16 Bits gelten immer noch ;) - natürlich nicht mit dem obigem 
Ansatz.

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Hab dir da mal was aneinandergehäkelt, Falk. Läuft bei 8 MHz Clock mit 
über 220 Hz PWM-Frequenz.

32 x 8 Bits PWM auf allen 4 Ports. Wenn man unter 28 zu berechnende 
PWM-Kanäle geht kann man die Frequenz nochmal fast verdoppeln. Und das 
ist nur der oben beschriebene Bilbo-Algorithmus...

Ist auch nur auf die Schnelle zusammengeklöppelt und kaum kommentiert.

Ach ja, der Code ist für's STK500 geschrieben, also invertierte I/Os. 
Bitte bei anderer Beschaltung die Compares verdrehen oder die Bitmasken 
vor dem Setzen invertieren.

Das Übliche: Clock auf intern 8 MHz, JTAG per Fuse abschalten.
Sollte auf 'nem ATmega8515 auch problemlos laufen... ach nee. Die 
Animation verschwendet Unmengen an RAM.

Und jetzt wiederhol doch bitte mal, was daran nicht gehen soll?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Kai Giebeler (runtimeterror)

>32 x 8 Bits PWM auf allen 4 Ports. Wenn man unter 28 zu berechnende
>PWM-Kanäle geht kann man die Frequenz nochmal fast verdoppeln. Und das

???
Wie sollte das gehen?

>Ist auch nur auf die Schnelle zusammengeklöppelt und kaum kommentiert.

Sieht man, stellenweise sehr schlechter Programmierstil.

>Und jetzt wiederhol doch bitte mal, was daran nicht gehen soll?

So wie du es geschrieben hat geht es schon. Wenn gleich das nur eine PWM 
mit konstanten Daten ist (aus dem Flash). Mit geringfügiger 
Einschränkung der PWM-Frequenz kann mn sicher noch ne UART/wasaucimmer 
Anbindung hinbekommen. OK. Aber nützt für die MUX von 9x9 RGB-LEDs wenig 
bis nichts. Denn dort muss nach JEDEM PWM Zyklus ein neues Muster 
geladen werden. Und das bei ~900 Hz.

MFG
Falk
ldi ZH, high(sin << 1)
clr ZL

Was soll das? Ist das cool?

    inc counter_reg
  breq no_pwm
  rjmp pwmLoop
  no_pwm:

rjmp animationLoop
.org 0x0100

Vollkommen unnötig, schlechter Stil.

Autor: PAT (Gast)
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Hallo Leute!


Wer kann mir denn nun eine konkrete, wenn es geht mit linerarer 
Dimmfunktion der LED's, Schaltung (Steuerung) bauen (entwerfen), die auf 
DMX-Basis läuft und wo ich nicht so viele Atmegas benötige, ohne das 
DMX-Befehle verloren gehen usw.

Es ist relativ dringend, soll ja auch nicht umsonst gemacht werden.
Das Panel ist jetzt schon, es kommen nächste Woche ein paar Bilder und 
Videos, richtig fett und es macht riesen Spaß dabei zuzusehen, wie die 
RGB-Dioden ein Zauberspiel an Animationen erzeugen.

Ich wäre Euch sehr verbunden.

Viele Grüße
PAT

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Bin gerade auf dem Durchflug...

Also die 9x9-Matrix bei 8 Bits könnte ich dir kurzfristig 
zusammenkopieren - das wäre kein Problem. Bei linearem 
Helligkeitsverlauf muss ich auf die Schnelle passen, das ist deutlich 
aufwendiger.

Wenn du überwieged satte Farben (also nicht Pastell oder dunkel) 
darstellen willst könnten die 8 Bits reichen.

Wie Falk schon sagte ist CPLD wahrscheinlich die sinnvollste Variante - 
also die CPLDs einfach als 'bessere Schieberegister'. Schau mal bei 
Texas Instruments, die bieten für common Anode-LEDs brauchbare 
Matrix-Treiber mit guter Farbauflösung - einfach ein Sample schnorren.

Denke das ist auf die Schnelle die einfachste Lösung.

und tschüss...

Autor: Stefan_Z (Gast)
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Für solche Aufgaben gibt es spezielle ICs von vielen Herstellern.
TI hat u.a. einen mit 16 LEDs, bis zu 80mA pro LED (bei geringem 
Duty-Cycle wichtig), I2C Anbindung usw... Gibts auch direkt mit 
integriertem Spaltentreiber.
Maxim hat z.B. den MAX6966 - 10x LED mit 17MHz SPI-Interface und vielen 
komfortablen Dimm-Optionen. Der sollte doch eigentlich prima gehen ;-)
Linear bietet auch solche Dinger an, ST auch, usw...

Die ICs haben alle den Vorteil, dass sie Konstantstrom liefern, den man 
auch komfortabel einstellen kann und teilweise auch global (über 
hunderte ICs hinweg) Bit für Bit kalibrieren kann (die von TI haben 
das).
Denk immer dran, dass sich andere Leute schon für dich den Kopf 
zerbrochen haben, wie würde man sonst Stadion-Anzeige und Ähnliches 
bauen?

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