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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie lange hält ein 74HC595 so etwas durch?


Autor: Mechanikus (Gast)
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Verehrtes Forum,
ich möchte eine 6-stellige 7-Segment-Anzeige via SPI mit einem Mega48
ansteuern. Es wird mehrere solcher Anzeigereihen geben, die möglichst
nahe zueinander (übereinander) angeordnet werden sollen und die
Bautiefe sollte 30-40mm nicht überschreiten.
Die meissten Artikel zum Thema 7-Segment-Anzeigen in diesem  Forum habe
ich bereits gelesen.
Da ich die Anzeigen (14.2mm, Common Anode) bereits gekauft habe,
scheidet wohl (leider) auch die von vielen favorisierte Variante mit
dem Max7219 bzw. Max7221 aus.
Nachdem ich einige (auch erfolgreiche) Versuche mit Schieberegister und
auch mit dem Multiplexbetrieb hinter mir habe, bin ich auf einen (ich
finde eleganten) Lösungsansatz gestossen, wo jemand für jedes einzelne
Display ein 74HC595 Schieberegister (SOIC) vorsieht, welches rückseitig
zwischen der Anzeige montiert ist. Die Schieberegister werden
vollständig ohne Vorwiderstände direkt an das Display anggeschlossen.
Nun (endlich) zu meiner Frage: Lt. Spec können die einzelnen Pins
bis zu 35mA Segmentstrom vertragen, was auch zu einer ausreichenden
Helligkeit der Anzeigen führt. GND darf jedoch nur mit max. 70mA
belastet werden. Im Falle einer 8 mit Dezimalpunkt wird dieser Wert
jedoch um den Faktor 4 (!) überschritten (280mA bei 3.9V). Mein
Testaufbau läuft in diesem Setup (280mA) seit Stunden problemlos.
Aber wie Lange hält der 74HC595 das durch? Hat jemand bereits
Erfahrungen mit einem ähnlichen Aufbau (keine Vorwiderstände,  kein
Multiplex-Betrieb) gesammelt?
Danke!

Autor: seacrash (Gast)
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Hallo,

ohne Vorwiderstand? Das ist schlecht!

Es gibt 2 Möglichkeiten der Ansteuerung:

1.LED leuchtet wenn du eine 1 am SR Ausgang hast
- belastbar mit max. 35mA

            Rv       LED       Masse
____       ___
SR   |-----|____|---->|----------|
595  :
     :
......



2. LED leuchtet, wenn du eine 0 am SR Aushang hast
- es darf ein Strom von max. 70mA in das Register fließen.

           Rv       LED       Vcc
____       ___
SR   |-----|____|----|<---------->>
595  :
     :
......


Ich gehe davon aus, du nutzt die erste Möglichkeit, aber ohne Rv. Der
Strom fließt allerdings nicht wieder in das Register hinein, sondern
nach Masse ab.


Gruß

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Du solltest die Grenzdaten des Herstellers schon einhalten. So ein
kleines Gehäuse kann sich schnell überhitzen. Da macht es schon Sinn,
den Großteil der Verlustleistung auf externe Vorwiderstände
auszulagern. Für 280 mA Gesamtstrom ist der HC595 aber zu schwach. Bei
6-stelligen Anzeigen würde ich sowieso Multiplexbetrieb vorziehen, das
läßt sich mit µPs sehr elegant machen. Du brauchst dann nur 8
Segmenttreiber (PNP-Emitterfolger mit je einem Vorwiderstand) und 6
Anodentreiber (NPN-Emitterfolger) und natürlich eine entsprechende
Interruptroutine, die die Anzeige ausreichend schnell ansteuert. Was
spricht dagegen ?

Jörg

Autor: Alex Silver (Gast)
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Hi,

ich würde in jedem fall die vor/nach wiederstände vorsehen (jenachdem
wies vom layout besser paßt. Widerstandsnetzwerke nehmen dann auch
nicht zu viel platz ein.
Wichtiger finde ich noch experimentell zu bestimmen welcher strom denn
tatsächlich pro segement fließen muß damit die anzeige gut ablesbar
ist. die meisten leds kommen auch mit weniger als dem maximal
zulässigen strom zurecht ;-) - das schont dann die umwelt und den
schalt/linearregler.

gruß
Alex

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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Guck mal in der Codesammlung nach der Jumbo-Uhr. Da hat PeDa einen
Schaltplan veröffentlicht - allerdings mit Multiplexbetrieb.
Da hat er ein "Leistungs-Schieberegister" verwendet.
Wieso willst du den Spass nicht multiplexen (oder habe ich da was
überlesen?)?

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Im Multiplexbetrieb teilt sich aber der Geamtstrom auf alle LEDs auf,


Bsp. man errechnet einen Rv, so dass nur 30mA fließen können, dieser
muss aber noch durch die Anzahl der Ziffern geteilt werden.

Da bleiben bei 6 Tiffern nur noch 5mA pro Ziffer


Bernhard

Autor: Marcus (Gast)
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Im Multiplexbetrieb ist zwar der Strom / LED geringer, dafür kannst
Du die LEDs getaktet aber mit einem viel höheren Strom betreiben.

Im Ergebnis wird die Helligkeit dadurch größer, nicht kleiner. Aus
diesem Grund werden auch viele Systeme mit LEDs großer Helligkeit
(z.B. KFZ LED Bremslicht oder Rückleuchten) getaktet betrieben.

Gruß, Marcus

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Bernhard
deshalb nimmt man im Multiplexerbetrieb ja auch Treiber, die den
6-fachen Strom, z.B. 180 mA pro Segment abgeben können, damit im
zeitlichen Mittel wieder 30 mA pro Segment überbleiben. Normale LEDs
sind für diese Betriebsart ausgelegt. Die Multiplexansteuerung muß
natürlich zuverlässig funktionieren und bei teuren Anzeigen ggf. mit
einer Schutzschaltung versehen werden, damit der Multiplexer nicht
"hängenbleibt" und den gesamten Strom permanent auf ein Segment
abgibt.

Jörg

Autor: Hannes Lux (hannes)
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> Da bleiben bei 6 Tiffern nur noch 5mA pro Ziffer

Nein, denn es wird nicht der Strom aufgeteilt, sondern die Zeit bei
vollem Strom. Und das erscheint dem Betrachter bedeutend heller.

Trotzdem sind die Anzeigen meist mit dem halben zulässigen Strom hell
genug. Wenn nicht, dann wurden die falschen Anzeigen beschafft.

...

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Jetzt bin ich selber etwas in's grübeln gekommen.

Natürlich kann eine LED im Pulsbetrieb wesentlich höhere Ströme
verkraften, einige 100mA sind keine Seltenheit.

Aber

Die Abgestralte Lichtenergie (Helligkeit),

also Leistung pro Zeit kann im Impulsbetrieb nicht vergrößert

werden, oder sehe ich das falsch?

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>Die Abgestralte Lichtenergie (Helligkeit),
>also Leistung pro Zeit kann im Impulsbetrieb nicht vergrößert
>werden, oder sehe ich das falsch?

Doch, in gewissen Grenzen schon...Das geht dann aber auch immer etwas
auf die Lebensdauer.
Energie (Joule oder Nm) ist übrigens Leistung * Zeit...(Ws)

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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TPIC6B595: 150mA pro Ausgang (bei einer 8.)

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Doch, in gewissen Grenzen schon...Das geht dann aber auch immer etwas
>auf die Lebensdauer.

Das muss ich mal mal experimentell ausprobieren.


Eine LED wird mit einem konstanten STROM von 1mA betreiben

und anschließend mit

einem Strom von 20mA eine 20-tel Sekunde.



Mal sehen, wie das menschliche Auge diese beiden Betriebsarten
wahrnimmt


>Energie (Joule oder Nm) ist übrigens Leistung * Zeit...(Ws)

Das ist natürlich korrekt

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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Das mit der Lebensdauer bezieht sich auf die "Übersteuerung". Wenn die
zu groß gewählt wird, verfärbt sich die LED (bis hin zu schwarz).

Autor: X. H. (shadow0815)
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Wäre es nicht theoretisch möglich eine LED mit 10A Strom-Impuls zu
beaufschlagen, wenn die Zeit nur klein genut ist?
Was ich meine: Kann man einen beliebig hohen Strom wählen, wenn die
Pulsdauer nur klein genug und die PulsPause danach groß genug gewählt
wird? In den Datenblättern ist der Puls z.B. 10ms
Warum nicht nen Puls mit 1us und höherem Strom?

Konstant-Betrieb oder Puls beim gleichen mittleren Strom wird also
unterschiedlich hell empfunden, bei gleicher Lichtenergie.

Kann es sein, dass das Auge je höher die (kurze) max. Intensität ist
umso länger braucht bis diese Chemie im Auge wieder regeneriert ist?

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@X.H.
"Wäre es nicht theoretisch möglich eine LED mit 10A Strom-Impuls zu
beaufschlagen, wenn die Zeit nur klein genut ist?"

Ja, aber der Wirkungsgrad nimmt deutlich ab. Die LED hat einen nicht
vernachlässigbaren Innenwiderstand und die Verlustleistung nimmt
quadratisch mit der Stromstärke zu.

"Was ich meine: Kann man einen beliebig hohen Strom wählen, wenn die
Pulsdauer nur klein genug und die PulsPause danach groß genug gewählt
wird? In den Datenblättern ist der Puls z.B. 10ms
Warum nicht nen Puls mit 1us und höherem Strom?"

Am Innenwiderstand fällt dann eine höhere Spannung ab, ohne dass sich
die Helligkeit erhöht -> höhere Verlustleistung -> schlechterer
Wirkungsgrad.

"Konstant-Betrieb oder Puls beim gleichen mittleren Strom wird also
unterschiedlich hell empfunden, bei gleicher Lichtenergie"

Das Auge reagiert eigentlich nur auf die tatsächlich abgestrahlte
mittlere Lichtleistung. Meine eigenen Versuche haben bisher ergeben,
dass die größte Helligkeit/mittlerer Stromstärke und damit größte
Wirkungsgrad im Gleichstrombetrieb erreicht wird. Bei extrem kurzer
Einschaltdauer nimmt zusätzlich noch die Helligkeit ab. Natürlich kann
es sein, dass das nicht für alle LED-Typen zutrifft.

Kann es sein, dass das Auge je höher die (kurze) max. Intensität ist
umso länger braucht bis diese Chemie im Auge wieder regeneriert ist?

Sicher nicht. Das Auge ist da sehr träge und mittelt alles aus.

Jörg

Autor: alfsch (Gast)
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datenblatt von led lesen...hilft.
zb bei  > 400% vom dauerstrom wird lebensdauer geringer.
hat die led zb 50ma max, wird pulsen bei 10a ihr nicht lange
gefallen...bis da isse aber sehr hell.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Jörg

>Kann es sein, dass das Auge je höher die (kurze) max. Intensität ist
>umso länger braucht bis diese Chemie im Auge wieder regeneriert ist?

Nach meiner Meinung reagiert das Auge sehr schnell auf einen
plötzlichen Lichtimpuls von dunkel auf hell, auch wenn er nur wenige
ms Beträgt.

Wird dagegen eine Lichtquelle (LED) für einige ms dunkelgetastet,
nehmen wir diese Dunkeltastung nicht als Impuls war.

Wir empfinden nur, dass die LED etwas dunkler leuchtet.

Diese Eigenschaft wird im Multiplex-Betrieb ausgenutzt, sonst würde
alles flimmern.

Ich denke, dass das Auge eine dunkeltastung von ab ca. 20Hz (50ms)
nicht mehr bemerkt.

Bernhard

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Jörg

>Am Innenwiderstand fällt dann eine höhere Spannung ab, ohne dass sich
>die Helligkeit erhöht -> höhere Verlustleistung -> schlechterer
>Wirkungsgrad

Sehr gutes Argument!!


Mich bewegt gerade der

Wirkunksgrad <=== contra ===> Lichtempfinden des menschlichen Auges.

Kann es vielleicht sein, dass man eine LED als heller empfindet, wenn
sie nur leicht gepulst mit einem etwas höheren Strom?

Bernhard

Autor: Sonic (Gast)
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Hast du schon mal ins Datenblatt vom 74595 (kein HC-Typ) geguckt? die
können meistens beachtlich was an Strom.

Autor: Hagen Re (hagen)
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"Wäre es nicht theoretisch möglich eine LED mit 10A Strom-Impuls zu
beaufschlagen, wenn die Zeit nur klein genut ist?"

Ich meine nein ;) Bei so hohen Stömen muß man sehr sehr schnell die
LEDs pulsen und bei so hohen Frequenzen schlägt die Kapazität der Diode
zu. Diese ist nicht zu vernachlässigen.

"Nach meiner Meinung reagiert das Auge sehr schnell auf einen
plötzlichen Lichtimpuls von dunkel auf hell, auch wenn er nur wenige
ms Beträgt."

Korrekt und das ist ein Feature der Evolution. Uns interessieren
statische Objekte im Überlebenskampf eher weniger dafür ab bedrohliche
dynamische Objekte die sich schnell bewegen. Das Auge/Hirn verstärkt
also solche Signale stärker als weniger veränderliche.

Gruß Hagen

Autor: SuperUser (Gast)
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"Wäre es nicht theoretisch möglich eine LED mit 10A Strom-Impuls zu
beaufschlagen, wenn die Zeit nur klein genut ist?"

LEDs gehen in die Sättigung, d.h. ab einer bestimmten Stromstärke (im
Datenblatt oft als surge current oder peak current bezeichnet) ist das
Verhältnis Stromstärke zu Lichtintensität nicht mehr linear. Bei vielen
LED-Typen nimmt die Lichtintensität sogar ab (verglichen mit der beim
surge-current), wenn der Strom deutlich über diese Schwelle liegt.

Dieser surge-current ist auch nur für eine gewisse Zeit (oft einige
zehn µs) zulässig, danach schlagen thermische Effekte zu und reduzieren
Lebensdauer und Lichtintensität.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Bernhard:
"Nach meiner Meinung reagiert das Auge sehr schnell auf einen
plötzlichen Lichtimpuls von dunkel auf hell, auch wenn er nur wenige
ms Beträgt"

Das liegt aber nicht daran, dass das Auge schnell reagiert sondern
einfach daran, dass eine gewisse Lichtmenge ins Auge gefallen ist und
registriert wurde. Das Auge kann nicht unterscheiden, ob diese
Lichtmenge innerhalb von 10 ms oder 10 µs eingetroffen ist. Es kann
auch nicht unterscheiden, ob es ein oder mehrere Blitze innerhalb von
10 ms waren, weil es dafür einfach zu träge ist.
Du kannst auch einen kleinen Kondensator mit hoher Spannung aufladen
und über ein Drehspulinstrument entladen. Selbst wenn der Kondensator
innerhalb von µs entladen ist, kann das träge Instrument einen
Ausschlag zeigen.

"Wird dagegen eine Lichtquelle (LED) für einige ms dunkelgetastet,
nehmen wir diese Dunkeltastung nicht als Impuls war"

Das liegt genau daran, dass der Lichteinfall über einen längeren
Zeitraum akkumuliert wird.

"Diese Eigenschaft wird im Multiplex-Betrieb ausgenutzt, sonst würde
alles flimmern"

Nicht nur dort. Auch CRT-Monitore hören erst auf zu flimmern, wenn die
Bildwiederholfrequenz genügend hoch ist.

"Ich denke, dass das Auge eine dunkeltastung von ab ca. 20Hz (50ms)
nicht mehr bemerkt"

Das hängt auch sehr stark von der Lichtintensität ab. Bei sehr hellem
Licht reagiert das Auge wesentlich schneller auf eine Dunkeltastung als
bei geringer Helligkeit. Das ist z.B. ein Grund dafür, warum man an
alten Computermonitoren trotz 50 Hz Bildwiederholfrequent noch ganz gut
arbeiten konnte: Helle (grüne) Schrift auf dunklem Untergrund flimmert
deutlich weniger als schwarze Schrift auf hellem Untergrund. Das wurde
z.T. auch durch Phosphor mit langer Nachleuchtdauer unterstützt.

"Mich bewegt gerade der
Wirkunksgrad <=== contra ===> Lichtempfinden des menschlichen Auges"

Das mußt Du unabhängig voneinander betrachten. Lichtsensoren, egal ob
elektronisch oder biologisch akkumulieren die Lichtmenge. Da ist es
egal, mit welchem Tastverhältnis die Lichtquelle arbeitet.

"Kann es vielleicht sein, dass man eine LED als heller empfindet,
wenn
sie nur leicht gepulst mit einem etwas höheren Strom?"

Wie gesagt, ist das experimentell nicht bestätigt. In gewissen Grenzen
hängt die objektive und subjektive Helligkeit nur vom Mittelwert des
Stromes ab und ist unabhängig vom Tastverhältnis. Bei extremen
Tastverhältnissen nimmt die Helligkeit ab.

Jörg

Autor: Erika (Gast)
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@Mechanikus

Habe mal ein 2 mal 32 LED VU-Meter mit 4 Schieberegistern 74HC164
gebaut. Weil ich zu blöd bin, die Vorwiderstände zu berechnen, habe
ich sie einfach weggelassen. Funktioniert prima, pro LED ca. 15mA.
Noch nichts abgeraucht, alles kühl. Soweit meine Erfahrung, warum
das geht, mußt du die anderen hier fragen.

Autor: kleiner helfer (Gast)
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vereinfacht :
((Vout des HC164)-(forward voltage LED))/(gewünschter strom)

z.b 5V-2.7V/5mA -> 460 Ohm

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