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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Layout für LED Matrix Display


Autor: JojoS (Gast)
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hallo, ich möchte mir ein LED Matrix Display bauen mit 20 Stk. 5x8 Dot 
Elementen. Die Anordnung soll sein 2 Elemente hoch (10 Pixel) und 10 
Element breit (800 Pixel). Die Ansteuerung 'klassisch' mit HC595, 
Treibertransistoren für die Spalten und Zeilen. Bei 40 mA Pulsen komme 
ich dann in den Zeilen auf max. 800 x 40mA = 3,2A. Wenn ich mit einer 
Leiterbahn 10 Elemente verbinde müsste immer zwischen zwei Pins durch, 
da wird die Leiterbahn natürlich sehr dünn.
- wie breit sollte die Bahn für die 3,2A sein? Ich kann auch noch 
versuchen von der Mitte aus einzuspeisen, dann wäre es auf 2x1,6A 
verteilt. Um eine doppelseite Platine werde ich wohl nicht herumkommen. 
Hat hier jemand sowas in der Grössenordnung schon mal gebaut?
- wie kann man einen Schutz in die Stromversorgung einbauen das bei 
einem Prog.Fehler nicht kontinuierlich die 40mA an den Dots anliegen ?

Autor: Falk (Gast)
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http://www.multipcb.de/ger/sites/pool/index.html?/...

Für 3.2 A sollten es schon 1,5 mm sein.
Um eine doppelseitige Platine wirst du IMHO nicht drum herum kommen.

Das mit der Abschaltung im Fehlerfall könnte man über ein Monoflop 
machen. Deine 10 Segmente müssen mit beispielsweise 1 kHz toggeln, macht 
dann 100Hz (10ms) Bildwiederholfrequenz. Mit einem 74HC123, welches auf 
ca. 15ms eingestellt ist kannst du nun, sobald ein Steuerpuls für ein 
Segment ausfällt, die Stromversorgung abschalten.

MfG
Falk


Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Nur mal so zur Info:
10x8 = 80 und nicht 800...

Autor: D. W. (dave) Benutzerseite
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Ich glaub, er meinte die gesamte Pixelzahl: 10x80px.

Jedoch musst du dann 800 x I_durschnitt nehmen. Nicht den Peak.

Autor: Alex Trusk (Gast)
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20x5x8 aber schon...

Autor: JojoS (Gast)
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danke, die Tabellen sind gut. Für 10 Bahnen sind das dann ca. 20 mm. Ist 
vielleicht besser als die dünnen Stellen zw. den Displaypins mit Wrap 
Draht zu verstärken.
Und auf den HW-Watchdog hätte ich auch kommen können...

Autor: Alex Trusk (Gast)
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der einwand mit den ((20x5x8)/10)*40mA = 0,32A steht immernoch im 
raum...

jetzt weiss ich auch was mit 10*8 != 800 gemeint war

Autor: JojoS (Gast)
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10 Elemente x 8 Pixel breit = 80 Pixel, der Einwand von Benedikt war 
richtig. 800 ist die gesamt Anzahl. Aber da immer nur eine Zeile an ist 
(sein soll...) sind 3,2A auch der gesamt Strom.

Autor: Alex Trusk (Gast)
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erst nachrechnen, dann schreiben:
80*40=3200, also doch 3,2A

Autor: JojoS (Gast)
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yepp, ist natürlich worst case aber wenn das Display mal solche Zeichen 
bekommt soll es ja auch nicht in Rauch aufgehen.
Das sieht man mal was das Grossdisplay in der Münchener Arroganz Arena 
für eine Leistung ist: da sind auf 92m*m unendlich viele LED's 
verbaut...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Es sind 7x12m und 600000 LEDs um genau zu sein...

Da das mit den 800 LEDs nun geklärt ist: 40mA ist nicht wirklich viel, 
bei 80 LEDs hält sich der Strom noch in Grenzen. Aber eine doppelseitige 
Leiterplatte ist schon sinnvoll, ansonsten sieht man einen 
Helligkeitsverlauf entlang des Displays.
Ich habe eine 80x16 LED Matrix, die mit etwa 150mA Spitzestrom läuft. 
Macht bei den 80 LEDs immerhin 12A Spitze. Das ganze ist mit 1,5mm² 
verdrahtet und auf Lochraster aufgebaut.

Die Notabschaltung mache ich über ein einen Kondensator der den 
Multiplextakt einer Zeile bekommen und als Ladungspumpe arbeitet. Fällt 
der Takt aus, liefert die Ladungspumpe keinen Strom mehr, und die 
Zeilenansteuerung wird gesperrt. Vor allem in der Entwicklung hat das 
schon einigemale das Display gerettet. Ein retriggerbares Monoflop ist 
natürlich die bessere Lösung.

Autor: TC (Gast)
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Hmm...
nur mal so ne Frage, willst du ein Element wirklich 5 Leds hoch und 8 
Leds breit machen? Weiß ja nicht was du darstellen willst, aber für Text 
würd ich das andersrum machen, ist ja bei Textdisplays auch so. 
Vielleicht haste dich ja auch nur falsch ausgedrückt oder ich hab was 
verpeilt.

Autor: JojoS (Gast)
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das sind doch mal Fakten. Die 40 mA würden 1:10 getaktet, du wirst dann 
1:16 oder kürzer haben. Bei 5mA haben die Displays schon gut geleuchtet, 
das soll im Wohnzimmer unter dem TV hängen.
Die abfallende Helligkeit habe ich befürchtet, ich denke ich nehme mal 
1,5 mm Leiterbahnen + aufgelöteten Kupferdraht, für 4..5A sollte das 
dann auch noch reichen.

Autor: JojoS (Gast)
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@TC: 2 Element a 5 Pixel hoch, also 10 Pixel. Erst dachte ich alle 20 
Elemente in einer Reihe, also 8 hoch und dann 100 Pixl breit. Aber das 
ist mir nicht hoch genug (die Elemente haben 3mm Dots und sind insgesamt 
ca. 30mm hoch).

Autor: JojoS (Gast)
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'Element' ist ein 5x8 Display von Lite-On, die 20 Stk. gabs billig bei 
eBay, weniger als 15€ zusammen.

Autor: Götz (Gast)
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Bei dem oben gepostetem Link zu den Leiterbahnbreiten ist die 
Farbzuordnung falsch:
Mit steigender Temperatur brauchst Du breitere und nicht schmälere 
Leiterbahnen ...

Autor: Falk (Gast)
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@ Götz

Nochmal lesen. Gemeint ist die Temperaturerhöhung (Aufheizung) 
derLeiterbahn durch den Stromfluss.

Beispiel (35u Tabelle).

Bei 1mm Breite erwärmt sich der Leiterzug um 10K (Temperaturdifferenzen 
werden eigentlich immer in Kelvin angegeben, nicht C) wenn ~2,5 A 
druchfliessen. Bei ~7A heitzt sich die Leiterbahn um 100K auf. Was 
praktisch sicher nicht tolerierbar ist, mehr als 30K würde ich nicht 
machen wollen.

@ JojoS

Das mit dem auflöten von Kupferdraht würde ich aus ästhetischen Gründen 
nicht machen wollen. Lieber breitere Leiterbahnen. Die 80 
Segmentleitungen kannst du ja sehr dünn machen, 40mA is nix. Da reicht 
1/10 mm.


MfG
Falk

Autor: Falk (Gast)
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@Benedikt

"Aber eine doppelseitige Leiterplatte ist schon sinnvoll, ansonsten 
sieht man einen Helligkeitsverlauf entlang des Displays."

????
Du meinst sicher, dass man ein sehr niederohmige Leitung für die Digits 
braucht. Das hat aber erstmal nix mit doppelseitg zu tun.

MfG
Falk

Autor: Sebastian Heyn (Gast)
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Die liteon displays habe ich auch mal gekauft die passten bei meiner 
lochrasterplatine nicht nebeneinander. ich musste jedes einzelne 
abschleifen. ich gehe davon aus, dass es ausschuss war

Autor: Aleksandar (Gast)
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Tagchen!

Ich habe was einfacheres gebaut - eine Uhr mit 6 Ziffern (mit einzelnen 
LEDs gebaut, 12 cm Ziffernhoehe). Allerdings habe ich kein Multiplex und 
einen maximalen Strom von etwa 2,7 A.

Ich habe es modular aufgebaut: auf einem Modul befinden sich 2 Ziffer 
plus Dezimalpunkt (fuer Datum) und Doppelpunkt fuer Zeit. Jedes Modul 
hat eigenes "Versorgungskabel" - dan sind es nicht mehr als 1,2 A pro 
Modul.

Modulare Bauweise hat mehrere Vorteile:
 - beim Testen (zuerst wurden nur 2 Ziffern getestet)
 - bei der Herstellung der Leiterplatten (nur einmal Filmkosten)
 - bei der Montage (eine Version mit nur 4 Ziffern oder sogar mit 
gleichzeitiger Anzeige des Datums und der Zeit (12 Ziffer) ist moeglich)

Ich hatte auf den Modulen die Versorgung in die Mitte gefuehrt - 
Leiterbahnbreite so um 10 mm. Spannungsabfall war an der am weitesten 
entfernten Stelle so um 5mV!

Dafuer gab es aber Probleme auf der Leiterplatte mit dem Microkontroller 
und der Spannungsversorgung. Da habe ich nicht aufgepasst und hatte etwa 
15 cm Laenge mit etwa 3-4 mm Breite. Da gab es schon bis zu 40 mV 
Spannungsabfall. Masse unbedingt zentral ausfuehren. Die Masseverbindung 
des Spannungsreglers ist diesbezueglich am wichtigsten.

Noch eine Bemerkung:
Mach Dir keine Sorgen wegen der Lichtintensitaetunterschiede. Die LEDs 
werden sowieso mit Vorwiderstaenden angeschlossen, bei 5V liegen die so 
bei  100 Ohm. Es braucht SEHR lange und sehr duenne Leitungen, damit 
eine Leiterbahn einen Widerstand von 1 Ohm aufweist. Und selbst dann ist 
der Widerstand so um 1% groesser. Von ueblichen Toleranzen der 
Widerstaende (10 oder 20 %) ganz zu schweigen.

Und das Gute ist, dass menschliches Auge die Intensitaet des Lichtes als 
eine logarithmische Funktion empfindet. Das heisst 2fache 
Lichtintensitaet wird als wesentlich kleinerer subjektive Unterschied 
empfunden. Das wurde ausfuehrlicher duskutiert im Bezug auf Verwendung 
von Multiplex-Verfahren in diesem Forum.

Einiges ueber die Uhr erstmal nur auf Serbisch gibt es unter:
http://www.nova-atlantida.co.yu/sat.html

Unterm Link "Galerija" gibt es einige Bilder, und die Links zu den Video 
Dateien muessten leicht erkennbar sein.

Viel Erfolg mit Deinem Projekt!
Aleksandar

Autor: JojoS (Gast)
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@Sebastian:
ja, diese Module sitzen auch zu eng aneinander wenn sie in eine 2,54 
Rasterplatine gesteckt werden. Längs ist es etwas besser, da sind ein 
paar Zehntel Luft. Das kann man im Layout ausgleichen, aber dann beim 
Handbohren keine Rasterplatine als durchgehende Schablone verwenden :-(
Dafür waren die Dinger eben billig, habe heute mittag mal bei eBay 
geguckt, da war wieder ein Posten mit sogar 190Stk im Angebot, habe aber 
den endgültigen VK nicht gesehen. Egal, die 20 Stk hier sollen erstmal 
ordentlich leuchten.
@Aleksandar:
auch vielen Dank für deine Tipps, ich sehe schon das wird viel Arbeit 
für die verregneten Winterabende...

Autor: Falk (Gast)
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@Aleksandar

> Leiterbahnbreite so um 10 mm. Spannungsabfall war an der am weitesten
> entfernten Stelle so um 5mV!

> 15 cm Laenge mit etwa 3-4 mm Breite. Da gab es schon bis zu 40 mV
> Spannungsabfall. Masse unbedingt zentral ausfuehren. Die Masseverbindung

Naja, für digitale Elektronik sind 40mV gar nix. Und für LEDs sind es, 
bei geeigneter Wahl der Ansteuerung, auch irrelevant. Wer natürlich LEDs 
mit 2V Flssspannung mit 2,5V betreibet (50 Ohm/ 10mA) da sind 50 mV 
schon 10% Stromänderung. Der Bastler von Welt verwendet aber heutzutage 
meist auch Stromquellen. Der TLC5921 ist dein Freund. Dann sind selbst 
einige huntert mV Spaungsschwankung absolut kein Problem.

> Mach Dir keine Sorgen wegen der Lichtintensitaetunterschiede. Die LEDs
> werden sowieso mit Vorwiderstaenden angeschlossen, bei 5V liegen die so
> bei  100 Ohm. Es braucht SEHR lange und sehr duenne Leitungen, damit
> eine Leiterbahn einen Widerstand von 1 Ohm aufweist. Und selbst dann ist

Eben. Also nicht irre machen lassen. Auch für 3 A braucht man noch keine 
Sammelschienen.

MfG
Falk



Autor: JojoS (Gast)
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so, habe mal weitergesucht wegen der Ansteuerung. Für die Zeilen 
(Kathoden) kann ich MOSFETs mit niedrigem RDSon nehmen. Für die Spalten 
muss ich dann aber High-Side Treiber wie UDN2981 nehmen, den finde ich 
aber nicht in SMD. Hat davon noch jemand ein paar rumliegen? Den 
vorgeschlagenen TLC5921 finde ich auch schick, aber dafür müsste ich die 
Module umdrehen. Nur in 8 Dots hoch werden mir die Zeichen etwas zu 
klein und für zwei übereinander habe ich zuwenig (dann würde das 16Z x 
50S werden), oder hat hier noch jemand LiteOn LTP14158 ?
Die UDN2981 im DIL Gehäuse machen das ganze etwas gross, die alternative 
wären noch SMD Transistoren, aber das wird viel zu löten. Gibts noch 
andere Vorschläge?

Autor: Falk (Gast)
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@ JojoS

> vorgeschlagenen TLC5921 finde ich auch schick, aber dafür müsste ich die
> Module umdrehen. Nur in 8 Dots hoch werden mir die Zeichen etwas zu

Wieso das?

MfG
Falk


Autor: JojoS (Gast)
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die TLC5921 schalten gegen Masse, also muss die Kathode der Leds da 
angeschlossen werden. Die ist bei meinen Modulen in den Zeilen. Das wird 
dann ein ziemliches Gewirr wenn die Schieberegister die Daten für ein 
paar Stellen Zeilenweise ansteuern. Ich wollte jetzt erstmal ein Modul 
mit PNP-SMD Transistoren aufbauen. Oder doch mit 8 Pixeln Höhe zufrieden 
geben? Low-Side Driver in den Spalten sind günstiger, das sehe ich 
schon. Ich habe jetzt zwei Module auf dem Breadboard und muss mir das 
mal in natura ansehen.

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