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¿Como manejar 16 LEDs por medio de 1 pin?

Por Internet se pueden encontrar distintas formas para manejar LEDs usando pocas lineas I/O de microcontroladores, pero siempre es un tema recurrente en los foros de electronica.

El siguiente circuito electronico permite manejar 16 LEDs utilizando solo 1 pin de un microcontrolador y dos registros de desplazamiento (shift registers) de entrada serial y salida paralela, puede usarse para manejar barras de puntos o dos displays de 7 segmentos. Si se agrega multiplexación al circuito permite manejar hasta 8 displays de 7 segmentos.

circuito manejar LEDs un 1 pinEl microcontrolador maneja la entrada de clock de los registros. La misma señal también pasa por un filtro RC y maneja las entradas de datos A y B.

El filtro se forma con un resistor de 100 kΩ y las capacitancias de entrada de los pines A y B, produciendo una constante de tiempo (delay) R*C*In2 = 100 kΩ×(5 pF+5 pF)×0.7=0.7 μseg.

filtro RC

Para enviar un cero (lógico) hacia el registro, el μcontrolador tiene que mantener un nivel bajo por 2 μseg, tiempo que es mayor a la constante del filtro. Para enviar un “1” la salida del μcontrolador tiene que estar en alto un tiempo mayor al tau del filtro. El micro puede mandar pulsos negativos de 0,25 μseg o 2 ciclos de CPU, lo cual al ser menor a la cte del filtro no cambia el nivel lógico en las entradas. El flanco ascendente es usado como señal de clock en los registros.

Resumiendo, los datos se envían en los flancos ascendente, teniendo pulsos negativos de corta duración, los capacitores del filtro no tienen tiempo suficiente para descargarse por lo cual el nivel de tensión de la línea de datos se mantiene en un nivel alto, para los flancos ascendentes del clock Teniendo una duración mayor de los pulsos en nivel bajo permite que los capa se descarguen, lo que causa un nivel lógico bajo para un flanco ascendente del clock.

clock datos registro manejar 16 ledsv

En la figura anterior se puede ver que el nivel de tensión para los ceros y unos lógicos son 1, 3 V y 3,1 V respectivamente. El registro tiene un Vih en 2,5 V lo que da suficiente margen. En caso de necesitar otros valores de tensiones, solo hay que variar el tiempo de la señal y obviamente la R del filtro.

El circuito almacena 16 bits en los registros en tan solo 35 μseg.

National Webench Tools

software electronica online

National Webench® Tools es un juego de herramientas online gratuitas para realizar diseños electrónicos. Como ya pueden imaginar pertenece a la gigante National Instruments con todo lo que eso significa.

Este entorno de herramientas online fue presentado inicialmente en 1999 con el objetivo de brindar una rápida solución al diseño de fuentes de alimentación. Actualmente Webench nos permite crear circuitos individuales o de múltiples niveles, con la posibilidad de poder analizar su comportamiento, obtener simulaciones,  los esquemáticos, etc   permitiéndonos comparar entre distintos diseños y elegir el que consideramos mejor.

Para realizar la comparación dispone de una herramienta gráfica (más fácil aún) llamada WEBENCH® Visualizer, que en una sola captura nos muestra la información basada en tres criterios eficiencia, tamaño del footprint y costo de  los materiales.

webench visualizer

Otra de las herramientas es WEBENCH® Optimizer Dial, la cual es solamente un dial que podemos mover y que nos permite modificar los algoritmos usados en la confección del diseño pudiendo hacer foco en el tamaño del footprint, el costo de los materiales  o en la eficiencia.

webench dial

Desde la pagina nos indican que modificando el dial podemos acceder a 50-70 diseños posibles de entre un total de 48 billones.

Las dos herramientas explicadas arriba son comunes a cualquier diseño, Webench no se quedó en el tiempo ofreciendo únicamente diseñar fuentes de alimentación, sino que fue agregando nuevas posibilidades.

webench design

Con el empleo Webench® pueden evitarse el instalar múltiples aplicaciones de escritorio (software para electronica) para poder diseñar y comparar los resultados obtenidos.

Si bien al principio puede resultar un poco confuso por la gran cantidad de “cosas” con las cuales podemos jugar y tocar, con un poco de paciencia van a poder notar que en realidad es muy sencillo y todas las variantes se encuentran bien separadas y marcadas

Proyecto GLiP

¿Que es GLiP?

GLiP proviene de las siglas Great LED Interactive Puzzle, un proyecto desarrollado por estudiantes franceses a partir de las matrices de LEDs de SparkFun

Es realmente simple, el proyecto apunta a crear pequeños bloques para distribuir animaciones en matrices de LED. Actualmente poseen 16 bloques completamente funcional los cuales son capaces de mostrar texto, logos y animaciones chicas.

Se sincronizan automáticamente y las posiciones de cada uno es detectada sin necesidad de contacto físico.

Se puede usar GLiP en varias formas:

  • Modo Puzzle: Una vez cargada la animación los bloques muestran la animación correctamente.
  • Modo de Reconstrucción: Se puede cambiar de lugar y mezclar los bloques, sus nuevas posiciones son detectadas y la animación se restablece.

El único requerimiento es que el bloque maestro siempre sea mantenido en una esquina ya que está físicamente conectado a una PC. Este bloque es el encargado de determinar las posiciones de cada bloque.

Hardware

  • Matrices de LED RGB 8×8. Son controladas mediante PWM, lo que permite mostrar una amplia gama de colores.
  • La imagen de cada display es controlada linea a linea (multiplexedas), mediante 2 drivers conectados a un microcontrolador mediante un bus SPI. La animación es visible gracias al efecto integrador del ojo humano.
  • Los bloques se comunican mediante infrarrojo gracias a 4 transceptores IrDA (uno por cara). Los datos de transmiten en paquetes con checksum para evitar errores.
  • Cada bloque utiliza 2 baterías AA, y funcionan con 3,3V gracias a el chip LTC3402 (convertidor dc-dc). Poseen una autonomía de funcionamiento de hasta 5 horas.

Demostración

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