Некоторое время назад участвовал в обсуждении DIY проекта матричных светодиодных часов
И что меня удивило — в качестве устройства отображения использовались древние одноцветные светодиодные матрицы 8х8 с шагом 5 миллиметров. Причём под них разводились сложные печатные платы, делалась софтовая динамическая индикация. И это в то время, когда уже давно доступны по цене в районе 10-20$ готовые полноцветные панели 64х32 с шагом 3 мм. А общий ассортимент подобных панелей очень большой и имеет шаг пикселя от 2 до 10 мм и практически любой размер.
В то же время использовать такие панели в DIY конструкциях достаточно непросто — готовые контроллеры стоят довольно больших денег и не имеют нормального API. Сделать же достаточно быстрое сканирование панели на обычно используемых в DIY микроконтроллерах достаточно сложно. Причём временные интервалы должны выдерживаться с высокой точностью — иначе начинается заметная неравномерность яркости.
Есть неплохие решения на Adafruit, но они все достаточно дорогие и сложные.
После некоторого раздумья возникла мысль — а почему бы не сделать предельно недорогую плату, которая будет мостом между обычной копеечной платой типа ардуино и LED панелью? После какой-то пары месяцев возни родилось что-то работающее :)
Задача и проблемы
Хотелось бы иметь возможность управлять сборной панелью общим размером хотя бы 64х64, имея при этом возможность работы хотя бы в Highcolor (RGB565) с сохранением приемлемой частоты обновления экрана (не менее 50Гц).
Основная сложность заключается в том, что на LED панелях градации цвета формируются только через PWM, причём последовательный. Таким образом для того, чтобы сформировать 64 уровня яркости — за время индикации одного кадра надо 64 раза выдать картинку. То есть 64х50=3200 Гц частота выдачи полной «однобитной» картинки. Следовательно — для выдачи экрана 64х64 надо выдавать данные пикселей со скоростью 3200х64х64=13 Мпикселей/секунду.
Реализация
Все файлы на GITHUB
Совершенно очевидным было то, что без CPLD или FPGA здесь не обойтись — выдавать 26 МБ/сек на недорогих микроконтроллерах физически невозможно.
В качестве памяти мне на форуме IXBT порекомендовали очень интересную FIFO память Averlogic AL422B, которая имеет примерно 400кбайт памяти и может работать на частотах до 50МГц.
Учитывая, что моим основным требованием была максимальная дешевизна компонентов, чтобы готовая платка была доступна самодельщикам — была выбрана Altera EPM3064 — CPLD c 64мя макроячейками. В то же время столь малое количество макроячеек не позволяет сделать динамически конфигурируемую плату — конфигурацию необходимо компилировать непосредственно в CPLD.
Получившаяся схема лежит здесь
Детали:
CPLD EPM3064ATC44-10 — цена на Ali примерно 13-15$ за десяток
FIFO RAM AL422B — цена на Ali примерно 15$ за десяток
Кварцевый генератор на 50МГц. На плате предусмотрена установка в корпусах DIP14/DIP8/7050. Цена на Ali примерно 6-7$ за десяток
Стабилизатор на 3.3В в корпусе SOT223 — chipdip — 40р за штуку
Разъем IDC-10MS — chipdip — 3 р/штуку
Разъем IDC-16MS — chipdip — 8 р/штуку
Разъём IDC-14MS — chipdip — 7 р/штуку
Конденсаторы 1мкФ 0805 — 8 штук примерно по 1 р/штуку
Конденсатор 0,1мкФ 0805 — примерно по 1 р/штуку
Резистор 10к 0805 — копейки :)
Итого по деталям получается 1,5+1,5+0,7=3,7$ и 40+3+8+7+8*1+1=67 р. Всё вместе в пределах 5$ — копейки.
Исходный рисунок платы лежит здесь
Подготовленные gerber файлы для заказа
При пайке платы не забыть запаять перемычки на питание на обратной стороне платы.
Расчёт частоты обновления и ограничения по размерам...
► Расширенная версия обзора доступна на сайте MYSKU.ru
Ну и теперь — TO DO
— разобраться с «наводкой» цветов на соседние ряды. Похоже на плохую разводку самой панели (ключи мусорят), но надо проверить.
— сделать класс META_LED_PANEL, который позволит объединять несколько LED_PANEL в один виртуальный экран — это даст возможность создавать большие экраны
— в перспективе уйти на более мощную серию CPLD, например MAXII. Это бы существенно расширило возможности при сохранении невысокой стоимости (EPM1270, который в 20 раз мощнее, стоит 4-5$ штука). Но этим я буду заниматься когда-нибудь потом. Если захочу :) Так как подобные разработки отнимают уж слишком много времени.
