APA102 – светодиоды со встроенным драйвером и SPI интерфейсом

Visits: 3253

APA102

В 2014 году фирма Shenzhen Led Color Optoelectronic Co., Ltd http://www.szledcolor.com/ начала производство светодиодов на драйвере APA102. Это серия так называемых светодиодов со встроенным драйвером. Основной особенностью этих светодиодов, что в них применен упрощенный вид SPI интерфейса, шина данных и тактовая шина. Особенностью драйвера, это встроенный в данный драйвер, это 5 битовый регистр общей яркости, т.е. эти светодиоды уже наиболее близко подошли к настоящим драйверам светодиодных экранов. Максимальная тактовая частота заявленная производителем 1,2 МГц, первые испытания на ленточки длиной из 30 светодиодов, подаренных мне производителем, показали довольно внушительные результаты, на тестовом столе они нормально работают на тактовой в 2,5 МГц. Если их сравнивать с такими светодиодами как WS2812B , то по скорости выигрыш более чем в 5 раз (на 2,5 МГц)!!!

У WS2812B проблема в том, что чем больше длин цепочки, тем уменьшается скорость передачи, это связано с тем, что необходимо формировать импульс сброса такой длины, чтобы его времени хватило на распространения через всю группу светодиодов.

По мере дальнейшей разработки конструкций, протестирую максимальную тактовую на большем количестве светодиодов, чтобы определить реальные характеристики.

ФИЗИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ

Светодиоды упаковываются в стандартный SMD 5050. Расположение выводов сделано грамотно, для подвода питания и прокладки шины данных и синхронизации.

Какая больше всего особенность меня поразила, что на ленточках нет не единого блокирующего конденсатора по питанию, и все работает. Тут только можно сказать Браво разработчикам чипов. И что самое главное (на что страдают WS2812B) входные сигналы – ТТЛ логики, т.е я подключил к контроллеру, с 3,3 вольтовым питанием, ленточку, работает идеально (лента питается от 5 вольт).

Управление Светодиодом “по двум проводам”

Принцип управления прост, тактовая шина Clock проходит напрямую через драйвер светодиода (внутри используется повторитель), задержка на передачу тактовой, скажем так минимальная. По шине DATA принцип работы следующий, если на вход поступило от 4 последовательных байт (32 бита) с нулями, то драйвер переключается в режим приема. Если в режиме приема первый байт “0” то он работает как ретранслятор передает нулевые байты на выход, тем самым инициализируя следующие драйверы светодиодов.

Если следующий байт не нулевой и самое главное в нем должны быть 7, 6, 5 бит = “1”, это значит, что эти следующие 4 байта данных будут “поглощены” этим драйверов, при этом в этот момент на выходе он также формирует нулевые байты. Если следующие 4 байта тоже несут информацию (первый байт не равен нулю и имеет три единицы в старших битах), то они теперь будут на прямую транслироваться на выход.

Итог. Для управления светодиодами в цепочке, необходимо:

1. передать в начале 4 байта синхронизации.
2. передавать данные по 4 байта на каждый светодиод который есть в цепочке.

Графически это можно представить так:

Программирование

В этом разделе я опишу вариант на котором я остановился, для управления этими светодиодами. Скорость на которую рассчитаны APA102 позволяют на них строить небольшие видеоэкраны. Предлагаемый вариант для такого видео экрана. Массив для передачи удобно формировать так:

#define height  1          // высота дисплея, в настоящем примере просто полоска
#define width  31          // длина дисплея, 30 светодиодов + 1 "синхро байт" (первые 4 байта всегда нули, это Start Frame)
#define SRGB    4          // глубина дисплея яркость, синий, зеленый, красный
// для удобства описания выбранного цвета
#define BRI     0          // задание яркости 0b111xxxxx где х - яркость
#define CBL     1          // адрес для синего цвета
#define CGR     2          // адрес для зеленого
#define CRE     3          // адрес для красного

volatile unsigned char APADISP[height][width][SRGB];    // массив яркостных режимов

Для инициализации массива удобно применить цикл:

// инициализация массивов
    brightness=brightness|0b11100000;       // настройка регистра яркости
// загрузка буфера для тест
    for (cyhei=0;cyhei<height;cyhei++)      // высота
    {
        for (cywid=0;cywid<width;cywid++)   // количество светодиодов в строке
        {
            for (cyrgb=0;cyrgb<SRGB;cyrgb++)
            {
                if(!cyhei && !cywid)APADISP[cyhei][cywid][cyrgb]=0;     // первые 4 байта инициализация всегда нулями.
                else
                if (!cyrgb)APADISP[cyhei][cywid][cyrgb] = brightness;   // каждый 0 байт загрузка параметра яркость
                else APADISP[cyhei][cywid][cyrgb] = 0;                  // установка яркости в 0
            }
        }
    }

Один из вариантов загрузки массива в SPI2 модуль, для PIC32:

            while(SPI2STATbits.SPITBF);
            SPI2BUF=0x0; // start frame
            while(SPI2STATbits.SPITBF);
            SPI2BUF=0x0; //
            while(SPI2STATbits.SPITBF);
            SPI2BUF=0x0; //
            while(SPI2STATbits.SPITBF);
            SPI2BUF=0x0; //
            
            for (scikl=0;scikl<LENDIS;scikl++)
            {
                while(SPI2STATbits.SPITBF);
                SPI2BUF=brightness;             // Global
                while(SPI2STATbits.SPITBF);
                SPI2BUF=BLUELED[scikl];         // transmit BLUE
                while(SPI2STATbits.SPITBF);
                SPI2BUF=GREENLED[scikl];        // transmit GREEN
                while(SPI2STATbits.SPITBF);
                SPI2BUF=REDLED[scikl];          // transmit RED
            }

Светодиоды в упаковке, черная ленточка для светомузыкальных устройств более подходит, чем белого света.

Схема соединения светодиодов

 Диаграмма прохождения данных, через три драйвера, видно, что драйвер после прихода на его вход последовательно 4 нулевых байт переключается в режим инициализации, при этом пока он не примет, первые данные, его выход находиться в низком состоянии, тем самым синхронизируя, драйвер следующего светодиода.

Кадр синхронизации отличается от кадра данных, тем, что первый байт равен “0”.

Видео тестирования ленточки из 30 светодиодов, тактовая 2,5 МГц

Габаритные размеры светодиодных лент

Внешний вид соединителей идущих в комплекте с лентами

Описание на ленту:

APA102 - светодиоды со встроенным драйвером и SPI интерфейсом 1,015.55 KB 488 downloads

APA102 - светодиоды со встроенным драйвером и SPI...

Скачать

APA102 - каталог 6.05 MB 511 downloads

APA102 - каталог ...

Скачать

пример использования светодиодов на драйвере APA102

Это может быть интересно