Adresovatelné LED s vestavěným řídicím čipem

Adresovatelné LED s vestavěným řídicím procesorem sice nejsou novinkou letošního roku, ale v poslední době se o nich stále častěji hovoří, navíc i vlastní řídicí obvody procházejí změnami, vývojem a zdokonalováním. Mnozí čtenáři by možná uvítali trochu podrobnější popis jejich funkce a použití. Proto vznikl tento článek.

Záměrem bylo mít možnost řídit v celém zapojení každou LED samostatně, rozsvítit ji nebo zhasnout, ovládat její svítivost, barvu. Proto již před řadou let vznikly první čipy typu WS2812 apod. V současné době jsou populární LED s vestavěným čipem SK6812, k dispozici jako samostatné LED (obr. 1) nebo ve formě populárních LED pásků (obr. 2).

Jak celé zapojení a řízení funguje? Každá taková RGB nebo RGBW LED, např. v pouzdru 5050, má standardně 4 vývody (obr. 3), dva pro napájení (VDD, VSS), jeden datový vstup (DIN) a jeden datový výstup (DOUT). Celá řada LED v aplikaci je z pohledu napájení zapojena paralelně, z pohledu dat sériově, viz obr. 4. Řídicí obvod vyšle sériově datové pakety pro všechny diody, pro každou z nich je určených 24 bitů v případě RGB, resp. 32 bitů v případě RGBW. Příklad 24bitové struktury dat a jejich časování je na obrázku 5, v případě RGBW by přibylo ještě 8 bitů pro bílou barvu. Je třeba samozřejmě dodržet přesné časování.

Každá LED, resp. její barevné čipy, jsou pak vestavěným řídicím obvodem SK6812 ovládány samostatně podle obdržené instrukce, intenzita svítivosti je řízena pulzně šířkovou modulací, u tohoto obvodu s frekvencí 1,2 kHz, což už je dostatečně vysoká frekvence, aby se zabránilo efektu mihotání („flickering“) typickému u levných čínských neznačkových LED svítidel a vyskytujícímu se také u některých předchozích generací adresovatelných LED, které pracovaly s frekvencí 430 Hz.

S tímto zapojením umožňujícím samostatně řídit každou LED máme k dispozici téměř nekonečnou řadu nejrůznějších aplikací vycházejících z nápadů konstruktéra. V případě jedné řady LED nebo jednoho pásku LED můžeme vytvářet různé efekty duhy, pohybujícího se světla, dekoračních osvětlení apod. A když pak rozmístíme LED do plochy, do nějakého obdélníku, získáváme v podstatě jakousi obrazovku, jejíž každý pixel můžeme v každém okamžiku ovládat, pohyblivé a duhové efekty můžeme mít v ploše, můžeme vytvářet pohyblivý text, zobrazovat pohyblivé animace atd.

Vlastní řízení je možné řešit téměř jakýmkoliv běžným mikrokontrolérem, pro zkušeného vývojáře není problém napsat program přesně podle svých představ. Pro oblíbený vývojový systém Arduino lze na internetu najít knihovny efektů, které již někdo vytvořil. Na závěr bych se však rád zmínil ještě o jiném způsobu řízení, jednoduše implementovatelném a vhodném i pro méně zkušené uživatele a tím je použití samostatné řídicí jednotky (označené T-1000 až T-8000 nebo K-1000 až K-8000), např. T-1000 je na obr. 6. Tu lze ve světě pořídit již od nějakých 12−15 dolarů plus dopravné. V počítači si pomocí volně stahnutelného programu „LED Edit“ vytvoříme požadovanou aplikaci pro naši konkrétní topologii adresovatelných LED, výsledek uložíme na kartu SD a řídicí jednotka sama pak vysílá data pro všechny LED. Náhled na obrazovku monitoru s programem „LED Edit“ je na obrázku 7, umožňuje nastavit parametry pro poměrně hodně proměnných, vybírat barvy, efekty a animace, zvolit text a rozpohybovat ho atd., práce s tímto programem je rychlá a intuitivní.

Optoelektronické i jiné součástky pro elektroniku dodává firma HaD Elektronika, včetně podpory pro vývojáře a konstruktéry výrobních firem.