Signaler med Charlieplexing

Från Svensk MJ-Wiki
Hoppa till: navigering, sök
Charlieplexing är en metod för att driva fler lysdioder med färre ben. Tekniken uppfanns av Charlie Allen, därav namnet.

Konventionell drivning
Om man ska driva en 5-skens-signal på konventionellt sätt går det åt 6 ledare, en gemensam minus och en separat plus för varje lampa/lysdiod.
(eller tvärtom, gemensam plus och separata minus-ledare).

Multiplexing
Multiplexing används ofta för att driva displayer. T.ex. en sifferdisplay med 8 siffror, vardera bestående av 7 segment + decimalpunkt, skulle med konventionell drivning behöva 1+8x8 = 65 ledare. En multiplexad LED-display med gemensam katod har en katod-ledare per siffra och en anodledare per segment-grupp (lika segment kopplas ihop med varandra), dvs 8+8 = 16 ledare, en avsevärd besparing. För en 5-skens-signal blir dock besparingen måttlig, 5 ledare istället för 6.

Charlieplexing
Charlieplexing utnyttjar att lysdioden bara lyser i ena strömriktningen. De flesta har nog sett Charlieplexing i sin enklaste form, med bara två lysdioder
EnkelCharlieplexing.jpg
Det går utmärkt att koppla en 2-skens signal så här men vinsten är inte så stor, 2 ledare istället för 3.
För en 5-skens-signal blir vinsten lite större, 3 ledare kan användas istället för 6 (konv.drift) eller 5 (multiplexing).
Nedan visas hur man succesivt kan öka från 2- till 5-skens signal.
Charlie_2_3_4_5.jpg

Styrning
Ta t.ex. 4-skens signalen: Den översta gröna lyser om ben 1 kopplas till plus och ben 2 till minus. Ben 3 lämnas frikopplat
Den vita/gula lysdioden lyser om ben 1 kopplas till minus och ben 3 till plus, ben 2 lämnas frikopplat.
Att få båda dessa att lysa samtidigt går alltså inte, då får man se till att tända en i taget, och skifta så snabbt att ögat inte hinner se att de blinkar.
För att styra signalerna behövs därför en mikroprocessor som tillräckligt snabbt kan skifta polaritet på benen, och även frikoppla det ben som för ögonblicket inte ska vara inkopplat. (Frikoppling kallas ofta high-z eller high impedance, då det innebär att den ledaren ska ha hög impedans mot både hög och låg signalnivå).
Dessutom behövs lysdioder som lyser ganska starkt, eftersom de inte kommer vara tända hela tiden, i ovanstående exempel kan ju upp till 3 lysdioder behöva lysa, vilket ger 1/3-dels lystid (dutycycle) för varje. Det innebär också att man kan driva lysdioden med lite högre ström än den nominella.

Ännu fler LEDs
Med 3 ledare kan man driva 6 lysdioder. Några 6-skens-signaler finns ju inte längre men det går ju även att driva 2 st 3-skens eller en 2-skens och en 4-skens som i denna bild
In_och_utfartssignal_3bens.jpg
Eftersom in och utfartssignaler ofta står tillsammans passar det ju bra att driva båda med en 3-ledare från styrningen.
Om själva signalen görs med mässingsrör kan man koppla ena ledaren till röret, endast 2 resp 1 sladd behöver då dras i röret.


Med 4 ledare kan man driva 12 lysdioder, 5 ledare ger 20 lysdioder, 6 ledare ger 30 lysdioder, 7 ledare ger 42 lysdioder, osv enligt formeln n*(n-1)
Lystiden för varje lysdiod minskar dock i samma takt som man ökar antalet, så beroende på hur starka lysdioder som används, och hur många som ska kunna se ut att lysa samtidigt, finns en praktisk gräns.

Mer info om Charlieplexing på engelska Wikipedia