Display Multiplexen Breakpoint

[Siro]

Hallo zusammen,

ich entwerfe grad ein neues Bedienpanel.
Dort sollen mehrere 7-Segmentanzeigen angesteuert werden.
Dafür gibt es spezielle Bausteine z.B. von Maxim, diese klammere ich mal aus.
Also lediglich einen Segmenttreiber für die 8 Segmente und pro Digit ein Tranistor für die
gemeinsame Anode oder Kathode.

Wenn man per Softwarte die Displays selbst multiplexen möchte, muss ich bei z.B bei 5 Digits
den 5 fachen Strom in die Segmente jagen, da sie ja auch nur 1/5 der Zeit eingeschaltet sind.

Jetzt kommt das eigentliche Dilemma:
Wenn ich in der Testphase einen Breakpoint setze, steht die Software und es wird irgendein Digit
mit 5 fachen Strom dauerbetrieben, was vermutlich zur thermischen Zerstörung des Display führt.

Gibt es dafür eine Lösung ?
Mir ist jetzt die folgende eingefallen:

Die Versorgung der gemeinsamen Anode wird über eine Transistor normalerweise weggeschaltet.
Die CPU muss nun regelmäßig ein Triggersignal liefern um die Stromzufuhr wieder herzustellen.
Dafür wollte ich ein nachtriggerbares Monoflop wie den 74123 verwenden.
Kommt also ein Signal von der CPU, wird der Strom für die Displays für eine gewisse Zeit vom Monoflop freigegeben,
bleibt das Signal für eine bestimmte Zeit aus, werden die Displays strommässig abgeklemmt damit durch den
statischn Zustand die Segmente nicht durchbrennen.

Gibt das so Sinn ? oder habe ich evtl. etwas übersehen, oder bin ich völlig auf dem Holzweg

Ich bin ja sicher nicht der erste, der mal beim Multiplexen die CPU anhält, wie macht Ihr das ?

So hätte ich zudem automatisch einen Standby-Schaltung für die Displays. Wenn ich den Prozessor in den Ruhezustand versetze.
Da ist aber eher eine Nebenwirkung, die ich nicht unbedingt brauche.

So in etwas habe ich mir das vorgestellt:


Hab grad überlegt über die Drain Source Strecke vom Mosfet einen, sagen wir mal 5-10mA Konstantstrom zu schalten, dann sehe ich auch noch was auf dem momentan angesteurtem Digit.
ein entsprechender Widerstand tuts dann aber auch.

Siro

[Klebwax]

Wenn man per Softwarte die Displays selbst multiplexen möchte, muss ich bei z.B bei 5 Digits
den 5 fachen Strom in die Segmente jagen, da sie ja auch nur 1/5 der Zeit eingeschaltet sind.

Jetzt kommt das eigentliche Dilemma:
Wenn ich in der Testphase einen Breakpoint setze, steht die Software und es wird irgendein Digit
mit 5 fachen Strom dauerbetrieben, was vermutlich zur thermischen Zerstörung des Display führt.

Dies Problem hatte ich auch. Meine Schaltung war anders herum, 20mm Displays mit gemeinsamer Kathode über einen BSS138 FET gesteuert und die Anoden jeweils über einen Vorwiderstand direkt vom Portpin. Das sollte aber keine Rolle spielen.

Zum Debuggen hatte ich mir überlegt, die Widerstände so groß zu machen, daß der zulässige Strom pro Segment im Dauerbetrieb nicht überschritten wird. Ich hab da mal mit 470Ω angefangen, bei 5V und roten LEDs sind das weniger als 10mA. Damit habe ich dann angefangen zu Debuggen und wollte, wenn alles funktioniert, die Widerstände kleiner machen. Nun hat sich dabei herausgestellt, daß diese modernen LEDs so hell sind, daß ich es auch für den Multiplexbetrieb so belassen habe. Die Anzeige ist hell genug, obwohl die 20mA, die als Dauerstrom möglich wären, weit unterschritten werden. Ich hab aber nur drei Stellen, für mehr Stellen könnten die Vorwiderstände aber verkleinert werden um die Helligkeit zu erhöhen ohne die LEDs zu überfordern.

In Summe: LED Ansteuerung mit einem Transistor pro Digit, 8 Widerständen und Breakpoint fest.

MfG Klebwax

[wkrug]

So wie ich das sehe, hast Du ja eine eigene Versorgung für VLED.
Kannst Du da nicht ein Bauteil ausbauen und die Spannung dort über ein Labornetzteil einspeisen?
Dadurch könnte man die Displayspannung so weit runter drehen, das keine gefährlichen Ströme entstehen.
Während der Testphase leuchtet das Display halt dann etwas dunkler.
In der fertigen Version, kannst Du dann ja auch noch eine Watchdog reinmachen, damit der Controller nicht hängen bleiben kann.

Ich denke auch, das der fünffache Strom durch die LED's beim Multiplexen gar nicht nötig ist, um die Segmente genauso hell wie im Dauerbetrieb leuchten zu lassen.

Der doppelte bis dreifache Strom sollte schon den gewünschten Effekt haben.
Zudem haben LED's auch einen maximalen Kurzzeitstrom, den man auch nicht für kurze Zeit überschreiten darf.

[Siro]

Habt erstmal vielen Dank, Klebwax und wkrug, für Eure Anteilnahme und Informationen.

Die Widerstände bzw. Ströme erst in der Endversion(Software) anzupassen wäre natürlich auch eine Option.
Während der Softwareentwicklung spielt das ja wirklich keine Rolle.

Ich staune immer, im Datenblatt sind fast alle Modelle mit 20mA angegeben.
Spitzenströme recht unterschiedlich von 45 bis 140mA habe ich schon gefunden.
Ich habe hier noch welche rumliegen, die brauchen wirklich so 15mA pro Segment damit es vernünftig aussieht.
Habe mir aber heute mal welche bei Reichelt bestellt, mal gucken wie die sich verhalten.
Mit den "5" Anzeigen hatte ich nur als Beispiel genommen, in Wirklichkeit hab ich 15 Digits zu steuern....
Das geht natürlich nicht mehr mit nur einem Multiplexer....
Maxim bietet auch Chips mit bis zu 8 Digits und sogenannten "Charlieplexing" an.

Hier ist mal ein Link dazu:
https://www.maximintegrated.com/en/a...ex.mvp/id/1880

So ein chip kost dann auch rund 7-10 Euro.
Ich werd mir den aber auch mal besorgen (bei Mouser Elektronik) und damit testen/spielen.

Das Problem wird aber hauptsächlich sein, dass ich verschiedene Größen von Displays gleichzeitig benutzen möchte.
Mit unterschiedlichhen Strömen können die Chips aber nicht arbeiten.

Ich liebe ja eigentlich den statischen Betrieb mit reinen Schieberegister und Konstantströmen
CAT4016 habe ich zur Zeit auch im Einsatz.

Am besten (einfachsten) sind aber immer noch die seit 20 Jahren bewährten LTM8522 von Lite-On.
Schieberegister und Konstantströme gleich im 3 stelligen Display integriert.
Aber genau die wollte ich mal ablösen und muss zum Bedauern feststellen, das der Aufwand dann enorm wächst...

Ich probier erstmal die Ströme mit den neuen Displays dann aus und werde berichten.

Die Firma Avago hat wohl Low Current Displays, Tescondition geben sie an von 1-5mA das klingt doch sehr gut.

Siro

[Klebwax]

Ich habe hier noch welche rumliegen, die brauchen wirklich so 15mA pro Segment damit es vernünftig aussieht.

Der Fortschritt bei den LEDs ist schon gewaltig. Ich hab auch noch eine Menge ältere rumzuliegen (muß mal aufräumen). Ich glaube, man kann an der Brennspannung etwas erkennen. Ältere rote LEDs sind etwas dunkler im Rot und haben so ca 1,6V, neuere und hellere baben eine Spannung von über zwei Volt. Das ist aber mehr ein Eindruck als eine gesicherte Erkenntnis.

Mein Motiv für die 20mm LED Displays war, die Anzeige auch ohne Brille und aus größerer Entfernung ablesen zu können. Ich bin inzwischen davon wieder abgekommen. Trotz aller möglicher Muster, mit den man z.B Overflow oder anderes anzeigen kann, fehlten mir Einheitensymbole. Ich verwende jetzt Oled-Display mit I2C. Und da nicht die kleinen mit 0,96", das ruft auch noch nach der Brille, sondern welche mit 2,4". Die werden genauso angesteuert wie die kleinen. Da bekommt man leicht 4 Zeilen a 10 Zeichen unter, die sich auch gut aus größerer Entfernung ablesen lassen. Am µC kosten sie nur 2 Pins und wenn man schon einen I2C Bus hat, gar keinen.

Mein erster Ansatz mit den 7 Sedment Display war ein wenig von diesen Volt/Amperemetern beinflußt (die treiben die LEDs direkt mit den Prozessorpins, ich hab mir die Platine daraufhin mal genau angesehen). Die Anzeige ist zwar hell, aber zum Ablesen aus größerer Entfernung zu klein. Nachdem ich auf diese Größeren gestoßen bin, nehme ich die 2,4" Oleds. Sie sind zwar nicht wirklich billig, bieten aber viele Freiheiten bei simpler Ansteuerung.

Aber auch mit den 0,96" oder 1,3" Oleds kann man 2 große Digits anzeigen. Da sie zwei einstellbare I2C Adressen haben, kann man mit 2 nebeneinander ohne zusätzliche Hardware ein 4-Stelliges Display mit rund 20mm hohen Zeichen bauen. Dazu sind sie wirklich billig, Helligkeit einstellen oder Abschalten ist eingebaut. Aber genug der Ablenkung von deinem Problem.

MfG Klebwax

[Ceos]

ich arbeite ja unter anderem mit solchen segmentanzeigen und die erfahrung zeigt, das träge auge des menschen und die automatische verstärkung im hirn regeln schon alles was du brauchst

will sagen, eine gepulste LED erscheint dem menschlichen auge heller als eine konstant leuchtende, du brauchst definitiv nicht den 5fachen strom, selbst bei 3fach wäre ich noch skeptisch

teste doch erstmal deine anzeigen bei normalstrom nach datenblatt, dann steuer die LEDs per PWM an und du wirst merken, dass die oberen 25% des duty cycle ohne warnehmbaren helligkeitsverlust sind und erst danach eine sichtbare verdunkelung eintritt, i.d.R. kannst du eine LED (wenn es nicht gerade ein sehr schneller typ ist) locker bis 50% duty cycle dimmen ohne dabei nennswerten leuchtverlust zu erleiden

in diesem konkreten fall würde ich definitiv den praktischen weg des ausprobierens gehen, schließ sie einfach an, rechne aus wie oft die LED pro sekunde eingeschaltet sein wird und emulier einmal eine ziffer des display und sieh nach wie sich das auswirkt wenn du den PWM anhälst und ein segement dauerhaft leuchtet

[Siro]

@Witzkatz:
Die Idee mit den OLEDs finde ich garnichtmal so schlecht. Braucht man wirklich wenige Leitungen.


@Ceos:
Danke auch für deine Info:
Die neuen Anzeigen kommen ja die Tage und dann werde ich mal etwas rumprobieren und nach deinem Vorschlag mal mit verschiedenen Pulsbreiten betreiben.

Ich hatte bei einem anderem Projekt schon bemerkt, dass das Auge nicht der Pulsbreite bzw. Helligkeit entspricht. Da hatte ich eine Powerled mit einer PWM betrieben.
Im oberen Bereich tat sich wirklich nicht viel in der Lichtausbeute, im unterem Bereich erschien es dann jedoch schon stufig trotz 256 PWM Schritte.

Dazugehörig:
Die Logik hinter den Datenblättern der 7-Segment Anzeigen verstehe ich ehrlich gesagt nicht wirklich...
Ein Beispiel aus dem Datenblatt von Kingbright:

IF = 20mA Peak 140mA
UF = max 2,5V
Power Dissipation 105mW
Die dominante Wellenlänge wird bei einem Strom von 20mA angegeben.

Wenn ich alle Segmente mit 20mA ansteuere also 20mA*8 habe ich eine Verlustleistung von
UF * IF * 8 ==> 2,5V * 20mA * 8 = 400mW
also das Vierfache als erlaubt.
Somit darf ich die Segmente eh nur mit 5mA statisch betreiben.

Okay, es sind ja eher selten alle Segmente angesteuert.
Im Durchsnitt 4,8 Segmente bei einer Zahlendarstellung von 0..9
Dann komme ich auf auf eine durchschnittlichen Strom von 8,75mA pro Segment
bei maximal 105mW.

Warum ist IF dann im Datenblatt mit 20mA angegeben ?
und warum wird die dominate Wellenlänge bei 20mA gemessen ?

Ich will ja kein Wissenschaft aus der Ansteuerung eines 7 Segemntanzeige machen,
aber wundern tut mich das schon.

Siro

[Ceos]

ich denke es geht dabei um die einzelnen LEDs ... eine Segmentanzeige ist ja nichts weiter als eine Sammlung verdrahteter und in Plastik gegossener LEDs und die Angaben beziehen sich auf die verwendeten LEDs, wobei die Power Dissipation (Übersetzt "Ableitfähigkeit") angibt wieviel Abwärme das ganze Gehäuse ableiten kann und du nicht vergessen darfst, dass eine erheblicher Anteil des Stroms in Form von Licht und nicht Wärme abgegeben wird, also nicht zur Ableitwärme dazu zählt.

Wenn hier jemand noch detaillierte und zuverlässigere ERklärungen hat wäre ich hochgradig interessiert, das habe ich mir nämlich nur selbst geschlussfolgert und nicht von irgendwo abgeschrieben.

[witkatz]

@Witzkatz:
Die Idee mit den OLEDs finde ich garnichtmal so schlecht. Braucht man wirklich wenige Leitungen.

Ich auch, war aber nicht meine

[PICture]

Jetzt kommt das eigentliche Dilemma:
Wenn ich in der Testphase einen Breakpoint setze, steht die Software und es wird irgendein Digit
mit 5 fachen Strom dauerbetrieben, was vermutlich zur thermischen Zerstörung des Display führt.

Gibt es dafür eine Lösung ?

Ich denke schon. Nix hardwaremäßig, sondern alles nur softwaremäßig in einer endloser Schleife, die immer läuft, umschalten. So habe ich immer alles nach Programmablaufdiagram programmiert. Es ist nicht das beste Beispiel, aber das ich mir noch schnell erinnern kann: https://www.roboternetz.de/community...m-Nachbauen%29