RGBLEDmodul

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RGBLEDmodul

Es war einmal, in einer dunklen Nacht im HQ, der Mond schien zwischen den Wolken hindurch, und der Schnee lag ruhig über der Stadt... Genug geschwafelt. In besagter Nacht saßen carwe und sebseb7 im HQ zusammen und es entstand die erste Idee, ein Modul zu entwickeln, das frei relativ zusammensteckbar und damit flexibel, aber auch ausreichend leistungsfähig sein muss, um RGB-LEDs mit mehr als nur 7 Farben (3 LEDs jeweils ganz an oder ganz aus) zu betreiben. In den nächsten Tagen und Wochen kristallisierten sich dann die hier beschriebenen Überlegungen heraus. Sebseb7 hat einige TCL5941 (waren erst geplant) bestellt, um Prototypen zu bauen.

Hardware

Controller

Ein beliebiges Bord, das einen Microcontroller beherbergt und mindestens die unten beschriebene Hardware-Schnittstelle besitzt, um die Module ansteuern zu können. Konkret wohl ein Atmel, der ausreichend RAM besitzt, um 8 Bit * 3 LEDs * LED-Anzahl = (bei 16x20 = 320 LEDs also 960 Byte) im Speicher zu halten. Weniger RAM wäre denkbar, sogar ganz ohne RAM ist möglich, geht aber irgendwann zu Lasten der erreichbaren Geschwindigkeit.

Modul

Hier sind zwei Varianten überlegt worden, die denkbar sind.

a) Modul-Platine besitzt nur einen TLC5947 (24 Output-Pins zu 30mA; 12 Bit PWM, Oszillator im Chip) auf der Rückseite nebst Anschluss-Steckern und 8 RGB-LEDs auf der Vorderseite. Es werden von Modul zu Modul alle Pins durchgeschleift:
GND
VCC (evtl. nur Logik) (5V)
(VCC LEDs (mglw. weniger Volt, mglw. auch nicht auf getrenntem Pin))
SIN (Daten von Controller zu Modul)
SOUT (Daten von Modul zu Modul; Daisy Chain - SOUT auf SIN des nächsten Moduls)
SCLK (Takt der seriellen Verbindung)
XLAT (Latch-Eingang, sodass die reingestreamten Daten zu den LED-Ausgängen übernommen werden)
BLANK (wird auch benötigt, wenn die Ausgänge nicht abgeschaltet werden sollen - am Anfang muss BLANK auf HIGH liegen, bis gültige Daten eingestreamt wurden)
(XERR (auf anderen Chips der Baureihe verfügbar, auf dem 5947 leider nicht - somit kein langfristig unbeaufsichtigter Betrieb möglich, da kein LED-Ausfall gemeldet werden kann))
(GSCLK (auf anderen Chips der Baureihe notwendig, der 5947 besitzt allerdings einen internen Oszillator von 4 MHz))
(SOUT-Rückkanal (bei Chips der Baureihe mit XERR wünschenswert, um den per XERR gemeldeten Fehler auslesen zu können - der SOUT des letzten Moduls der Kette würde dann auf den Rückkanal gejumpert, und damit über alle vorherigen Module zurück zum Controller geschleift))
Damit ergibt sich eine Mindest-Anzahl von 7 Pins.


b) Auf jedem Modul könnte zusätzlich zum TLC5947 auch ein kleiner Atmel verbaut werden. Dies ermöglicht eine Ansteuerung bspw. per I2C, sodass nicht zwingend eine Ketten-Anordnung notwendig ist. Jedoch muss von jedem Modul die Adresse bekannt sein, um eine vorhersagbare Ausgabe erzeugen zu können.
GND
VCC (evtl. nur Logik) (5V)
(VCC LEDs (mglw. weniger Volt, mglw. auch nicht auf getrenntem Pin))
I2C-CLK
I2C-DATA

Firmware

Controller

Modul

Protokolle

PC<->Controller

Eine USB-Verbindung, die z.B. über FT232 eine RS232-Verbindung ermöglicht. Mit RS232 sind bei 8N1 bei 115200 Baud durch das Start- und Stopbit 92160 Bit/s = 11520 Byte/s erreichbar. Bei angenommenen 3 Byte pro LED sind das 3840 LED-Aktualisierungen pro Sekunde, bei angenommenen 16x20 = 320 LEDs erreicht man also bis zu 12 Frames pro Sekunde.


Controller<->Modul

Modulkonfigurationen

Die möglichen Anordnungen der Module.
Die möglichen Anordnungen der Module.

Um eine Fläche zu legen, ist bei Hardware-Variante a) ein mäanderförmiges Zusammenstecken erforderlich. Das bedeutet, man braucht Links- und Rechtskurven (Fälle D1 und D2) sowie geradeaus zusammensteckbare Module (Fall A). Daraus ergibt sich die Notwendigkeit für jeweils 3 Verbindungsstellen (links, geradeaus, rechts) an beiden Seiten. Dies ermöglicht dann auch die Fälle B1,B2,C1 sowie C2.