Wyświetlacz 7-segmentowy - pobór prądu

[k_ijada]

Dzień dobry,
jestem w trakcie projektowania termometru z wyświetlaczem 7 segmentowym. Pomiar temperatury realizowany jest za pomocą termistora ntc 10k, jednostką operacyjną jest Atmega 8. Planuje dać dwa podwójne wyświetlacze 7-segmentowe  HDSP-521G (mam je z odzysku) co da łącznie 4 cyfry. Pozwoli to na wyświetlanie temperatur dodatnich i ujemnych z dokładnością do jednego miejsca po przecinku. Wyświetlacz i mikrokontroler mają osobne stabilizatory 5V (UA78L05 - 5V 100mA). 

Aby nie wykorzystywać ekspanderów do podłączenia wyświetlaczy, planuje zastosować multipleksowanie. Gdzie teoretycznie jednocześnie świeci się tylko jedna cyfra. 
Stąd też pojawiło się pytanie jaki będzie pobór prądu przez cały wyświetlacz. Jest to o tyle istotne, że chciałbym wykorzystać jeden stabilizator 78L05, o prądzie maksymalnym 100mAna wszytkie cztery cyfry. 

Dając rezystory (od strony katody) 470Ohm, prąd pojedynczego segmentu będzie wynosił:
5V(napięcie zasilania) - 2V(spadek napięcia na diodzie) = 3V,
3V(spadek napięcia na rezystorze) / 470Ohm = 6.38mA 
Czyli maksymalny prąd pobierany przez cały segment będzie wynosił: 8 * 6.4mA = 51.2mA

I teraz pytanie, czy prąd pobierany przez cały wyświetlacz będzie równy prądowi jednego segmentu, czy wszystkich czterech? 

Przebieg prądu na diodzie nie jest liniowy (nie pojawia się natychmiast) tylko z czasem (rzędu kilku ns) narasta ze względu na pojemność pasożytniczą złącza PN. Czy z tego powodu prąd pobierany przez cały wyświetlacz nie będzie wyższy i równy nawet 200mA (4* prąd jednej cyfry)? 

Czy ma ktoś z tym jakieś doświadczenie i wie jak to wypada w praktyce? 

Zawsze mogę zastosować po jednym stabilizatorze na parę wyświetlaczy i osobny dla uC. Ale nie chciał bym dawać dodatkowego stabilizatora jeżeli nie był by potrzebny. 

Na Botlandzie znalazłem wyświetlacz 7-segmentowy 4 cyfrowy na i2c, w specyfikacji którego pisze, że pobór maksymalny wynosi 55mA, z czego można wnioskować, że pobór prądu jest równy lub bliski do prądu pobieranego przez jedną cyfrę. 

Edytowano Grudzień 14, 2020 przez k_ijada

[marek1707]

Zacznij od tego, że sprawdź jasność swojego wyświetlacza przy na stałe załączonym prądzie segmentu 6.4mA. Jeżeli jest ona wystarczająca, to możesz założyć, że te wyświetlacze sterowane statycznie przez oporniki 470R dadzą radę. Oczywiście maksymalny w takim układzie prąd pobierany przez wyświetlacz to suma prądów segmentów, czyli dla 4 cyfr to 4x7*6.4, ok. 180mA. Już widać, że 100mA stabilizatorek nie da rady. Możesz co prawda założyć, że nie wszystkie segmenty będą świecić na raz. Jasne, wymyśl "najgorszy" czas (20:08?), policz dla niego prąd i wyjdzie trochę mniej. Niemniej stabilizator, oprócz prądu, ma jeszcze ograniczenie na moc. Jeśli masz go w obudowie TO92, to ile tej mocy możesz na nim stracić żeby mu nie włączyć zabezpieczenia termicznego? 200mW? 500mW? To teraz policz jak będzie  się grzał przy zasilaniu go z napięcia jakie przewidujesz (9V? 12V?) na wejściu w czasie "najgorszej" minuty w dobie.

To jedno, a drugie to multipleksowanie. Skoro będziesz świecić tylko jedną cyfrą na raz,, to nasze oko zobaczy 4-krotny spadek jasności względem sterowania statycznego prądem 6.4mA. To teraz (nawet bez robienia całego układu drivera) dobierz tak opornik by płynęło 1.6mA i sprawdź czy wtedy też widzisz dobrze segmenty czy całe cyfry nawet w dzień. Bo tak to będzie działało przy multipleksowaniu 1:4. A jeśli chcesz zachować jasność, musisz 4-krotnie zwiększyć prąd - nic za darmo. Sumaryczny prąd pobierany z zasilacza będzie taki sam, bo przecież 4 razy większy prąd będzie pobierała tylko jedna cyfra na raz. Rosną za to wymagania na dynamikę układu, bo szybkie zmiany poboru prądu wymagają trochę większego kondensatora na wyjściu stabilizatora. Ale bez przesady, 22-100uF wystarczy.

Natomiast czasami startu złącza (tymi ns) zupełnie się nie przejmuj. Czas naładowania pojemności w kierunku przewodzenia jest o kilka rzędów wielkości mniejszy niż czas stałego świecenia i ma zerowy wpływ na pobór prądu. No chyba, że planujesz robić eksperymenty z multipleksowaniem szybszym niż np.1MHz 🙂 

[k_ijada]

Gdzieś z tyłu głowy miałem ten spadek jasności (jak przy PWM'ie) i zapomniałem uwzględnić moc wydzielaną na stabilizatorze, która przy zasilaniu z 12V i poborze 50mA równa 0.35W dla stabilizatora w obudowie SO-8 może to być problematyczne. 

Najprościej będzie chyba wykorzystać małą przetwornicę impulsową.

[marek1707]

A z czego ją będziesz zasilał? Bo może jeszcze prościej przyczepić zasilacz/ładowarkę USB - tam 5V jest już gotowe. No i dlaczego termistor? Są dzisiaj dużo lepsze czujniki temperatury. I dużo wygodniejsze w stosowaniu. Czego temperaturę chcesz mierzyć? Jak daleko będzie do czujnika? Co chcesz zrobić z wynikami?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[k_ijada]

Planuje zasilać układ z zasilacza 12V, ale w sumie mam jakieś stare ładowarki i gniazda micro USB. Zasilacz 5V, też mniej miejsca zajmuje, wieć poważnie się nad tym zastanowię. 

Termistor, ponieważ nie mam nic innego, a chcę to zbudować w przeciągu najbliższych dwóch tygodni , a ze względu na okres przed świąteczny nie chcę dodatkowo obciążać paczkomatów i niczego zamawiać. Wiem, że są czujniki pokroju LM35 lub DHT11(temp. + wilgotność), ale nie zależy mi na wysokie dokładności pomiarowej. Myślałem nad zastosowaniem termopar typu K, ale nie mam elementów potrzebnych do układu kompensacji / filtracji. Chociaż można by było je podpiąć tylko przez wzmacniacz operacyjny. 

Ma to być termometr z możliwością podpięcia dwóch sond, jedną planuje wystawić za okno (przewody max. 20cm), żeby mierzyć temperaturę zewnętrzną, a druga ma być przy urządzeniu i mierzyć temperaturę wewnętrzną. A zmierzona temperatura ma być pokazywana na wyświetlaczu 7 segmentowym. 

Urządzenie nie ma większego sensu, bo prościej by było kupić dwa termometry "analogowe" jeden umieścić za oknem drugi w pomierzeniu i po problemie, ale chcę się nauczyć czegoś nowego i zbudować sobie taki prymitywny termometr elektroniczny. Atmegi 8 i laminat mam z szkoły za darmo, wyświetlacze mam z odzysku, rezystory, kondensatory i termistory to kwestię groszowe, więc nie kosztuję mnie to zbyt wiele. Muszę też zrobić do szkoły projekt z wykorzystaniem mikrokontrolera, nie musi być to rzeczywisty układ który wykonam, a tylko projekt więc wystarczyło by dać Atmege, tranzystor mosfet kilka rezystorów i jest sterownik oświetlenia, ale chcę się czego nowego nauczyć i zrobić coś co mi się przyda. 

 

Edytowano Grudzień 14, 2020 przez k_ijada

[marek1707]

27 minut temu, k_ijada napisał:

Muszę też zrobić do szkoły projekt z wykorzystaniem mikrokontrolera

No, taki powód to rozumiem, a nie tam jakieś "chcę się nauczyć" 😉 

Jeśli planujesz zrobić z termistora zwykły dzielnik to pamiętaj o dwóch rzeczach:

• prąd będzie grzał termistor
• będziesz mierzył napięcie ADC względem swojego VREF

Dobierz zatem mały prąd, ale na tyle duży by nie ucierpiała rozdzielczość pomiarów.

Skoro nie możesz zasilać dzielnika z VREF (wtedy układ jest ratiometryczny - nie wiem czy jest dobre polskie słowo) a nie możesz bo wewnętrzna referencja atmegi jest słabiutka i potrzebny jest bufor, to zrób odwrotnie: wybierz Vcc jako zasilanie i dzielnika i VREF przetwornika. Niestety wtedy mogą dać się we znaki lekkie wahania Vcc spwodowane asychronicznym (w stosunku do pomiarów) multipleksowaniem LEDów. Wyjściem byłoby wykroić z 4-taktowwego cyklu multipleksowania jakiś kawałek czasu (wystarczy 50us) "czystego" Vcc, kiedy to kończysz wyświetlać np. ostatnią cyfrę, ale nie zapalasz jeszcze pierwszej. To wymaga wachlowania timerem odmierzającym czas do następnego przerwania, ale daje efekt stabilnego Vcc a więc i odniesienia dla ADC. Spadek jasności będzie niezauważalny.

No i termistor wystawiony na zewnątrz koniecznie po przylutowaniu do kabelka wsadź do jakiegoś silikonu, kleju czy lakieru. Inaczej wilgoć (a ostatnio wilgotność jest spora) osadzająca się na jego obudowie będzie robić upływność, zmniejszać rezystancję i powodować zawyżanie pomiarów temperatury.

Jak masz zamiar to kalibrować? Woda z lodem i wrzątek plus coś pomiędzy, np. temperatura pokojowa? No i jak chcesz linearyzować termistor i dzielnik? Przybliżanie odcinkami prostych czy jakaś dopasowana krzywa? A może w zakresie -10+40 i dokładności 2 stopnie wystarczy zwykłe y=ax+b dofitowane regeresją liniową?