Panel Led

INTRODUCCIÓN

En este proyecto se explicara como diseñar y construir una matriz de diodos LED

de 8x40, que servirá de pantalla para exhibir textos o imágenes, fijas o animadas.

Los usos son varios, desde un sofisticado adorno como adorno de dormitorio

hasta su empleo como medio para exhibir mensajes o publicidad. Por supuesto,

sus dimensiones pueden resultar insuficientes para algunos usos, pero es

fácilmente expandible.

Un cartel formado por varias filas y columnas de LED, convenientemente

programado, puede servir para pasar mensajes publicitarios, decorar una

habitación, ordenador, etc. No solo se trata de un proyecto más que interesante

para llevarlo a cabo como electrónico, sino que puede resultar interesante como

un producto comercializable. Es que estas matrices, que en algunos países se las

conoce como “cartel de LED” o “Publik”, son un recurso muy frecuentemente

utilizado con fines publicitarios o informativos.

OBJETIVOS

El presente proyecto tiene los siguientes objetivos:

• Explicar el funcionamiento de una matriz de LED de 8x8.

• Diseñar, dependiendo de la necesidad del tamaño, una matriz de LED.

• Condiciones de diseño para el uso de una matriz de LED.

• Mostrar el funcionamiento del registro 74LS164.

• Conectar un registro de desplazamiento en serie cuando se requiere

ampliar la cantidad de datos de salida en paralelo.

• Explicar la multiplexación en el tiempo.

• Explicar de forma básica la estructura del pic18f4550.

• Explicar de forma básica como programar un microcontrolador.

• Mostrar el lenguaje de programación C.

• Condiciones de diseño para el uso de un microcontrolador.

• Solucionar una de las limitaciones que tienen los microcontroladores.

Lista de implementos

1. 5 protoboard

2. 5 matrices led de 8x8

3. 5 integrados 74LS2164N

4. Resistencias 220

5. Capacitores

6. Cristal de cuarzo de 20MH

7. Cables para protoboard

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

En el presente proyecto se utilizó un microcontrolador (desde ahora PIC) de la

empresa Microchip, el pic18f4550 que cuenta con un total de 40 pines dedica 33 a estos menesteres. Habitualmente, con un número así de pines de control es posible resolver correctamente casi cualquier situación que se requiera, ya que normalmente el diseño de un circuito de control basta con

leer unos pocos pulsadores y/o sensores y luego de realizar internamente algún

proceso con esas señales, se actúan (o no) sobre unas pocas cargas conectadas

a sus salidas, generalmente mediante relés o interfaces de algún tipo.

Sin embargo, hay casos concretos en que ningún PIC (o microcontroladores de

otras familias) puede aportar el numero suficiente de E/S que permitan controlar

todas las cargas conectadas a el, si este es el caso se deben recurrir a circuitos de

apoyo comandados mediante señales de control y utilizando un bus de datos. Uno

de esos casos es el que se ocupa en este proyecto.

En lo que respecta a las E/S de cada PIC, al igual que cualquier computadora,

dispone de un número finito de ellas, y en general, se trata de un número no

demasiado elevado. Esta claro que si queremos formar una imagen mediante

pixeles compuestos por LEDs individuales, harán falta un número de líneas de

control mucho mayor que las disponibles en cualquier PIC.

El proyecto consiste en la implementación de un prototipo de pantalla de LEDs

comunes en centros comerciales o locales de servicios, en los que un texto realiza

un scroll de derecha a izquierda, a una velocidad que permite la ilusión de un

movimiento suave y continuo. Estas matrices de LEDs generalmente están

conformadas por un cierto número de filas y columnas.

Para permitir un texto legible, que represente claramente los caracteres

correspondientes a las letras mayúsculas y minúsculas hacen falta unas 8 filas de

alto y si requiere que la pantalla muestre unos 3 caracteres simultáneamente, se

necesita unas 40 columnas.

Si se multiplica el número de filas por las columnas, se obtiene el número de LEDs

que hay presente en la pantalla de este proyecto, con los valores mencionados se

requiere controlar 96 LED.

Si se limita el diseño del circuito a métodos tradicionales para encender o apagar

cada LED de la pantalla, es decir, conectando cada uno de ellos a un pin de salida

del PIC y encenderlos mediante 0 o 1 bit de salida en cada puerto, hace falta un

PIC de al menos 96 pines, algo que se debe descartar porque no existe.

Una solución posible es utilizar varios PIC conectados entre si, de manera que

cada uno maneje por ejemplo dos o tres columnas y mediante algún protocolo se

envíen mensajes entre ellos para mostrar la parte del texto que le corresponde,

esta alternativa tiene mas posibilidades de éxito, pero cuenta con el problema de

una programación compleja y un costo elevado, ya que se necesitan unos 3 PIC

por carácter, lo que económicamente no es viable.

La respuesta a este problema viene de la mano con la multiplexación, el empleo

de buses y la utilización de registros de desplazamiento como circuito de apoyo

que transformen datos enviados de forma serial a una representación en paralelo.

MULTIPLEXACIÓN

El termino “multiplexar” hace referencia a una técnica que permite aprovechar

unas pocas líneas de datos para diferentes tareas, cambiando la función que

cumplen a lo largo del tiempo. Un ejemplo podría ser un sistema de control de

temperaturas de varios ambientes. Dado que la velocidad no es crucial, ya que en

términos de milisegundos (o microsegundos) la temperatura casi no varía debido a

la inercia térmica, se puede utilizar un único circuito que lea alternativamente cada

sensor de temperatura. Esto evita la duplicación de circuitos y permite resolver el

problema con una fracción de los recursos (pines de E/S) disponibles.

REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO

Un registro de desplazamiento es una configuración circuital muy utilizada,

generalmente para convertir un flujo de datos en forma serial a uno del tipo

paralelo, motivo por el cual a menudo los chips encargados de esta tarea son

llamados “conversores serie-paralelo”.

Por supuesto, es posible construir un registro de este tipo a partir de componentes

discretos, aunque en la práctica resulta no solo inapropiado por cuestiones de

tamaño y velocidad, sino también económicas, ya que un chip como el utilizado en

este proyecto rara vez superan el valor de S/5.00.

La manera de entender conceptos nuevos es apoyándose en analogías con temas

que sean familiares y es lo que se hará en este caso, se utilizará como ejemplo el

funcionamiento de una cola, como la de un banco.

Se supone que dos tipos de personas pueden formar parte de una cola. Estos dos

tipos de personas son las que se ven en la figura siguiente, y es imposible

confundir una con otra. Las llamaremos "0" (el "gordito) y "1" (al mas flaco).

"0" y "1", los personajes.

La cola que se usará como ejemplo tiene 8 lugares, que se enumeran del 0 al 7,

pero nada impide trabajar con colas mas largas, por lo que todo lo que se vea aquí

se puede generalizar para colas de cualquier longitud.

La cola utilizada como ejemplo tiene 8 posiciones.

Otra particularidad de la hipotética cola es que nunca puede estar vacía. Todas

sus posiciones tienen que estar ocupadas, ya sea por “gorditos” o “flacos”. En el

estado inicial, la cola se encuentra completamente llena de “gorditos”, como se ve

a continuación:

El estado inicial de la cola es este: completa de "gorditos".

La cola funciona como cualquier cola de la vida real: cuando alguien nuevo llega a

la fila, se coloca en el lugar que se encuentra mas atrás, que en este caso

corresponde a la “posición 0”.

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