Адресна діодна стрічка WS2811 60led/m чорна підкладка

Мікросхема WS2811 компанії Worldsemi [1] є триканальним драйвером для керування світлодіодами стабілізованим струмом, водночас забезпечується 256 градацій яскравості кожним каналом (зазвичай це R червоний, G зелений, B синій, RGB). У цій статті представлений переклад даташита "WS2811 Signal line 256 Gray level 3 cchannel Constant current LED drive IC".

Яскравість світлодіодів, під'єднаних до WS2811, керується послідовним цифровим кодом, який формується мікроконтролером. Дані водночас передаються всього лише по 1 дроту. Цифровий сигнал керування проходить крізь мікросхему WS2811, так що кілька мікросхем WS2811 можуть бути об'єднані в довгий ланцюжок зі збереженням можливості керувати кожним світлодіодом у ланцюжку окремо.

[Особливості мікросхеми WS2811]

• Робоча напруга вихідної порту до 12V.
• Є вбудований регулятор напруги живлення VDD, тож можна живити мікросхему навіть від 24V, якщо послідовно приєднати гумку, що гасить напругу
• Може бути встановлено до 256 рівнів яскравості, і водночас частота сканування становить не менш ніж 400 Гц.
• Є вбудований вузол відновлення форми вхідного сигналу даних, що забезпечує брак накопичення спотворень на лінії сигналу.
• Є вбудований вузол скидання, який скидає мікросхему у разі увімкнення та відновлення живлення.
• Сигнал від однієї мікросхеми до іншої може бути переданий через один сигнальний дріт.
• Будь-які дві точки між приймачем і передавачем сигналу можуть бути одна від одної на відстані понад 10 м без потреби додаткових підсилювачів.
• За швидкості оновлення 30 fps (30 кадрів/сек) модель каскадування на низькій швидкості дає змогу з'єднати в ланцюжок не менш ніж 512 точок, на високій швидкості можна з'єднати не менш ніж 1024 точок.
• Дані передаються на швидкостях до 400 і 800 Kbps (килобіт/сек).

WS2811 можуть застосовуватися для створення декоративного освітлення за допомогою світлодіодів (LED), а також для відеоекранів або інформаційних табло як усередині приміщення, так і зовні.

[Загальний опис WS2811]

WS2811 має 3 вихідних канали спеціально для керування LED. У мікросхемі є вбудований передовий цифровий порт даних із можливістю посилення сигналу та відновлення його форми. Також у мікросхемі вбудовано точне внутрішнє генератор і програмоване джерело постійного вихідного струму, розраховане на робочу напругу до 12V. Для зниження пульсацій напруги живлення 3 вихідних канали розроблені з функцією затримки увімкнення (delay turn-on function).

Мікросхема використовує режим обміну даними NZR (Non-return-to-zero, код без возврата к нулю [2]). Після скидання під час подавання живлення (power-on reset), порт DIN приймає дані від зовнішнього контролера, водночас перша мікросхема збирає перші 24 біти даних, і потім передає їх у внутрішню клямку даних, водночас у інших даних відновлюється форма за допомогою вузла відновлення й посилення, і ці інші дані передаються наступним у ланцюжку мікросхемі через порт DOUT. Після проходження кожної мікросхеми кількість біт у загальному потоці зменшується щоразу на 24 біти. Технологія автоматичного відновлення передаваного сигналу даних влаштована так, що кількість каскадованих мікросхем обмежується тільки швидкістю передавання та необхідною частотою оновлення яскравості світлодіодів.

Дані, засунуті в мікросхемі (24 біти), визначають сквальність сигналу вихідних портів OUTR, OUTG, OUTB, що керують світлодіодами — застосовується PWM (ШІМ, широтно-імпульсна модуляція), так що від привабливості імпульсів вихідних портів залежить яскравість кожного каналу. Усі мікросхеми в ланцюжку синхронно відправляють прийняті дані на кожен сегмент, коли надійде сигнал скидання на вхідний порт DIN. Далі знову прийматимуться нові дані після завершення сигналу скидання. До надходження нового сигналу скидання керівні сигнали портів OUTR, OUTG, OUTB залишаються незмінними. Мікросхема передає наявні дані PWM на порти OUTR, OUTG, OUTB після приймання сигналу скидання низького рівня, ще впродовж 50 мкс.

Часто мікросхема WS2811 вбудовується прямо в корпус RGB-світлодіода (це рішення застосовують у популярних світлодіодних стрічках), такий світлодіод називається 5050 RGB LED.

Окремо мікросхема WS2811 постачається в корпусах SOP8 и DIP8.

У таблиці нижче показано призначення ніжок WS2811.

[Absolute Maximum Ratings (попередні експлуатаційні значення)]

Примітка: якщо напруження на виводах перевищять максимальне значення, то це може незворотно пошкодити мікросхему.

[Електричні характеристики]

T_A = -20 .. +70^oC, V_DD = 4.5 .. 5.5V, V_SS = 0V, якщо не зазначено щось інше.

[Динамічні характеристики]

T_A = -20 .. +70^oC, V_DD = 4.5 .. 5.5V, V_SS = 0V, якщо не зазначено щось інше.

[Інтервали часу для режиму низької швидкості (Low Speed mode)]

У цій таблиці показані інтервали часу, якимикодуються біти даних 0 і 1, і сигнал скидання.

Примітка: для режиму високої швидкості всі інтервали часу зменшуються удвічі, але час скидання (reset time) залишається незмінним.

Діагонах пояснюють принципи кодування та передавання даних.

Мікроконтролер посилає дані для мікросхем D1, D2, D3 і D4. Мікросхеми з'єднані в ланцюжок, і дані, які проходять через них (DIN -> DOUT), відновлюються та посилюються. Водночас від послідовності даних щоразу відрізається по 24 біти даних, які призначені саме цій мікросхемі після проходження масиву даних для всіх мікросхем треба сигнал скидання RES (импульс лог. 0 з тривалістю не менш ніж 50 мкс). Після цього прийнятий рівень яскравості (24 біти на мікросхемі) передається на виходи PWM OUTR, OUTG, OUTB. Ось так складена послідовність 24 біти, яка кодує рівні яскравості каналів OUTR, OUTG, OUTB мікросхеми (старший MSB біт йде першим):

[Стандартні схеми увімкнення]

Приклад 1 - напруга живлення 5V, 1 світлодіод RGB на мікросхемі.

У цьому прикладі кожен канал у світлодіоді RGB керується постійним струмом 18.5 мА, яскравість світлодіода водночас визначається зниженістю PWM (ШІМ). Завдяки стабілізації струму під час зниження напруги живлення світлодіоди зберігають свою яскравість і колірну температуру. Для того, щоб пульсації напруги живлення не впливали на роботу мікросхеми, рекомендується використовувати фільтрувальний ланцюжок, що складається з послідовного резистора номіналом на понад 100 Ом і блокувального конденсатора місткістю приблизно 0.1 мкФ. Для запобігання відбиттю сигналу та забезпечення можливості гарячого з'єднання в ланцюг сигналу має бути увімкнений послідовний резистор номіналом у 33 Ом.

Приклад 2 - напруга живлення 12V, 3 світлодіоди RGB на мікросхемі.

Як і в попередньому прикладі, світлодіоди керуються стабілізованим струмом 18.5 мА. R1 використовується для нормальної роботи внутрішнього стабілізатора напруги мікросхеми, його номінал має бути 2.7 кОм. Зазвичай на червоному світлодіоді завжди падає менше напруження за того ж струму, ніж на світлодіодах інших кольорів, і червоний светодиод светится ярче. Тому канал OUTR має мати додатковий резистор RR, опір якого можна розрахувати за формулою:

         12 - (3 * V_LEDR)
RR = ------------- кОм
          18.5