دیتاشیت نمایشگر LED ماتریکس نقطه‌ای 5x7 مدل LTP-2557KS - ارتفاع 2 اینچ - زرد AlInGaP - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-2557KS یک ماژول نمایشگر تک کاراکتری آلفانومریک است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی کاراکتر واضح و خوانا هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری کاراکترهای کدگذاری شده ASCII و EBCDIC از طریق یک شبکه از دیودهای نورافشان (LED) قابل آدرس‌دهی جداگانه است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این دستگاه چندین مزیت کلیدی برای طراحان سیستم ارائه می‌دهد. مزیت اصلی آننیاز به توان پاییناست که آن را برای کاربردهای باتری‌خور یا حساس به مصرف انرژی مناسب می‌سازد.قابلیت اطمینان حالت جامدفناوری LED، عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را در مقایسه با نمایشگرهای رشته‌ای تضمین می‌کند.زاویه دید گستردهوساختار تک‌صفحه‌ایدید یکنواخت از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌کنند. این نمایشگربه صورت افقی قابل انباشتاست و امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری را فراهم می‌کند. در نهایت،بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHSآن را برای تولید الکترونیک مدرن با در نظر گرفتن مقررات زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. بازار هدف شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات آزمایشی، پایانه‌های فروش و سایر سیستم‌های توکار است که به نمایشگر کاراکتری بادوام و کم‌مصرف نیاز دارند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی عملکرد دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

نمایشگر ازماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP)برای چیپ‌های LED زرد خود استفاده می‌کند. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ خوب در طیف کهربایی/زرد/قرمز شناخته شده است.طول موج تابش اوج معمول (λp)588 نانومتر است، باطول موج غالب (λd)587 نانومتر که آن را به طور قطع در ناحیه زرد قرار می‌دهد.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)15 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نسبتاً باریک است و به خلوص رنگ کمک می‌کند.

پارامتر کلیدی روشناییشدت نور متوسط (Iv)است. تحت شرایط آزمایش مشخص‌شده با جریان اوج 32 میلی‌آمپر و چرخه کاری 1/16، شدت از حداقل 800 میکروکاندلا تا حداکثر 3600 میکروکاندلا متغیر است و یک مقدار معمولی ارائه شده است. دیتاشیت همچنیننسبت تطابق شدت نورحداکثر 2:1 را برای نقاط درون یک ناحیه نوری مشابه مشخص می‌کند که معیاری برای یکنواختی روشنایی در سراسر ماتریکس نمایشگر است.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی دستگاه را تعریف می‌کنند.حداکثر مقادیر مطلقمرزهای عملیات ایمن را تعیین می‌کنند:70 میلی‌وات اتلاف توان متوسط برای هر نقطه, 60 میلی‌آمپر جریان مستقیم اوج برای هر نقطهوجریان مستقیم متوسط برای هر نقطه 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، که با افزایش دما به صورت خطی 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. حداکثرولتاژ معکوس برای هر نقطه 5 ولت است..

تحت شرایط عملیاتی معمول،ولتاژ مستقیم (Vf)برای هر نقطه LED منفرد از 2.05 ولت تا 2.6 ولت در هنگام راه‌اندازی با جریان 20 میلی‌آمپر متغیر است.جریان معکوس (Ir)حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که 5 ولت به صورت بایاس معکوس اعمال می‌شود، مشخص شده است. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی گسترده است، از35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد.

2.3 ویژگی‌های حرارتی و لحیم‌کاری

منحنی کاهش جریان مستقیم متوسط یک پارامتر حرارتی حیاتی است که نشان می‌دهد حداکثر جریان مجاز پیوسته با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. برای مونتاژ، دیتاشیت شرایط لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: دستگاه می‌تواند در معرض260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیهقرار گیرد، که در نقطه‌ای 1.59 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن بسته اندازه‌گیری شده است. این یک راهنمای استاندارد برای پروفیل لحیم‌کاری بازجریانی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌هابر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند. این به معنای فرآیند دسته‌بندی است که در آن واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده (Iv) تحت شرایط آزمایش استاندارد مرتب و برچسب‌گذاری می‌شوند. طراحان می‌توانند دسته‌ها را انتخاب کنند تا از یکنواختی روشنایی در چندین نمایشگر در یک سیستم اطمینان حاصل کنند یا نیازهای روشنایی خاص یک کاربرد را برآورده سازند. محدوده شدت ارائه شده (800-3600 میکروکاندلا) دسته‌های ممکن موجود را تعریف می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند، نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند. به طور معمول، چنین منحنی‌هایی برای یک نمایشگر LED شامل موارد زیر می‌شود:

• منحنی جریان مستقیم (If) در مقابل ولتاژ مستقیم (Vf):رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• منحنی شدت نور (Iv) در مقابل جریان مستقیم (If):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، تا حداکثر مقدار مجاز.
• منحنی شدت نور (Iv) در مقابل دمای محیط (Ta):کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که برای مدیریت حرارتی مهم است.
• منحنی توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی را در برابر طول موج رسم می‌کند، اوج در حدود 588 نانومتر و نیم‌عرض 15 نانومتر را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای پیش‌بینی عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد و برای طراحی مدار قوی ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LTP-2557KS یک بسته‌بندی از نوع سوراخ‌دار است.ارتفاع ماتریکس 2 اینچ (50.8 میلی‌متر)است. بسته‌بندی دارایروی خاکستریورنگ نقطه سفیدبرای کنتراست بهینه هنگامی که LEDها خاموش هستند، می‌باشد. نقشه ابعادی دقیق یک بسته‌بندی دو ردیفه 14 پایه را نشان می‌دهد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر مشخص شده است که برای طراحی جایگذاری سوراخ PCB مهم است.

6. اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه از یکآرایه 5x7 با انتخاب X-Yاستفاده می‌کند. نمودار مدار داخلی و جدول اتصال پایه‌ها یک طراحی مالتی‌پلکس را نشان می‌دهد. پایه‌ها به ردیف‌های آند خاص (1-7) و ستون‌های کاتد خاص (1-5) اختصاص داده شده‌اند. این مالتی‌پلکسینگ تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 35 (برای کنترل جداگانه) به 12 (7 ردیف + 5 ستون) کاهش می‌دهد و مدار رابط را ساده می‌سازد. ترتیب پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1: آند ردیف 5، پایه 2: آند ردیف 7، پایه 3: کاتد ستون 2، پایه 4: کاتد ستون 3، پایه 5: آند ردیف 4، پایه 6: کاتد ستون 5، پایه 7: آند ردیف 6، پایه 8: آند ردیف 3، پایه 9: آند ردیف 1، پایه 10: کاتد ستون 4، پایه 11: کاتد ستون 3 (توجه: ستون 3 دو بار ظاهر شده است، احتمالاً یک اشتباه تایپی در دیتاشیت است؛ یکی باید ستون 1 یا ستون دیگری باشد)، پایه 12: آند ردیف 4 (تکراری پایه 5، احتمالاً اشتباه تایپی)، پایه 13: کاتد ستون 1، پایه 14: آند ردیف 2. تفسیر صحیح این جدول برای چیدمان PCB و نرم‌افزار درایور بسیار مهم است.

7. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مطابق با حداکثر مقادیر مطلق، شرایط لحیم‌کاری توصیه شده260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیهاست، که در نقطه‌ای 1.59 میلی‌متر زیر بدنه بسته اندازه‌گیری می‌شود. این با پروفیل‌های معمول لحیم‌کاری بازجریانی بدون سرب همسو است. باید مراقبت شود تا از تجاوز از این دما یا زمان جلوگیری شود تا از آسیب به چیپ‌های LED یا بسته پلاستیکی جلوگیری گردد. در طول جابجایی، باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) برای دستگاه‌های نیمه‌هادی رعایت شود. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمای مشخص شده 35- تا 105+ درجه سانتی‌گراد در محیطی با رطوبت کم انجام شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• پنل‌های کنترل صنعتی:نمایش نقاط تنظیم، کدهای وضعیت یا پیام‌های خطا.
• تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری:نمایش قرائت‌های عددی یا شناسه‌های کانال.
• نمونه‌سازی سیستم‌های توکار:به عنوان یک خروجی ساده برای میکروکنترلرها.
• ارتقاء سیستم‌های قدیمی:جایگزینی نمایشگرهای رشته‌ای قدیمی یا فلورسنت خلاء.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایور:نیازمند یک مدار درایور مالتی‌پلکس (مانند استفاده از آرایه‌های ترانزیستور یا ICهای درایور LED اختصاصی) است که قادر به تأمین/تحمل جریان‌های اوج (تا 60 میلی‌آمپر برای هر نقطه، اما معمولاً برای مالتی‌پلکسینگ با جریان پایین‌تری راه‌اندازی می‌شود) باشد.
• محدودیت جریان:مقاومت‌های خارجی برای تنظیم جریان مستقیم برای هر ستون یا ردیف ضروری هستند، که بر اساس ولتاژ تغذیه و ولتاژ مستقیم LED محاسبه می‌شوند.
• نرخ تازه‌سازی:طرح مالتی‌پلکسینگ نیازمند نرخ اسکن به اندازه کافی بالا (معمولاً >100 هرتز) برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده است.
• منبع تغذیه:باید قادر به تحمل تقاضای جریان اوج در طول مالتی‌پلکسینگ باشد.
• نرم‌افزار:نیازمند یک نقشه فونت کاراکتر (پیکسل 5x7) ذخیره شده در حافظه و یک روال برای فعال کردن متوالی ردیف‌ها و ستون‌های صحیح برای تشکیل کاراکترها است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با نمایشگرهای ماتریکس نقطه‌ای 5x7 معاصر با استفاده از فناوری‌های مختلف، LED زرد AlInGaP مزایای متمایزی ارائه می‌دهد. در مقابلLEDهای قرمز GaAsP قدیمی، AlInGaP بازدهی بالاتر و خروجی روشن‌تری ارائه می‌دهد. در مقایسه باLEDهای استاندارد سبز یا آبی GaN، رنگ زرد دید عالی در شرایط مختلف نور محیطی ارائه می‌دهد و اغلب برای نشانگرهای احتیاط یا وضعیت انتخاب می‌شود. بسته‌بندی سوراخ‌دار آن را از جایگزین‌های نصب سطحی متمایز می‌کند و آن را برای نمونه‌سازی، پروژه‌های آماتوری یا کاربردهایی که مونتاژ سوراخ‌دار برای استحکام مکانیکی ترجیح داده می‌شود، مناسب می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: منظور از "چرخه کاری 1/16" در شرایط آزمایش شدت نور چیست؟

ج: به این معنی است که هر نقطه LED تنها برای 1/16 از کل زمان چرخه اندازه‌گیری روشن می‌شود. این نماینده یک طرح راه‌اندازی مالتی‌پلکس است که در آن تنها یک ردیف در هر زمان در یک سیستم 16 ردیفی (یا تقسیم زمانی یک ماتریکس 5x7) فعال است. شدت مشخص شده یک مقدار "متوسط" در طول کل چرخه است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت و بدون مالتی‌پلکسینگ راه‌اندازی کنم؟

ج: از نظر فنی بله، اما بسیار ناکارآمد است و استفاده مورد نظر نیست. راه‌اندازی تمام 35 نقطه به طور پیوسته با جریان 20 میلی‌آمپر نیازمند جریان کل 700 میلی‌آمپر است که از محدودیت‌های عملی فراتر رفته و گرمای قابل توجهی ایجاد می‌کند. مالتی‌پلکسینگ روش استاندارد و کارآمد است.

س: جدول اتصال پایه‌ها دارای موارد تکراری (ستون 3، ردیف 4) است. آیا این یک خطا است؟

ج: به احتمال زیاد، این یک اشتباه تایپی در این نسخه از دیتاشیت است. در یک ماتریکس استاندارد 5x7، باید 7 پایه ردیف آند منحصر به فرد و 5 پایه ستون کاتد منحصر به فرد وجود داشته باشد، در مجموع 12 پایه سیگنال منحصر به فرد به علاوه احتمالاً پایه‌های تغذیه مشترک. نمودار فیزیکی ترتیب پایه‌ها منبع معتبر است. همیشه با نقشه بسته‌بندی تأیید کنید.

11. مثال طراحی و مورد استفاده

مورد: نمایشگر تک رقمی مبتنی بر میکروکنترلر.یک طراح از میکروکنترلر آردوینو برای نمایش اعداد 0-9 استفاده می‌کند. 7 ردیف آند از طریق 7 مقاومت محدودکننده جریان (یکی برای هر ردیف) به میکروکنترلر متصل می‌شوند. 5 ستون کاتد به 5 ترانزیستور NPN (یا یک IC آرایه ترانزیستور مانند ULN2003) متصل می‌شوند که بیس‌های آن‌ها توسط پایه‌های میکروکنترلر راه‌اندازی می‌شوند. نرم‌افزار یک حلقه اجرا می‌کند که: 1) یک پایه ردیف آند را HIGH تنظیم می‌کند (مثلاً ردیف 1)، 2) 5 پایه ستون کاتد مربوطه را بر اساس پیکسل‌های مورد نیاز برای آن ردیف از کاراکتر مورد نظر، LOW/HIGH تنظیم می‌کند، 3) مدت کوتاهی منتظر می‌ماند (مثلاً 2 میلی‌ثانیه)، 4) ردیف 1 را خاموش می‌کند و 5) به ردیف 2 می‌رود و فرآیند را تکرار می‌کند. این کار به سرعت از میان تمام 7 ردیف اسکن می‌کند و یک تصویر پایدار ایجاد می‌کند. جریان برای هر LED روشن شده توسط ولتاژ تغذیه (مثلاً 5 ولت)، ولتاژ مستقیم LED (~2.3 ولت) و مقدار مقاومت سری تعیین می‌شود: R = (5V - 2.3V) / 0.020A = 135 اهم (استفاده از 150 اهم استاندارد).

12. اصل عملکرد

LTP-2557KS بر اساس اصل ماتریکس LED مالتی‌پلکس عمل می‌کند. 35 نقطه LED منفرد در یک شبکه از 7 ردیف افقی (آندها) و 5 ستون عمودی (کاتدها) چیده شده‌اند. یک LED در تقاطع یک ردیف و ستون تنها زمانی روشن می‌شود که آن ردیف خاص به یک ولتاژ مثبت (آند بالا) تنظیم شده و آن ستون خاص به زمین (کاتد پایین) متصل شده باشد. با فعال کردن متوالی یک ردیف در هر زمان و تنظیم ستون‌های مناسب برای آن ردیف، و انجام این کار به اندازه کافی سریع (معمولاً >60 هرتز)، چشم انسان به دلیل ماندگاری دید، یک کاراکتر پایدار و کاملاً شکل‌گرفته را درک می‌کند. این روش تعداد خطوط کنترل مورد نیاز را به شدت از 35 به 12 کاهش می‌دهد.

13. روندها و زمینه فناوری

در حالی که نمایشگرهای LED سوراخ‌دار ماتریکس نقطه‌ای 5x7 گسسته مانند LTP-2557KS نمایانگر یک فناوری بالغ هستند، هنوز در حوزه‌های خاصی که نیازمند قابلیت اطمینان بالا، زوایای دید گسترده و سادگی هستند، مرتبط می‌باشند. روند کلی فناوری نمایشگر به سمت ماژول‌های یکپارچه با کنترلر داخلی (مانند LCDهای مبتنی بر HD44780)، نمایشگرهای گرافیکی با چگالی بالاتر (OLED، TFT LCD) و دستگاه‌های نصب سطحی برای کوچک‌سازی حرکت کرده است. با این حال، مزیت اساسی LEDها - روشنایی، طول عمر و استحکام آن‌ها - استفاده مداوم را در کاربردهای صنعتی، فضای باز و با دید بالا تضمین می‌کند که در آن‌ها سایر فناوری‌ها ممکن است شکست بخورند. تغییر به AlInGaP از مواد قدیمی‌تر مانند GaAsP، بهبود مستمر در بازدهی و عملکرد LED را حتی در این دسته محصول تثبیت‌شده منعکس می‌کند.