دیتاشیت نمایشگر LED ماتریکس نقطه‌ای 5x7 مدل LTP-1557KF - ارتفاع 1.2 اینچ - رنگ زرد-نارنجی - جریان راه‌اندازی 20mA - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1557KF یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که با پیکربندی ماتریکس نقطه‌ای 5x7 ساخته شده است. عملکرد اصلی آن نمایش کاراکترها، نمادها یا گرافیک‌های ساده از طریق روشن کردن انتخابی نقاط LED منفرد است. فناوری هسته‌ای از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور زرد-نارنجی استفاده می‌کند. این دستگاه با صفحه جلوی خاکستری و رنگ‌آمیزی نقاط سفید مشخص می‌شود که کنتراست را برای بهبود خوانایی افزایش می‌دهد. برای کارکرد کم‌مصرف طراحی شده و زاویه دید گسترده‌ای ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای مختلف نشانگر و نمایش اطلاعات که نیازمند خروجی کاراکتری تک‌رنگ و واضح هستند، مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این نمایشگر شامل قابلیت اطمینان حالت جامد، نیاز به توان کم و سازگاری با کدهای کاراکتری استاندارد مانند USASCII و EBCDIC است. طراحی تک‌صفحه‌ای و زاویه دید گسترده، دید خوبی را از مناظر مختلف تضمین می‌کند. همچنین بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان تطبیق روشنایی در کاربردهای چند واحدی را فراهم می‌کند و در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS ارائه می‌شود. بازارهای هدف اصلی شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، پایانه‌های فروش، نمایشگرهای اطلاعاتی پایه و سیستم‌های توکار است که در آن‌ها به یک نمایشگر کاراکتری ساده، قابل اطمینان و کم‌هزینه نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی پارامترهای الکتریکی و نوری مشخص شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد و اهمیت آن‌ها را برای مهندسان طراح توضیح می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد عادی نیستند.

• توان تلف شده در هر سگمنت:حداکثر 70 میلی‌وات. این مقدار اثر ترکیبی جریان مستقیم (I_F) و ولتاژ مستقیم (V_F) در هر نقطه LED منفرد را محدود می‌کند.
• جریان مستقیم پیک در هر سگمنت:حداکثر 60 میلی‌آمپر، اما فقط در شرایط پالسی (1 کیلوهرتز، چرخه وظیفه 10%). این امکان پالس‌های جریان بالاتر کوتاه را برای مالتی‌پلکس کردن یا دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته در هر سگمنت:حداکثر 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این پارامتر کلیدی برای کارکرد حالت پایدار و غیرپالسی است. ضریب کاهش 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد که حداکثر جریان پیوسته مجاز باید با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• ولتاژ معکوس در هر سگمنت:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند پیوند PN LED را خراب کند.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد. این محدودیت‌های محیطی برای کارکرد قابل اطمینان و ذخیره‌سازی غیرعملیاتی را تعریف می‌کند.
• شرایط لحیم‌کاری:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو بسیار مهم است تا از آسیب حرارتی به بسته‌بندی پلاستیکی و اتصالات داخلی جلوگیری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (در Ta=25°C)

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول و تضمین شده تحت شرایط آزمایش مشخص شده هستند.

• شدت نور متوسط (I_V):55 تا 170 میکروکاندلا (حداقل)، 99 تا 200 میکروکاندلا (معمول) در I_F=20mA. این محدوده گسترده نشان می‌دهد که دستگاه دسته‌بندی شده است. طراحان باید این تغییرات را در برنامه‌ریزی روشنایی سیستم در نظر بگیرند. شرایط آزمایش از 1mA به 20mA بازنگری شد تا مشخصات با جریان راه‌اندازی استانداردتر هماهنگ شود.
• طول موج تابش پیک (λ_p):611 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):17 نانومتر (معمول). این مقدار گسترش طیف تابش شده را اندازه‌گیری می‌کند؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده نور تک‌رنگ‌تر (رنگ خالص‌تر) است.
• طول موج غالب (λ_d):605 نانومتر (معمول). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را به عنوان زرد-نارنجی تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در هر نقطه (V_F):2.05 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20mA. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است. ولتاژ تغذیه درایور باید بالاتر از V_F باشد تا جریان به درستی تنظیم شود.
• جریان معکوس در هر نقطه (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R=5V. جریان معکوس کم مطلوب است.
• نسبت تطبیق شدت نور:حداکثر 2:1 برای ناحیه نوری مشابه. این بدان معناست که روشن‌ترین نقطه در یک آرایه نباید بیش از دو برابر کم‌نورترین نقطه باشد تا ظاهر یکنواخت تضمین شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این نشان می‌دهد که یک سیستم دسته‌بندی اعمال شده است، اگرچه کدهای دسته خاص در اینجا فهرست نشده‌اند.

• دسته‌بندی شدت نور:محدوده مشخص شده I_V (55-170 میکروکاندلا حداقل، 99-200 میکروکاندلا معمول) نشان می‌دهد که محصولات بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در 20mA به گروه‌هایی تقسیم می‌شوند. طراحانی که چندین واحد تهیه می‌کنند باید دسته را مشخص کنند یا از آن آگاه باشند تا روشنایی یکنواخت در یک نمایشگر چند رقمی تضمین شود.
• دسته‌بندی طول موج/رنگ:اگرچه به صراحت بیان نشده است، اما تولید معمولی LED شامل دسته‌بندی برای طول موج غالب (رنگ) برای اطمینان از یکنواختی بصری است. مشخصات دقیق λ_d (605nm) و λ_p (611nm) نشان‌دهنده یک فرآیند کنترل شده است.
• دسته‌بندی ولتاژ مستقیم:کمتر برای نمایشگرها برجسته می‌شود، اما محدوده V_F (2.05-2.6V) گسترش پارامتر الکتریکی را تعریف می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" در صفحه آخر اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر است:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. ولتاژ زانو حدود 2 ولت است که با فناوری AlInGaP سازگار است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I_V در مقابل I_F):نشان می‌دهد که خروجی نور تقریباً به صورت خطی با جریان تا یک نقطه افزایش می‌یابد و پس از آن بازده کاهش می‌یابد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط (I_V در مقابل T_a):کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد و اهمیت مدیریت حرارتی و کاهش جریان را برجسته می‌کند.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که یک پیک نزدیک 611nm و عرضی حدود 17nm در نصف شدت پیک را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی و نقشه

دستگاه دارای یک فوت‌پرینت استاندارد دو ردیفه (DIP) است. یادداشت‌های ابعادی کلیدی از دیتاشیت: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. یک یادداشت خاص تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر را ذکر می‌کند که برای قرارگیری سوراخ PCB و بازده لحیم‌کاری مهم است.

5.2 نمودار مدار داخلی و اتصال پایه‌ها

مدار داخلی یک ماتریکس استاندارد 5x7 است. ردیف‌ها (آندها) و ستون‌ها (کاتدها) مالتی‌پلکس شده‌اند. جدول پایه‌ها برای طراحی صحیح چیدمان PCB و مدار درایور ضروری است:

• پایه‌های 1، 2، 5، 7، 8، 9، 12، 14 به ردیف‌های آند (1، 2، 3، 4، 5، 6، 7) متصل می‌شوند.
• پایه‌های 3، 4، 6، 10، 11، 13 به ستون‌های کاتد (1، 2، 3، 4، 5) متصل می‌شوند.

توجه داشته باشید که برخی عملکردها در پایه‌های مختلف تکرار شده‌اند (مثلاً ردیف آند 4 روی پایه‌های 5 و 12، ستون کاتد 3 روی پایه‌های 4 و 11) که ممکن است انعطاف‌پذیری چیدمان را ارائه دهد. شماره‌گذاری پایه‌ها احتمالاً از یک جهت خاص نسبت به سمت مشاهده ماتریکس نقطه‌ای پیروی می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اولیه ارائه شده، حداکثر مقدار مطلق برای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن. این یک پروفایل استاندارد لحیم‌کاری موجی است. برای لحیم‌کاری ریفلو، باید از یک پروفایل استاندارد بدون سرب با حداکثر دمای پیک که از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند، استفاده شود. اجتناب از تنش حرارتی بیش از حد برای جلوگیری از ترک خوردن یا لایه‌لایه شدن بسته‌بندی بسیار مهم است. دستگاه‌ها باید تا زمان استفاده در کیسه رطوبت‌گیر اصلی نگهداری شوند، به ویژه اگر دارای رتبه‌بندی سطح حساسیت به رطوبت (MSL) نباشند، اگرچه دیتاشیت MSL را مشخص نکرده است.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیاز به یک خط از کاراکترهای الفبایی-عددی دارند ایده‌آل است: نمایشگرهای وضعیت تجهیزات صنعتی (مانند کدهای خطا، نقاط تنظیم)، لوازم خانگی، تجهیزات آزمایشی دستی پایه، ارتقاء سیستم‌های قدیمی و کیت‌های الکترونیکی آموزشی.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایور:نیاز به یک درایور مالتی‌پلکس (مانند یک IC نمایشگر اختصاصی یا میکروکنترلر با I/O کافی) دارد. هر آند ردیف به صورت متوالی راه‌اندازی می‌شود در حالی که داده به کاتدهای ستون اعمال می‌شود.
• محدودکننده جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط ستون (کاتد) برای تنظیم I_F به یک مقدار ایمن، معمولاً 20mA یا کمتر بسته به روشنایی و نیازهای توان، اجباری هستند. مقدار مقاومت R = (V_supply - V_F) / I_F.
• منبع تغذیه:باید ولتاژی بالاتر از حداکثر V_F (2.6V) به اضافه ولتاژ افت هر ترانزیستور درایور ارائه دهد. منبع تغذیه 5V رایج است.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما موقعیت نصب نسبت به کاربر را در نظر بگیرید.
• یکنواختی روشنایی:اگر یکنواختی در چندین واحد حیاتی است، دسته شدت نور را مشخص کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با ماتریس‌های LED قدیمی GaAsP یا GaP، فناوری AlInGaP در LTP-1557KF بازده بالاتر و خلوص رنگ بهتر (زرد-نارنجی اشباع‌تر) ارائه می‌دهد. در مقایسه با ماتریس‌های SMD با تابش جانبی یا چگالی بالا معاصر، این یک دستگاه DIP سنتی و از طریق سوراخ است که نمونه‌سازی و تعمیر آسان را ارائه می‌دهد. تمایز اصلی آن ارتفاع کاراکتر خاص 1.2 اینچی، فرمت 5x7 و رنگ زرد-نارنجی است که ممکن است برای سازگاری با سیستم‌های قدیمی، نیازهای دید خاص (زرد/نارنجی می‌تواند متمایز باشد) یا مقرون‌به‌صرفه بودن برای کاربردهای ساده که قابلیت تمام رنگی یا گرافیکی لازم نیست، انتخاب شود.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت روی هر نقطه راه‌اندازی کنم؟

ج: از نظر فنی بله، اما به 35 منبع جریان مستقل (5x7) نیاز دارد. این بسیار ناکارآمد است. مالتی‌پلکس کردن (اسکن) روش استاندارد و مورد نظر است که به طور چشمگیری پایه‌های درایور مورد نیاز و اتلاف توان در IC درایور را کاهش می‌دهد.

س: چرا جریان مستقیم پیک (60mA) بسیار بالاتر از جریان پیوسته (25mA) است؟

ج: این امکان مالتی‌پلکس تقسیم زمانی را فراهم می‌کند. یک نقطه فقط برای کسری از چرخه اسکن روشن است (مثلاً 1/7 برای اسکن 7 ردیف). شما می‌توانید یک جریان بالاتر را در زمان کوتاه \"روشن\" آن پالس دهید تا روشنایی متوسط درک شده بالاتری بدون تجاوز از محدودیت‌های توان متوسط (حرارتی) تراشه LED به دست آید.

س: شدت نور محدوده بسیار گسترده‌ای دارد (55-200 میکروکاندلا). چگونه می‌توانم روشنایی یکنواخت را در محصول خود تضمین کنم؟

ج: شما باید یا: 1) دستگاه‌ها را از یک دسته تولیدی واحد یا دسته شدت نور مشخص شده خریداری کنید، 2) کالیبراسیون یا تنظیم روشنایی نرم‌افزاری را در درایور خود پیاده‌سازی کنید، یا 3) از تنظیم جریان سخت‌افزاری برای هر واحد استفاده کنید (برای حجم زیاد عملی نیست). در مورد در دسترس بودن کد دسته با توزیع‌کننده یا سازنده بحث کنید.

س: آیا هیت‌سینک مورد نیاز است؟

ج: برای کارکرد عادی در 20mA یا کمتر برای هر نقطه و در محدوده دمای محیط، معمولاً برای خود نمایشگر هیت‌سینک مورد نیاز نیست. با این حال، چیدمان صحیح PCB برای اتلاف حرارت از اجزای درایور مهم است. اگر در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنید، به منحنی کاهش جریان پایبند باشید.

10. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مطالعه موردی 1: رابط ساده میکروکنترلر.یک میکروکنترلر 8 بیتی پایه می‌تواند این نمایشگر را مستقیماً راه‌اندازی کند اگر حداقل 12 پایه I/O (7 برای ردیف‌ها، 5 برای ستون‌ها) داشته باشد. ردیف‌ها از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به پایه‌های میکروکنترلر که به عنوان خروجی‌های تأمین کننده جریان (آندها) پیکربندی شده‌اند، متصل می‌شوند. ستون‌ها به پایه‌هایی که به عنوان خروجی‌های درین باز یا فعال-کم (کاتدها) پیکربندی شده‌اند، متصل می‌شوند. فریم‌ور یک وقفه تایمر را برای اسکن ردیف‌ها پیاده‌سازی می‌کند، در هر بار یک ردیف را بالا می‌کشد در حالی که الگوهای ستون برای آن ردیف را از یک جدول فونت ذخیره شده در ROM تنظیم می‌کند.

مطالعه موردی 2: استفاده از یک IC درایور نمایشگر اختصاصی.برای سیستم‌هایی با پایه‌های میکروکنترلر محدود یا برای تخلیه پردازش، می‌توان از یک IC درایور مانند MAX7219 یا HT16K33 استفاده کرد. این ICها تمام مالتی‌پلکس کردن، رمزگشایی و کنترل روشنایی را از طریق یک رابط سریال ساده (SPI یا I2C) مدیریت می‌کنند و فقط به 2-4 پایه از کنترلر میزبان نیاز دارند. آن‌ها همچنین اغلب شامل ویژگی‌هایی مانند چشمک زدن رقم و آبشار چند رقمی هستند که با ویژگی \"قابل انباشت افقی\" این نمایشگر همسو است.

11. معرفی اصل کارکرد

LTP-1557KF آرایه‌ای از 35 تراشه LED AlInGaP مستقل است که در یک شبکه 5 ستونی و 7 ردیفی چیده شده‌اند و پشت یک ماسک خاکستری با 35 روزنه (نقطه) نصب شده‌اند. آند هر LED به یک خط ردیف مشترک و کاتد آن به یک خط ستون مشترک متصل است. برای روشن کردن یک نقطه خاص، خط ردیف مربوطه آن به یک ولتاژ مثبت (از طریق یک محدودکننده جریان) راه‌اندازی می‌شود و خط ستون آن به یک ولتاژ پایین‌تر (زمین) متصل می‌شود. این آرایش ماتریکس پایه‌های اتصال مورد نیاز را از 35 (یکی برای هر نقطه) به 12 (7 ردیف + 5 ستون) کاهش می‌دهد. نمایش یک کاراکتر شامل اسکن سریع ردیف‌ها (1-7) و برای هر ردیف، روشن کردن LEDهای ستون مناسب (1-5) است که بخشی از شکل کاراکتر مورد نظر را تشکیل می‌دهند. این مالتی‌پلکس کردن سریع‌تر از آنچه چشم انسان می‌تواند درک کند اتفاق می‌افتد و یک تصویر کاراکتری کامل و پایدار ایجاد می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهایی مانند LTP-1557KF نمایانگر یک فناوری بالغ و تثبیت شده هستند. روندهای فعلی در نمایشگرهای نشانگر و الفبایی-عددی به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار، ماژول‌های چند رقمی با چگالی بالاتر و ادغام کنترلرها مستقیماً روی PCB نمایشگر (نمایشگرهای \"هوشمند\") در حرکت است. علاوه بر این، ماتریس‌های LED تمام رنگی RGB و نمایشگرهای OLED برای کاربردهایی که نیاز به رنگ یا کنتراست برتر دارند، رقابتی‌تر می‌شوند. با این حال، LEDهای ماتریکس نقطه‌ای تک‌رنگ ساده مانند این یکی به دلیل قابلیت اطمینان فوق‌العاده، سادگی، هزینه کم، روشنایی بالا، محدوده دمای کارکرد گسترده و طول عمر بالا - ویژگی‌هایی که در کاربردهای صنعتی، خودرو و فضای باز حیاتی هستند - همچنان بسیار مرتبط باقی می‌مانند. تغییر به AlInGaP از مواد قدیمی، همانطور که در این دستگاه مشاهده می‌شود، گامی کلیدی در بهبود بازده و عملکرد رنگ در این فرم فاکتور کلاسیک بود.