Для вас, самоделкины! 3 красивых LED-дисплея для вашего DIY

Небольшой артикль на тему, как я на таобао покупал, определял пинаут и программно подключался к 3м довольно интересным дисплеям. Делюсь опытом, ссылками и даже небольшие рекомендаций по коду будут.

Самоделкины были, есть, и (надеюсь) будут всегда. Самым первым самоделкиным, видимо, надо признать Адама. Правда, руками он вряд-ли что-то делал, но тем, чем делал, обеспечил всем нам интересную жизнь на многие века. Конечно-же, со времён Адама, прошло немало времени, и всё это время человечество постоянно повышало свои знания в этой дисциплине – более-менее разобравшись в создании себе подобных, люди стали делать «офлайновые» копии -  глиняных человечков, зверьков, потом появились простейшие механизмы, которые постепенно заменились на электронные, ну а сейчас быстрым темпом идёт смычка города с деревней – электроники и биологии, так что и вполне «живые» андроиды  и биороботы не за горами.

Так как всё-таки, Ихбт (пока) – технический ресурс, то под самоделками далее по тексту буду подразумевать электронные и околоэлектронные устройства. Обсуждение домашних тортов, резинотехнических изделии и детей – на других, профильных сайтах, пожалуйста.

Итак, начнём. Что отличает качественную самоделку от промышленного устройства? В первую очередь – это тираж, в большинстве случаев, самоделки делаются чисто «под себя» и в единственном экземпляре. Всё это накладывает свой отпечаток как на выбор материалов, так и на внешний вид – так как всё делается «под себя», то можно использовать и редкие материалы для корпуса, и индикатор какой-не будь хитрый поставить – делаем же первый и последний экземпляр – почему бы не извернутся и сделать что-то действительно крутое? Вот об необычных дисплеях сегодня мы и поговорим.

Визуальный обмен информацией у человека присутствует изначально, и развит этот метод очень хорошо – начало человечество с примитивных наскальных рисунков, плавно развивалось, и пройдя через рококо с барокко, мимолетно проскочив и этап из 3х букв на стене сарая, таки дошло до голограмм, 3д проекторов и других радостей виртуальной жизни. Про голограммы как не будь в другой раз, а сегодня поговорим об символьно-мнемонических LED индикаторах, как наиболее дешевых, надёжных, обладающих хорошим ресурсом и приличной яркостью.

Современные самоделкины живут просто в счастливом времени – сейчас им доступно практически всё, и под любой бюджет. А вот в мое время (конец 70х — начало 80х), когда я всем этим только начинал заниматься, всё было просто ужасным дефицитом – расскажу немного на примере тех же дисплеев:

В моем детстве, когда мы занимались самоделками, «дисплеем» и «интерфейсом» взаимодействия с пользователем (если такое вообще подразумевалось), в 99% случаев, являлись обычные лампочки накаливания от фонарей и радиоприёмников. Некоторые красили колбу красной (или синей) краской из шариковой авторучки- про цапон-лак слышали все, но в глаза его видели ну очень немногие. Более старшие и опытные товарищи применяли неоновые индикаторы типа СМН (Обычно, выдирались из бабушкиной электроплитки), а особенно мажористые ставили аж МТХ-90. Про использование в самоделках цифровых газоразрядных, а тем более, сегментных светодиодных индикаторов, тогда не писали даже в журнале «Радио», не говоря про всякие там «Юные Техники» и прочие моделисты с конструкторами. И когда я заполучил какую-то плату с впаянными ИН-12, моей радости не было предела, но включить и использовать их я так и не смог – слишком молод и неопытен был я. Сейчас же с этим всё очень просто, любой, даже далёкий от техники человек может посмотреть ролик на ютубе и на ардуинке собрать такое, что нам и не могло даже приснится в свое время, даже в самых оптимистичных снах.

Так как у нас вроде во всём мире сейчас капитализм (не считая таких островков свободы, как Северная Корея), то купить и поставить индикатор практически любого типа-  совершенно не проблема, главное, были бы деньги, а индикаторы хоть механические, хоть газоразрядные, да хоть и плазменные предлагаются в широком ассортименте. Но вместе с ассортиментом имеем и другую проблему капитализма —  свободное ценообразование, что по-простому переводится как – Ширпотреб дёшев, а не ширпотреб — несопоставимо дорог. Например, простой ЖК индикатор на 16 знаков Х 2 ряда (Так называемый LCD1602), на контроллере HD44780 в Китае стоит порядка 1.5 долларов. Такой же, но OLED — $11. Такой же, но VFD — $42 (Но недавно один продавец «выбросил» их за 6 баксов – взял сразу 5 штук). Такой же, но на ГРИ (Газоразрядные индикаторы) – точно такого нет, но похожие стоят под штуку баксов. Соответственно, хотим, как все – платим полтора баксов и радуемся. Хотим что-то отличное – надо выкладывать суммы в 10-20, а то и в 100 раз больше.

И тут мы плавно подходим к второй проблеме – большинство самоделкиных на 1/6 территории суши, имеют вполне ограниченные бюджеты, и часто, даже 5 долларовая разница в цене индикатора может стать решающей. Как же быть? – ответ прост – искать на таобао. Выбор там огромный, и часто можно наткнутся на всякую интересную экзотику, которой в обычной продаже никогда не найти, да и у конкретного продавца она есть только сейчас, и как этот лот продастся – всё, больше такого не будет. Вот именно об 3х таких индикаторах и пойдёт дальше речь в сегодняшнем «выпуске».

Эти дисплей хотя по форме и размеру очень разные, но у них есть и много общего – все они собраны на контроллерах Titan Micro (TM1628, TM1639), имеют цену менее 50 центов и питаются от 5 вольт. Это стандартные LED матричные контролёры с разной выходной разрядностью – 6х11 бит, 8х16 бит и так далее, и с общим регистром регулировки яркости. Посегментной регулировки яркости, как скажем в HT16K33, тут нет. И это немножко меняет подход к созданию мнемонических дисплеев на основе TM16xx – если нужно подсветить надпись или символ сразу несколькими светодиодами, исходя из требования габаритов, подключить их параллельно не получится – ток на ячейку фиксированный, яркость будет низкой. По этой причине, светодиоды подключаются каждый в своё место в общей матрице. Это даёт и некоторые плюсы, например, надпись SUBWOOFER в обозреваемом индикаторе состоит из 3х независимых светодиодов, и управляя отдельно каждым, можно делать интересные визуальные эффекты типа «бегущих огней» или «перелива». И еще одна рекомендация – так как понятие slew rate (к сожалению, Русского перевода я не знаю), инженерам Titan Micro неизвестно, эти модули заметно «шумят» по питанию, и припайка прямо к модулю набору из 100мкф (электролит) +1мкф (керамика) +0.1мкф (керамика) конденсаторов настоятельно рекомендована ведущими собаководами.

Прежде чем перейду собственно к описанию обозреваемых индикаторов, небольшая информация об тестовом стенде. Как некое универсальное решение, был собран простой тестовой стенд на основе МК PIC16F886, к которому подключались исследуемые индикаторы, и 8 разрядный индикатор на МАХ7219, на который выводилась засылаемая в индикатор битовая маска – для составления таблицы адресов и битов, чтоб знать, куда какой сегмент физически подключили разработчики этих модулей. (Тут я себя почувствовал немножко и пользователем 8800 «Альтаира» – всё в двоичном виде отображается, почти как у них.)

Результатом работы этого стенда стали таблицы, в которых приведены сводные данные по каждому из индикаторов. Чтоб вам было проще понять сокращения из таблиц, Обозначения нанёс прямо на фото соответствующих индикаторов.

Описание начну с физически самого маленького и самого дешёвого из обозреваемых – на таобао он стоит менее 20 центов!

Размеры платы составляют 74 на 38 миллиметра, сам индикатор имеет размеры в 60 на 22 миллиметр, и кроме собственно индикатора, на плате размешен стандартный 38кгц ИК приёмник, что вкупе с мнемоническими значками на индикаторе, позволяет сделать вывод, что индикатор из стационарной мультимедийной акустики, с Bluetooth, с сабвуфером, ФМ приёмником и так далее. У этого модуля 3 разных цвета индикаторов – красный, жёлтый, зелёный. Синего нет, что ещё раз намекает на его бюджетность – но что же вы хотели за 20 центов? Соответственно, яркость тоже не очень высокая – при дневном свете, да за дымчатым стеклом, показания видны так себе. Модуль выполнен на микросхеме TM1628, которая совместима с TM1637, для которой есть библиотеки для практически любых средств разработки. Хотя, ничего секретного тут нет, управление идёт по SPI, даташит хотя и кривой, но понять всё можно (Посылаем байт инициализаций, потом выставляем яркость и засылаем уже битовую маску по конкретным адресам), так что даже я, со своими базовыми знаниями в программировании, смог самостоятельно написать программу для работы с этими индикаторами.

На мой взгляд, у этого индикатора немножко глупо сделано распределение 7 сегментной части – если в других индикаторах сделано так – 1 адрес=1 знакоместу из 7 сегментов полностью+ последний бит на десятичную точку, то тут поступили по странному – в каждом адресе по одному сегменту из каждого знакоместа. Т.е. если для обычного дисплея вы хотите скажем в 3 разряде отобразить «6», то вы засылаете по конкретному адресу нужную битовую маску и всё, символ отрисован. В случае же с этим дисплеем, так не получится – для того чтоб обновить показания в 3м разряде, надо будет заслать новые значения в 3м бите по 7 адресам, при этом, не просто заслав, а сложить с тем, что уже там отображено, чтоб не сбить показания других разрядов. Немножко глупо, но решаемо. Забегая вперёд, замечу что дисплей №2 такой проблемой не страдает, а у дисплея №3 – свои «фишки».

Вторым по списку идёт довольно крупный индикатор с белым цветом (чуть отливает в синеву) свечения. Его размеры составляют 132х42мм, а размеры одного знакоместа – 30х19мм. Судя по комплекту мнемонических символов, индикатор этот от часов с встроенным мп3 плеером и Bluetooth, типа того, что на фото ниже.

Запас по яркости просто гигантский, и если даже на минимуме яркости, при дневных условиях освещения все сегменты видно просто отлично, то на максимуме яркости, модуль вполне может заменить собой настольную лампу.

Адресация тут сделана наиболее «умно» – Все сегменты одного символа имеют один адрес, так что при обновлении показании, можно записывать в индикатор код только для текущего символа, без необходимости битового вычитания и сложения с показаниями других символов.

Третий дисплей самый крупный – 150х74мм, самый качественный – с ровным белым цветом свечения, самый навороченный —  есть две полоски с 5 и 7 RGB светодиодами, но также он и самый бесполезный – 7 сегментные блоки не имеют ни разделительных точек для часов, ни десятичных точек, чтоб хотя бы температуру показывать нормально, и много китайских надписей на лицевой панели (последнее можно «хакнуть», детали – ниже). Разгадка такой особенности этого модуля проста – он предназначен для использования в бытовом фильтре-мониторе качества воздуха (LEXY K9, внутрикитайская модель), и по этой причине, показывает только то, что этому устройству необходимо.

Адресация тут довольно странная и смешанная – хотя тут и применяется «горизонтальная» запись – это когда по одному адресу прописаны сегменты одного символа, но по какой-то странной причине, один сегмент чётных разрядов помещён в старший бит нечётных разрядов. Зачем так сделали, я понять так и не смог, так что забил.

Как я уже писал, у данного модуля две полоски, где применены не белые, а отдельные светодиоды красного, зеленного и синего цветов – «Дерево» + 7 диодов в левой части и 5 диодов в правой части. Каждым светодиодом можно управлять по отдельности, что позволяет получать интересные цветовые эффекты. Учтите, между светодиодами нет разделителей, так что если вы включите скажем синий светодиод слева, и красный справа, то получите не два дискретных цвета, а «перелив» из синего в красный, с проходом через фиолетовый. Такая конструкция индикатора обусловлена функционалом самого конечного устройства – там вся полоска одновременно меняет цвет, так что необходимости в разделителях не было, вот их и не поставили.

Ну а теперь, про «взлом» этого модуля. Конструкция у него довольно простая – плата с SMD светодиодами, залитая герметиком с одной стороны, и прикрытая чёрной маской – с другой. Вырезы в этой маске и определяют, что будет показывать этот индикатор в разных частях. Маска крепится двухсторонним скотчем, и отклеить её не составляет большого труда. И тут нас ждёт небольшой сюрприз! – В дисплее применена технология Remote Phosphor, когда синий светодиод (на самом деле там довольно сложный спектр) отдельно, а реагирующий на его свечение люминофор – отдельно. Это позволяет получить более ровную засветку и меньше боятся за цветовой «прожиг» люминофора.

Маску отклеили, это просто, но как же изготовить новую, с нужными символами? Самый простой путь, это взять дымчатое оргстекло, наклеить на него непрозрачную плёнку типа «Аракал» и на ней лазером сделать вырезы с нужными символами. В качестве альтернативы, можно взять более дорогое оргстекло, так называемого dual color laser engraveable acrylic, когда прозрачное или дымчатое оргстекло с обратной стороны покрыто непрозрачным слоем, который при необходимости, выжигается лазером. По сравнению с «Аракалом» этот метод более прост, визуально результат выглядит более прилично, но и ценник у такого оргстекла (по крайней мере, у нас), в раз 10 выше, чем у обычного, так что, однозначно стоит подумать перед выбором метода изготовления новой маски. Есть ещё один вариант, когда новая маска распечатывается на цветном принтере, на специальную, клейкую, полуматовую плёнку. Плюс этого метода в том, что при использовании цветного принтера, можно сделать отдельные сегменты не просто прозрачными (белыми), а сделать из вообще разноцветными – скажем, можно надпись Bluetooth сделать синего цвета, а Mute-  красного, и так далее. В общем, вариантов море, и по необходимости, можно выбрать наиболее подходящий. Но несмотря на все ухищрения, доработкой отсутствующие сегменты не добавить, так что сделать часы или таймер вряд ли получится, но вполне реально изготовление индикатора для домашнего медия-центра или аудио ресивера. Как иллюстрацию, предлагаю один вариант такой маски, «заточенной» под аудио ресивер.

В качестве заключения – ссылки на обозреваемые индикаторы. К сожалению, на момент публикаций обзора, самая полезная модель индикатора из обозреваемых, для покупки уже не доступна, так что ссылку пришлось убрать. Но я наблюдаю за рынком, и как только этот экран снова появится в продаже, обязательно обновлю обзор.

https://item.taobao.com/item.htm?id=625315412458 «большой» индикатор

https://item.taobao.com/item.htm?id=650013780275 индикатор от сабвуфера

Замечу, что на таобао выбор интересных индикаторов никак не ограничивается только обозреваемыми, а их реально очень много. Как пример, приведу фотографий трёх индикаторов, тоже с таобао. Если первый –вполне стандартный модуль от кондиционера, просто он лежит вниз головой, то второй модуль – это вообще чудо! Он производства компании LiteOn, имеет 19 сегментов, и все они на разное напряжение. А что касается третьего модуля, то он хотя и выглядит нормально, но не содержит никаких драйверов, диоды включены в матрицу, как в клавиатурах, притом, в разной полярности, так что ими управлять – ну очень сложное дело.

Так что если текущий обзор «взлетит», то в part deux будут обзоры не только тех странностей и интересностей, что на фото выше, а также много других интересных индикаторов. Stay tuned, как говорится.