Arduino 数字引脚和 IC 之间有多长时间?

电器工程 Arduino 沟通 74hc595 io
2022-01-14 23:52:48

我目前的项目涉及使用 74HC595 移位寄存器来控制 LED 显示屏,但是显示屏距离 Arduino 板最多 5 米左右。计划是在带有 Arduino 的盒子和带有显示器的外壳之间使用一些 DB9/RS232 电缆。对于数字信号从数字输出引脚传输到移位寄存器而不会降级的长度是否会太长?

4个回答

74HC595 是 CMOS 技术,因此驱动它几乎不需要任何电流,因此 IR 压降不会成为问题。

只要您将信号频率保持在 100kHz 以下,您就不必担心传输线效应。假设您对 LED 的预期观察者是人眼,那么无论如何您都不必担心高速。例如,7 段的 8 位数字和每个小数点是 64 个 LED 元件,仅 9600 bps,您可以在不到 7 毫秒的时间内更新显示。

我唯一担心的是 Arduino 的数字高输出电平是否会在您的移位寄存器中注册为高输入。只要移位寄存器由 5V 电源供电(而不是像 6 那样奇怪的东西),你也应该没问题。(如果会成为一个问题,它会在仅仅 10 厘米的电线上显现出来,因此很容易检查)

简短的回答:很有可能你可以从 arduino 到电缆到 74HC595s 没问题。

我的感觉是你应该没问题。您最好的选择可能是尝试一下,看看它是否有效。

如果它不起作用,您可以采取一些措施来提供帮助: - 使用屏蔽的双绞线电缆或一起绞合电缆。- 最后放一个小帽(0.01 uF 左右)。这应该有助于消除一些噪音(使用太大的电容器将不起作用,因此在这种情况下越大越好)。- 使用比通常用于下拉的电阻值稍低的电阻。- 使用低阻抗电缆。

作为数据点,Arduino 可以通过非屏蔽电缆运行 9600 串行 50 英尺(也许更多?)。

无论如何,您都应该确定它的范围以确保其正确执行,但这是确定传输线效应时需要考虑的思维过程/数学。

  • 边缘上升和下降时间,与某些人在此处发布的相反,在确定何时需要考虑传输线效应时,信号的频率根本不重要。一般来说,高频信号具有更快的上升/下降时间,但如果低频信号由具有高转换率的收发器以低频驱动,则它们也可以具有非常快的上升和下降时间。一如既往,尽可能使用最慢的上升/下降时间来保持所使用部件的规格,您可以在源头使用 RC 滤波器来减少上升和下降时间。一般来说,如果导线的长度大于 Tr/(2*Td),则需要考虑传输线效应,其中 Tr = 源端的信号上升时间,Td = 电缆单位长度的传播延迟正在使用。如果负载具有高电容性,您可能还需要正确端​​接较短电缆上的信号线,这很难预先计算,因为在这样的系统中有许多具有电容效应的项目。如果你有这个问题,你会注意到信号中的振铃(边缘上的下射和上射)。

  • 电缆中的电流,这将在接收 IC 的规格表中定义为输入电流。这与电缆的电阻相结合,将告诉您根据接收 IC 的规格,电压降是否可以接受。这只是一个平均电流值。实际峰值电流可能取决于所使用的终端类型,在决定驱动 IC 是否可以处理负载或是否需要线路驱动器时需要考虑。峰值电流应该只持续与电路的往返传播延迟一样长。

如果您需要考虑传输线的影响,您还需要知道电缆的特性阻抗和驱动 IC 的输出阻抗。

如果您确实需要处理传输线效应,则有一些端接样式选项。我会考虑的唯一两个是源端接和交流偏置端接。

在源极端接中,您需要尽可能靠近驱动 IC 放置一个电阻,其值等于电缆的特性阻抗减去驱动 IC 的输出阻抗,您可能需要稍微调整一下才能达到规格电缆连接器的阻抗也会影响系统,并且始终将驱动和接收 IC 放置在尽可能靠近连接器的位置以减少反射。在这种情况下,这可能是最简单的方法,也可能是最好的方法。峰值电流将为 (Vhigh - Vlow)/(2*Z0),其中 Z0 = 电缆的特性阻抗。

在交流偏置端接中,您将尽可能靠近接收 IC 的信号线连接到与电容器串联的电阻器,电容器接地。电阻的值应该是电缆的特性阻抗,电容的值是由信号的频率决定的(R和C组成一个低通滤波器)。峰值驱动电流与源极端接相同。平均驱动电流取决于信号的占空比,如果非常接近 50%,则大致等于接收 IC 的输入电流,如果超过 50%,则平均驱动电流会更高. 由于 R 和 C 形成低通滤波器,这种端接方式将滤除一些高频噪声。

还要记住其他一些事情:

  • 对单端信号使用双绞线根本不会减少噪声拾取。它确实会导致传输线的特性阻抗更加一致。如果您确实应该正确终止信号但没有,这可能会使输出看起来更好。它对减少线路上的外部 EM 噪声没有任何作用。

  • 在单端系统上使用屏蔽电缆充其量是不确定的。您经常会造成外部噪声电容耦合到屏蔽层的情况,从而导致电流在屏蔽层上流动,然后再耦合到信号线。除非您使用差分信号,否则我不会打扰使用屏蔽电缆。此外,屏蔽对高频噪声的有用性取决于对地电感,低电感路径通常需要特殊的连接器。

您可以在任何线路上使用非常相同的思想处理,无论是电缆还是 2 英寸 PCB 走线。

您可能需要缓冲器来驱动该长度的电缆 - 像 74HC244 缓冲器/线路驱动器这样的东西应该是合适的。