¿Cuánto tiempo entre el pin digital Arduino y el IC?

Mi proyecto actual implica el uso de registros de desplazamiento 74HC595 para controlar una pantalla LED, sin embargo, la pantalla podría estar a unos 5 metros de la placa Arduino. El plan es utilizar algunos cables DB9 / RS232 entre una caja con el Arduino y un gabinete con la pantalla. ¿La longitud sería demasiado larga para que la señal digital viaje desde los pines de salida digital al registro de desplazamiento sin degradación?

El 74HC595 es tecnología CMOS, por lo que no debería necesitar casi nada de corriente para conducirlo, por lo que la caída de IR no sería una preocupación.

Mientras mantenga la frecuencia de las señales por debajo de, digamos, 100 kHz, no debería tener que preocuparse por los efectos de la línea de transmisión. Suponiendo que su observador previsto para los LED sea el ojo humano, no debería tener que preocuparse por las altas velocidades de todos modos. Por ejemplo, 8 dígitos en 7 segmentos y un punto decimal cada uno son 64 elementos LED, y a solo 9600 bps, puede actualizar la pantalla en poco menos de 7 mseg.

Lo único que me preocuparía es si el alto nivel de salida digital del Arduino se registrará como una entrada alta en su registro de desplazamiento. Mientras el registro de desplazamiento se ejecute desde un suministro de 5V (y no algo extraño como 6), también debería estar bien allí. (y si esto fuera un problema, se manifestaría en un mero cable de 10 cm, por lo que es fácil de verificar)

Respuesta corta: muy alta probabilidad de que pueda pasar de arduino a cable a 74HC595s sin problema.

Mi sensación es que deberías estar bien en esta longitud. Su mejor opción podría ser probarlo y ver si funciona.

Si no funciona, hay algunas cosas que puede hacer para ayudar: - use cables apantallados, de par trenzado o cables de torsión juntos. - Ponga una pequeña tapa (0.01 uF o más o menos) al final. Esto debería ayudar a cancelar parte del ruido (usar un condensador demasiado grande no funcionará, por lo que más grande no es mejor en este caso). - Use resistencias de valor ligeramente más bajo de lo que normalmente usaría para sus pulldown. - Utilice cable de baja impedancia.

Como punto de datos, un Arduino puede ejecutar la serie 9600 a través de un cable sin blindaje durante 50 '(¿quizás más?).

De todos modos, debe analizarlo para asegurarse de que funcione correctamente, pero aquí está el proceso de pensamiento / matemática que debe tener en cuenta para determinar los efectos de la línea de transmisión.

• Tiempo de subida y bajada del borde, en oposición a lo que algunos han publicado aquí, la frecuencia de la señal no importa para determinar cuándo es necesario tener en cuenta los efectos de la línea de transmisión. En general, es cierto que las señales de alta frecuencia tienen tiempos de subida / caída más rápidos, pero las señales de baja frecuencia también pueden tener tiempos de subida y caída muy rápidos si un transceptor con una frecuencia de rotación alta los acciona a baja frecuencia. Como siempre use los tiempos de subida / caída más lentos posibles para mantenerse dentro de las especificaciones de las piezas que está usando, puede reducir los tiempos de subida y bajada con un filtro RC en la fuente. En general, debe considerar los efectos de la línea de transmisión si la longitud del cable es mayor que Tr / (2 * Td) con Tr = al tiempo de subida de la señal en la fuente y Td = al retraso de propagación por unidad de longitud del cable que están usando. Es posible que también necesite terminar correctamente las líneas de señal en cables más cortos si la carga es altamente capacitiva, esto es un poco difícil de calcular por adelantado, ya que hay muchos elementos con efectos capacitivos en dicho sistema. Si tiene este problema, notará un timbre (bajo y sobre disparado en los bordes) en la señal.

• Corriente en el cable, esto se definirá en la hoja de especificaciones del IC receptor como la corriente de entrada. Esto combinado con la resistencia del cable le dirá si la caída de voltaje es aceptable dadas las especificaciones del IC receptor. Esto es solo un valor actual promedio. La corriente pico real puede depender del tipo de terminación utilizada y debe tenerse en cuenta al decidir si el IC de conducción puede manejar la carga o si necesita un controlador de línea. La corriente máxima solo debe durar tanto como el retardo de propagación de ida y vuelta del circuito.

Si necesita tener en cuenta los efectos de la línea de transmisión, también debe conocer la impedancia característica del cable y la impedancia de salida del IC de conducción.

Si necesita manejar los efectos de la línea de transmisión, hay algunas opciones para el estilo de terminación. Los únicos dos que consideraría son la terminación de origen y la terminación de finalización sesgada de CA.

En la terminación de la fuente, debe colocar una resistencia lo más cerca posible del IC de conducción con un valor igual a la impedancia característica del cable menos la impedancia de salida del IC de conducción, es posible que tenga que ajustar esto un poco para alcanzar la especificación como La impedancia de los conectores de cable también afectará el sistema y, como siempre, coloque los circuitos integrados de conducción y recepción lo más cerca posible de los conectores para reducir los reflejos. Este es probablemente el método más fácil y probablemente el mejor método en este caso. La corriente máxima será (Vhigh - Vlow) / (2 * Z0) con Z0 = a la impedancia característica del cable.

En la terminación de terminación polarizada de CA, se conecta a la línea de señal lo más cerca posible del IC receptor una resistencia en serie con un condensador con el condensador conectado a tierra. El valor de la resistencia debe ser la impedancia característica del cable, el valor del condensador está determinado por la frecuencia de la señal (R y C forman un filtro de paso bajo). La corriente máxima del variador es la misma que para la terminación de origen. La corriente de accionamiento promedio depende del ciclo de trabajo de la señal, si está muy cerca del 50%, será aproximadamente igual a la corriente de entrada del IC receptor, si es superior al 50%, la corriente de accionamiento promedio será mayor . A medida que R y C forman un filtro de paso bajo, este estilo de terminación filtrará algo de ruido de alta frecuencia.

Un par de otras cosas a tener en cuenta:

• El uso de pares trenzados para señales de un solo extremo no reduce en absoluto la captación de ruido. Esto resulta en una impedancia característica más consistente para la línea de transmisión. Esto puede hacer que la salida se vea mejor si realmente hubiera terminado correctamente la señal pero no lo hizo. No hace nada para reducir el ruido EM externo en la línea.

• El uso de cable blindado en un sistema de un solo extremo es dudoso en el mejor de los casos. A menudo puede crear una situación en la que el ruido exterior se acopla capacitivamente al blindaje, lo que resulta en un flujo de corriente en el blindaje que luego se acopla al cable de señal. No me molestaría en usar un cable blindado a menos que esté usando señalización diferencial. Además, la utilidad de un escudo en el ruido de alta frecuencia depende de la inductancia a tierra, las rutas de baja inductancia generalmente requieren conectores especiales.

Puede usar el mismo procesamiento de pensamiento en cualquier línea, ya sea un cable o una traza de PCB de 2 pulgadas.

Probablemente necesitará buffers para manejar esa longitud de cable, algo como el controlador de línea / buffer 74HC244 debería ser adecuado.