Die LED-Matrix-Untergruppe bestehend aus 3 Leuten beschäftigt sich mit der Dimensionierung und dem Aufbauder LED-Matrix.

Simulation

Zu Beginn wurde, nachdem eine 16 x 16 LED-Matrix feststand, nach einem geeigneten
Schieberegister gesucht. Um genugend LED’s ansteuern zu konnen benotigt man ein
16-Bit Schieberegister, es ist jedoch praktischer fur das Platinenlayout zwei 8-Bit
Schieberegister zu verwenden, da man so mehr Platz fur die Leiterbahnen hat. Es
wurden Schieberegister vom Bautyp TPIC6B595N und rote LED’s mit einem
Durchmesser von 10mm und einer Lichtstarke von 8,5 cd verwendet. Um eventuelle
Schwankungen der Betriebsspannung von 5V auszugleichen, werden Puerkondensatoren
mit einer Kapazitat von 100nF verwendet. Damit die LED’s nicht durchbrennen, sollte
eine zu hohe Spannung anliegen, werden Widerstande vorgeschaltet, deren Wert sich
mittels U=RI berechnet. Wichtig ist dabei, dass man als Spannung nicht 5 V nimmt, da man den Abfall von ungefähr 2,2 V über den LED’s selbst beachten muss und somit eine
eektive Spannung von 3V hat die einen Strom durch die LED’s treibt. Da ein
Vorwartsstrom von 10 mA die LED’s zum Leuchten bringt, hat man somit fur den
Widerstandwert [FORMEL]R=U/I=3V/10mA=300[OHM]. Zur Verfugung stehen
Widerstande der E-Reihe, daher werden 330 [OHM] Widerstande verwendet. Simuliert
wird die Matrix mit LTSpice, dort wird jedoch nur eine Spalte simuliert.

Abbildung 1: Testschaltung in LT-Spice einer einzelnen Spalte der LED-Matrix

Abbildung 2: Strom uber den LEDs

Abbildung 3: Spannung über den LEDs

In Abbildung 2sieht man einen Strom von 756.7 A, da keine einzelne LED
angesteuert wird und somit der Strom uber allen 16 LEDs abfallt. Steuert man nur eine
LED an ,wird über dieser LED letztendlich ein Strom von 12mA abfallen

Entwurf

Die Platine fur die LED-Matrix wird mit EAGLE erstellt.

Abbildung 4: LED-Matrix in Eagle

Abbildung 5: LED-Board in Eagle

Das grote Problem tritt bei der Erstellung des Boards auf, da durch die hohe Anzahl
der Pins der Schieberegister und des Wannensteckers viele Leiterbahnen existieren, die
sich kreuzen konnten. Dieses Problem wird mit Vias umgangen. Auerdem problematisch
ist die hohe Anzahl der Leiterbahnen, da zwischen diesen Platz sein muss und zusätzlich
Platzabstände für die Vias eingehalten werden müssen.

Fehlersuche

Zu Beginn war geplant Elektrolytkondensatoren zu verwenden, da diese durch ihre
Bauart zu leicht an den Pins hatten abbrechen konnen, wurden diese durch
Keramikkondensatoren ersetzt. Durch eine mangelnde Kenntnis der Schieberegister
musste das Board geandert werden, da die Datenubertragung des Mikrocontrollers somit
erst ermoglicht war, sodass auch etwas auf der LED-Matrix leuchten konnte. Dafur
musste eine Leiterbahn aufgekratzt werden und provisorisch mit einem isolierten Draht
uberbruckt werden. Damit fur die LED-Matrix keine defekte LED verwendet wurde,
musste jede einzelne LED auf dem Steckbrett getestet werden bevor sie angelotet werden
konnte, dabei elen einige auf die nicht funktionierten oder erst bei einer angelegten
Spannung von 30 V anngen zu leuchten. Nachdem alle LED’s angelotet wurden, wurde
zu Testzwecken eine Spannung angelegt um zu testen, ob alle LED’s auch tatsachlich auf
dem Steckbrett funktionieren. Dabei el auf, dass einige LED’s leuchteten, obwohl diese
nicht angesteuert wurden. Diesem Problem kam man entgegen, indem man die Pins der
LED’s abgekappt hat, da diese einen Kurzschluss verursachen konnten. Zudem gab es
einige kalte Lotstellen, was dazu fuhrte, dass ganze Reihen leuchteten, dort wurde etwas
mehr Zinn angelötet.