Multiplexación de dos pantallas de 7 segmentos (problemas de imágenes fantasma)

El problema es que tienes encendido y apagado mezclado.

El transistor pnp estará en corte cuando la salida sea alta, no baja.

Por lo tanto, está encendiendo ambas pantallas durante la espera de 1000us.

Para complementar la respuesta de Oli, continuaré y revisaré el código de configuración de Timer2. Asumiré que el Arduino está funcionando a un reloj de 16 MHz (la búsqueda en Google reveló que esto es probablemente el valor predeterminado) y el chip es un ATMEGA328P .

TCCR2A &= ~((1<<WGM21) | (1<<WGM20));
TCCR2B &= ~(1<<WGM22);

Como dice el comentario, esta parte desactiva las características especiales de este contador (PWM, PWM rápido, etc.). Se puede ver que los bits WGM2 se dividen entre los registros de control A y B:

Se puede ver que los valores iniciales de estos registros al reiniciar son todos ceros de todos modos, por lo que el código anterior realmente ni siquiera es necesario.

A continuación configuramos la fuente del reloj:

ASSR &= ~(1<<AS2);

El registro y la descripción de bit anterior nuevamente nos muestran borrando un bit, esta vez el bit AS2. Esto indica que el temporizador contará desde el reloj de E/S del reloj principal del sistema. La alternativa se describe como un cristal externo que podría usarse. (puede ser más lento, menos potencia, mejor precisión)

La siguiente línea inhabilita una interrupción de comparación de salida:

 /* Disable Compare Match A interrupt enable (only want overflow) */
 TIMSK2 &= ~(1<<OCIE2A);

La descripción describe lo que se está deshabilitando. ¡Por qué se molestó en deshabilitar solo la comparación A y no la comparación B (que de todos modos están desactivadas de forma predeterminada en primer lugar) me supera! ¡Próximo!

 /* Now configure the prescaler to CPU clock divided by 128 */
 TCCR2B |= (1<<CS22)  | (1<<CS20); // Set bits
 TCCR2B &= ~(1<<CS21);             // Clear bit

¡Es hora de configurar la velocidad del reloj del temporizador! Esto preescalará (dividirá) el reloj IO que seleccionamos anteriormente para alimentar el temporizador. Esto permitirá una velocidad de reloj más baja que es más práctica para nuestra aplicación para el temporizador.

La tabla anterior muestra que borrar los bits CS20 y CS22 y configurar CS21 pero preescalará el reloj IO en 128. Esto significará que el reloj que alimenta el temporizador 2 será:

 16MHz/128 = 125 kHz

lo que significa un pulso de reloj cada:

 1/125kHz = 8us

que desbordaría un temporizador de 8 bits cada:

 8us*2^8 = 2ms -> 488 Hz

¡que es mucho más rápido que los 50 Hz que sugiere Oli!

Lo primero que podríamos intentar sería aumentar el prescaler desde arriba a 1024 (el máximo):

 TCCR2B |= (1<<CS22) | (1<<CS21) | (1<<CS20); // Set bits            

El uso de este preescalador daría un intervalo de interrupción de:

 16MHz / 1024 = 15.625 kHz 

dando un pulso de reloj de:

 1/15.625kHz = 64us

Desbordando el temporizador cada:

 64us * 2^8 = 16.384 ms --> 61 Hz

Esto da un valor muy cercano a la recomendación de Oli de 50 Hz y debería brindarle una pantalla de aspecto razonable.

Si aún necesita ajustar la pantalla, tiene dos opciones:

1. Incrementa una variable cada interrupción. Una vez que esta variable alcance un valor determinado, realice las funciones de interrupción deseadas (actualice la pantalla) y vuelva a establecer la variable en cero. Esto le dará la posibilidad de realizar la interrupción de cualquier múltiplo entero del intervalo de desbordamiento.

2. El intervalo de interrupción se puede reducir desde el valor preescalado cargando previamente el registro del contador del temporizador (tcnt2). Esto significa que el registro del temporizador comenzará a contar en ese valor especificado en lugar de cero. Este valor deberá recargarse en cada ISR. Este método le permite disminuir el intervalo de interrupción en un múltiplo entero del reloj de E/S preescalado que se alimenta al temporizador. (este método no le permitirá aumentar el retraso)

Parece que su rutina de interrupción se activa demasiado rápido, y más rápido no deja tiempo para ejecutar el código principal, por lo que el uC parecerá no responder.

Para una pantalla típica, una frecuencia de actualización de alrededor de 50 Hz es adecuada para engañar al ojo haciéndole creer que es continuo.
Ajuste su temporizador por un período de alrededor de 10 ms (100 Hz dividido por dos pantallas equivale a una actualización de 50 Hz para cada pantalla) entre interrupciones (si es solo un temporizador de 8 bits, use el preescalador para dividir el reloj un poco más, o si el divisor no lo hace). t vaya lo suficientemente alto, entonces, como dice Mike en los comentarios, use una variable de conteo en el ISR y ejecute el evento cada n interrupciones. O use el temporizador de 16 bits)

EDITAR: está bien, entonces corrigió el tiempo de interrupción a un valor más razonable pero el parpadeo persiste. Por la forma en que tiene el código en el ISR, parece que el período entre el apagado de una pantalla y el encendido de la otra está fijo en el retraso de 1000us de todos modos, siempre que no llame al ISR tan rápido como para hacer el uC no responde, entonces no debería importar demasiado (aunque obviamente demasiado rápido limita el tiempo que tiene en su ciclo principal para realizar otras cosas, así que solo vaya tan rápido como necesite para detener el parpadeo, digamos <400Hz o menos)

De todos modos, habría pensado que el retraso de 1 ms debería ser suficiente para volver a apagar el PNP. Supongo aquí que el pin es una salida push-pull con un impulso razonable para alto y bajo (lo comprobaré en breve)
Así que un par de cosas para probar:

• Intente cambiar las resistencias base de 2k2 para decir, 470Ω Suponiendo que el pin sea capaz de hacerlo, esto proporcionará un impulso más fuerte para cargar/descargar la capacitancia (¿tiene un cableado/traza largo?)
• Es posible que el PNP en la pantalla roja tenga "fugas". Compruebe si la pantalla roja alguna vez se apaga por completo con todos los dígitos encendidos en la pantalla azul. Cambiar el transistor no estaría de más de todos modos para asegurarse de esto.

Tendría sentido que las imágenes fantasma no ocurran en la pantalla azul, ya que tendrá un voltaje directo más alto que la pantalla roja, por lo que se apagará más rápido (y se encenderá más lentamente)

Si tiene un osciloscopio, pruebe la base del PNP y las líneas del colector mientras cambia para ver cuánto tarda la transición.

Me gustaría ampliar la respuesta de Oli con respecto a los transistores.

Los BJT, en una configuración de emisor común como la que está usando, son básicamente amplificadores de corriente: toman su corriente base, la multiplican por su$h_{FE}$, y sacar esa cantidad de corriente de su colector.

Por lo tanto, su transistor debe poder generar la corriente máxima (todos los segmentos) de 5 V fuera del colector. Dado tu 220$\Omega$resistencias de segmento y los voltajes directos de 2 o 3 V, obtenemos:

$$\begin{equation} I = \frac{V}{R} = \frac{V_{SUPPLY} - V_{F} - V_{CESAT}}{R} \end{equation}$$

$$\begin{equation} I_{RED} = \frac{5 \mathrm{V} - 2 \mathrm{V} - 0.4 \mathrm{V}}{220 \Omega} = 12 \mathrm{mA} \end{equation}$$

$$\begin{equation} I_{GREEN} = \frac{5 \mathrm{V} - 3 \mathrm{V} - 0.4 \mathrm{V}}{220 \Omega} = 7 \mathrm{mA} \end{equation}$$

(En mi humilde opinión, estos parecen bastante altos. Por lo general, solo necesito un promedio de 2 mA, que sería 4 mA aquí debido a su ciclo de trabajo del 50%, para iluminar los LED más antiguos, y mucho menos para los LED más nuevos de "alta eficiencia").

Entonces, las corrientes totales son 84 mA para el rojo y 49 mA para el azul. Mirando la hoja de datos 2N3906 , veo un par de problemas potenciales, mirando los gráficos en la página 3:

• El gráfico de voltaje de saturación del colector-emisor frente a la corriente del colector muestra$V_{CESAT}$inclinando mucho a 50 a 100 mA. Con referencia a las ecuaciones de corriente anteriores, puede ver que las corrientes del segmento cambiarán mucho si el$V_{CESAT}$cambia incluso 0.1 V.
• El gráfico típico de ganancia de corriente pulsada frente a corriente de colector muestra$h_{FE}$descendiendo bastante rápido en el rango de 20-100 mA.

Entonces, averigüemos cuál debe ser su corriente base en el peor de los casos. Supongamos un mínimo$h_{FE}$de 30 (de la tabla "Sobre las características" en la página 2, usando$I_C$= -100mA). Eso significa que necesita 2,8 mA de impulso en la base. Usando un$V_{BESAT}$de -1,0 V de la misma tabla:

$$\begin{equation} R = \frac{V}{I} = \frac{5 - 1}{2.8} = 1.43 \mathrm{k} \Omega \end{equation}$$

Entonces los 2.2 k$\Omega$resistencias no son suficientes (pero son suficientes para típico en lugar de mínimo $h_{FE}$; típico es al menos 75 del gráfico en la página 3) y el 470$\Omega$La resistencia debe ser bastante fuerte. También verifique que su pin de E / S pueda absorber tanta corriente.

En mi humilde opinión, está poniendo demasiada corriente a través de cada segmento o simplemente está pidiendo demasiado al 2N3906. Realmente desea que su transistor tenga un nivel razonablemente plano.$V_{CESAT}$a lo largo de su rango actual.

Además, al conducir altas corrientes en pantallas de 7 segmentos, he visto efectos de "fantasma" en los que la luz de un segmento simplemente se derrama hacia los segmentos físicamente vecinos. Asegúrese de que esto no le suceda a usted: controle todos los segmentos en una pantalla y uno en la otra, y vea si los 6 segmentos "apagados" muestran diferentes brillos fantasma dependiendo de la proximidad al segmento iluminado.

Personalmente, uso MOSFET para estas aplicaciones. Típico$R_{DSON}$de 1$\Omega$da una caída de voltaje mucho menor y cambio de corriente frente a segmentos iluminados (siempre y cuando$R_{DSON} << R_{SEGMENT}$), la corriente de la compuerta es tan baja que cualquier cosa puede impulsarla (está impulsada por voltaje, no por corriente), y no hay que lidiar con el voltaje de saturación.

A menudo, para cosas como esta, la multiplexación de LED no requiere una escritura completa en el LED con cada interruptor. Personalmente, bloquearía lo que debe estar en AMBOS 7 segmentos, y luego solo usaría la interrupción del temporizador SOLAMENTE para cambiar el LED que está manejando, y simplemente dejaría que la interrupción se ejecutara libremente. Cargue números nuevos en los pestillos SOLO cuando necesite cambiar lo que hay en los 7 segmentos.

Tener que lidiar con los 7 segmentos completos correctamente con cada conmutador múltiplex parece que está incrustando esta tarea en el nivel incorrecto, lo que genera grandes ineficiencias.

Alternativamente, hay circuitos integrados que hacen esto específicamente para 7 segmentos, como el SAA1064.