FlipdotDisplay

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Flipdot

Wir haben ein Flip Dot Modul mit 20x16 schwarz/weissen Pixeln aus den Beständen des CCC München.
Die Displays stammen von der Parkplatzanzeige der Allianzarena auf der A9 bei München, in der 198 dieser Module zu einer großen Anzeigefläche verbunden waren. Auf Google Streetview ist die Anzeige noch zu sehen.


Aufbau

Matrix

Flip Dot Matrix Schaltung
Rückseite mit Doppeldioden

Die Flip Dot Matrix besteht aus jeweils einer Spule pro Pixel, die über einen gemeinsamen Eingang pro Zeile und zwei Eingänge pro Spalte geschaltet werden. Je nach Polung dreht sich das mit einem Dauermagneten versehene Plättchen zur einen oder anderen Seite. Wenn Xn auf High und Cn auf Low geschaltet werden, gibt es einen Kurzschluss in der Spalte. Das Display nimmt nur zum Umschalten der Pixel Strom auf, nicht aber im Ruhezustand.

Pinbelegung Pfostenleiste auf der Rückseite der Flip Dot Matrix
32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
N1 N1   ?   ? Y14 Y12 Y10  Y8  Y6  Y4  Y2  Y0 C20 C19 C18 C17 C16 C15 C14 C13 C12 C11 C10  C9  C8  C7  C6  C5  C4  C3  C1  C0
32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
N1   ?   ?   ? Y15 Y13 Y11  Y9  Y7  Y5  Y3  Y1 X20 X19 X18 X17 X16 X15 X14 X13 X12 X11 X10  X9  X8  X7  X6  X5  X4  X3  X1  X0

N1: Verbunden

Schaltzustände einer Flip Dot Matrix
Xn Yn Cn
H L Z Flip
Z H L Flop
H * L Kurzschluss

Die linke obere Ecke eines Moduls ist auf der Rückseite mit "X0 / Y0" markiert.

An unserem Display ist Pixel X15/Y15 defekt. Wir haben den Fehler noch nicht näher analysiert. Eventuell lässt es sich wiederbeleben. An Pixel X19/Y5 ist ein Teil des Plastiklagers abgebrochen und das Plättchen fehlt.

Treiberplatine

Flip Dot Treiberplatine

In unserem Display wird die 20x16 Matrix über zwei Schieberegister (74HC4094) und eine Reihe von Transistoren auf der Treiberplatine gesteuert. Die genaue Verschaltung zwischen Register-Bits und X/Y/C-Anschlüssen ist noch unbekannt. Dazu müssen wir mal die Platine abschrauben (kleiner Torx) und genauer ansehen.

Das eine Schieberegister (ROW) ist je Modul 16 Bit lang und selektiert die Zeilen, in denen geschaltet werden soll. Das zweite Register (COL) enthält 24 Bit pro Modul und gibt den X-Zustand in den ausgewählten Zeilen vor. Die Strobe-Eingänge beider Register sind verbunden. Ob beide Output Enable (OE) Eingänge zu den Schieberegistern gehen, ist noch etwas unklar. Die OE-Signale werden nicht gleichzeitig aktiviert.

Bei einem Zusammenschluss mehrerer Module werden die Spaltenregister horizontal hintereinander geschaltet und die Zeilenregister vertikal.

Aufgrund der Zahl von 20 Pixeln pro Modulzeile endet bei einer ungeraden Anzahl an horizontalen Modulen eine Zeile nicht auf vollen Bytes. Das Spaltenregister enthält pro Modul 4 ungenutzte Bits, die beim Durchschieben berücksichtigt werden müssen.


Bauteile auf der Platine u.a:

  • L7805CV (5V Spannungsregler) (7.5V - 35V MAX, 1.5A)
  • 74HC74 (Dual D-Type Flip-Flop) (= 2x Flip-Flop)
  • 2x 74HC08D (Quad 2-input AND gate) (= 8x 2-input AND)
  • 74HC02 (Quad 2-input NOR gate) (= 4x 2-input NOR)
  • 74HC14 (Hex Schmitt-Trigger Inverter) (= 6x Inverter)
  • 10x 74HC4094 (8-stage shift register) (= 80 Bit)
  • 6x ULN2003A (7x Darlington Array) (= 42x Darlington)
  • 40x MMFT2955E (P-Channel MOSFET) mit jeweils 1.5kΩ Vorwiderstand
  • 32x MTD3055EL (N-Channel MOSFET)
  • 10Ω (zwischen + und P-MOSFETs)
  • Schmelzsicherung 2.5A
  • Micro Fuse 160mA (sieht ähnlich aus)

Anschluss

Stromversorgung

Das Display wird mit 24V DC betrieben. Zum Testen schliessen wir es an ein Labornetzteil mit 3A Strombegrenzung an. Für die feste Installation ist noch ein passendes Netzteil zu besorgen (z.B. dies, das oder jenes)

Daten

Pinbelegung am Flachbandstecker
1  ? 11  ?
2 COL Data 12 GND
3 Strobe 13 GND
4 OE0 (COL OE? 14 GND
5 OE1 (ROW OE?) 15 GND
6 ROW Clock 16 GND
7 COL Clock 17 GND
8 ROW Data 18 GND
9 ROW DO 19 GND
10  ? 20 GND

Horizontale Kaskadierung

  1. Flachbandstecker des rechten Moduls auf die Buchse des linken Moduls stecken

Vertikale Kaskadierung

  1. ROW Data des unteren Moduls mit ROW DO des oberen Moduls verbinden
  2. Alle anderen Signale des unteren Moduls mit dem oberen Modul parallel schalten


Ansteuerung

Flip Dot Ansteuerung
  1. Zeilen im ROW Register auswählen
  2. COL Register mit Daten füllen
  3. OE0 flippt die 0-Bits in COL zur einen Seite
  4. OE1 flippt die 1-Bits zur anderen Seite

Software


Unklar / TODO

  • Das Schaltbild der Matrix passt nicht zum Foto der Rückseite. Die Dioden sind spaltenweise verbunden, nicht zeilenweise
  • Es gibt doppelt so viele Registerbits wie Pixel, es wird aber nur die einfache Anzahl eingeschoben. Vermutlich sind die AND, NOR und Inverter involviert
  • Die MOSFETs bilden H-Brücken und werden über die ULN Darlingtons geschaltet, richtig?
  • Was macht das Flip-Flop da am Eingang?
  • Was ist "0"? Schwarz oder weiss?
  • Was passiert wenn beide OE gleichzeitig geschaltet werden?
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