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[Light It Up 4편] 하드웨어 구성요소 (3) : Teensy 4.0 보드와 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터

by Rescura 2024. 2. 27.

이 시리즈에 대하여

  이 시리즈는 충주고등학교 첨단과학실 1층 벽면에 설치된 작품 Light It Up의 구성 요소 각각들을 설명하여 후배들이 계속해서 작품을 작동시키고 유지/보수하는 것을 돕기 위해 만들어진 시리즈이다. 혹 LED strip를 런치패드와 연동시켜 라이트쇼를 진행하고 싶은 사람이 있다면 이 시리즈를 정독하는 것이 도움이 될 것이다.

  이 시리즈는 다음과 같은 순서로 이루어져 있다.

  1. [Light It Up 1편] 개괄 & 통신을 위한 미디의 기본
  2. [Light It Up 2편] 하드웨어 구성요소 (1) : 런치패드 커스텀 펌웨어, 커스텀 velocity 팔레트 업로드
  3. [Light It Up 3편] 하드웨어 구성요소 (2) : WS2812 LED strip과 전원 공급용 SMPS
  4. [Light It Up 4편] 하드웨어 구성요소 (3) : Teensy 4.0 보드와 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터
  5. [Light It Up 5편] 소프트웨어 구성요소 (1) : Arduino 스케치
  6. [Light It Up 6편] 소프트웨어 구성요소 (2) : Ableton Live 10.0.6
  7. [Light It Up 7편] 소프트웨어 구성요소 (3) : Apollo Studio

https://youtu.be/pfflmu2hSmQ

이번 글의 주제

  이번 글에서는 Teensy 4.0 보드와 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터를 연결하여 Teensy에서 LED로 신호를 전달하는 회로를 만드는 방법을 설명한다.

  • 74AHCT125 Schematic
  • Teensy 4.0과 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터 회로 구성 방법

74AHCT125 로직 레벨 쉬프터

  74AHCT125 로직 레벨 쉬프터는 Teensy 4.0의 3.3V 신호 출력을 5V로 상승시켜 LED Strip에 전달하는 역할을 한다. (LED Strip은 5V 신호를 입력해주어야 안정적으로 작동한다.)

  74AHCT125 로직 레벨 쉬프터의 데이터시트는 다음 pdf 파일을 참고하라.

https://www.diodes.com/assets/Datasheets/74AHCT125.pdf

74AHCT125 실물에서 위쪽을 파악하는 방법 ( 출처 : https://www.adafruit.com/product/1787 발췌해 수정)

74AHCT125 핀맵

74AHCT125 로직 레벨 쉬프터의 핀맵 (출처 : 상기 데이터시트)
74AHCT125의 핀 설명

알아야 할 핀은 크게 5가지이다.

  1. Vcc : 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터가 작동하기 위한 작동전압 5V가 인가되는 핀
  2. GND : 기준전위를 설정해주는 접지핀
  3. nA (n은 숫자) : 5V로 전압을 올릴 신호가 입력되는 핀
  4. nY (n은 숫자) : 5V 전압으로 올라간 신호가 출력되는 핀
  5. nOE (n은 숫자) : nA핀의 데이터 입력을 활성화하는 핀 (Active LOW = 0V일때 데이터 입력을 활성화시킴)

Teensy 4.0 보드

Teensy 4.0 보드의 핀맵 (출처 : https://www.pjrc.com/store/teensy40.html)

 

  Teensy 4.0보드는 컴퓨터와 연결된 USB 포트를 통해 전원을 공급받아 작동하고, 동시에 컴퓨터와 MIDI 통신을 진행할 것이다. 

  우리가 Teensy 4.0 보드에서 사용할 핀은 두가지이다.

  1. GND핀 : WS2812, 74AHCT125와 기준전위를 맞추기 위해 사용되는 공통 접지핀
  2. 5번핀 : LED를 조작하기 위한 신호가 출력되는 핀

74AHCT125, Teensy 4.0 보드, WS2812의 연결

전원 공급

  • Teensy : 컴퓨터와 연결된 USB 케이블을 통해 전원을 공급받음
  • 74AHCT125 : WS2812의 5V 선과 연결하여 필요한 VCC 5V를 공급받음
  • WS2812 : SMPS로부터 5V 공급받아 LED를 켜고 WS2812에도 공급해줌

    → WS2812의 5V 선을 따와 74AHCT125의 Vcc단자에 연결해주면 됨. (물론, WS2812 중간지점 LED는 SMPS와 연결해 5V 전원을 공급해주어야함!)

기준 전위 설정

  • Teensy GND, 74AHCT125 GND, WS2812의 GND 모두 연결되어야함. (공통접지)
    • 매우 중요함!!! GND가 제대로 연결되어있지 않을 시 불빛 효과가 이상하게 나타남.

     → Teensy 4.0의 GND핀에 선을 연결하고 WS2812의 GND를 따와 Teensy GND, 74AHCT125 GND와 함께 연결한다. 

데이터 통신

74AHCT125의 1A, 1Y, 1OE를 이용하여 5V 신호변환을 진행한다.

  • 74AHCT125 1OE : Active LOW로 항상 LOW 상태여야하므로 앞서 연결한 GND와 선을 연결해준다.
  • 1A : Teensy 4.0의 3.3V 데이터를 받는 단자이므로 Teensy 4.0 보드의 5번핀과 연결해준다.
  • 1Y : WS2812에 인가할 데이터핀이므로 WS2812의 최초 LED DIN 단자와 연결해준다.

추가 피해를 막기위한 소자 (있으면 좋은데... 있는게 좋습니다)

  • 74AHCT125와 WS2812 LED 사이에 300 ~ 500옴 저항 달기
      →  WS2812에 Voltage Spike가 인가되어 LED가 망가지는 일을 방지함
  • 500~1000uF at 6.3V (혹은 그 이상) 커패시터를 WS2812의 5V와 GND 사이에 달기
      →  갑작스레 SMPS와 연결하거나 연결을 끊을때의 Voltage Spike로 인한 손상을 방지

연결 총 정리

Teensy 4.0 보드, 74AHCT125, WS2812, SMPS 결선을 나타낸 구조도

 

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