Главная » Световые эффекты
Призовой фонд
на декабрь 2018 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Осциллограф DSO138
Сайт Паяльник
3. 200 руб.
От пользователей

18-канальный ШИМ-контроллер для новогодней ёлки

Скоро Новый Год, при встрече которого многие украшают свои дома новогодней ёлкой, создающей праздничное настроение. Ёлку обычно наряжают игрушками и ёлочными гирляндами. Для управления гирляндой из 18-ти светодиодов можно использовать светодинамический контроллер, построенный на основе нескольких цифровых ИМС. Автомат позволяет получить восемь программ «бегущего огня» и «бегущей тени» с угасающими шлейфами переменной длины, сменяющимися в автоматическом режиме. Базовая версия контроллера на ИМС ТТЛШ-структуры, в своё время найденная автором в Интернете, доработана и выполнена на более современных ИМС КМОП-структуры. Также разработана двусторонняя печатная плата.

Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая контроллера представлена на рис.1.

Основой автомата является ШИМ-модулятор на ИМС DD2, DD4, DD6.1, DD7, DD8.1, DD13.2. Стробируется ШИМ-модулятор импульсами с прямого выхода мультиплексора DD5. Полный цикл работы ШИМ-модулятора состоит из 512 тактов. Максимальная скважность импульсов равна 16. Управляет работой автомата генератор прямоугольных импульсов на элементах DD1.1, DD1.2, работающий с частотой около 2 кГц. Для получения восьми программ переключения светодиодов предназначены счётчики DD3.1, DD3.2, работающие совместно с мультиплексором DD5. Счётчик DD3.1 делит частоту задающего генератора и формирует на своих выходах частоты, кратные двум. Второй счётчик DD3.2 управляет коммутацией входов мультиплексора DD5 и тем самым выбирает частоту стробирования счётчика DD2.

Основой ШИМ-модулятора является компаратор — схема сравнения двух четырёхразрядных двоичных чисел на элементах DD7.1…DD7.4 и DD8.1. На входы компаратора непрерывно поступают изменяющиеся числа с выходов четырёх младших разрядов Q1…Q4 счётчика DD2, а также выходов элементов DD7.1…DD7.4. Каждый раз при совпадении двух чисел на выходе элемента DD8.1 формируется импульс положительной полярности, производящий запись своим положительным перепадом уровня лог.0 по информационному входу D-триггера DD13.2. Время появления положительного импульса на выходе элемента DD8.1 постоянно меняется, в зависимости от чисел, приходящих на входы компаратора. Предварительная установка D-триггера DD13.2 в исходное единичное состояние производится уровнем лог.0, приходящим с выхода элемента DD6.1 на вход «S» (вывод 10) триггера DD13.2 при совпадении на выходах четырёх младших разрядов Q1…Q4 счётчика DD2 уровней лог.1.

Пока состояния счётчика DD2 нарастают в диапазоне 0-256, на выходах элементов DD4.1…DD4.4 также формируется нарастающая последовательность двоичных комбинаций, потому что элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ DD4.1…DD4.4 работают как повторители логических уровней, благодаря уровню лог.0, приходящему на их объединённые входы. Поэтому время появления положительного импульса на выходе элемента DD8.1 возрастает, относительно момента формирования отрицательного импульса на выходе элемента DD6.1. Таким образом, на прямом выходе D-триггера DD13.2 (вывод 8) сначала уменьшается длительность отрицательного импульса, а на инверсном выходе соответственно длительность отрицательного импульса увеличивается. Поэтому сначала плавно зажигается светодиод HL1, а светодиод HL2 одновременно плавно погасает.

Когда счётчик DD2 достигнет 256-го состояния, уровень лог.1 с выхода «Q9» (вывод 12) переключит элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ DD4.1…DD4.4 в режим инверсии данных и на их выходах начнётся формирование убывающей последовательности двоичных комбинаций. Теперь время появления положительного импульса на выходе элемента DD8.1 начнёт уменьшаться, относительно момента формирования отрицательного импульса на выходе элемента DD6.1. Таким образом, на прямом выходе D-триггера DD13.2 (вывод 8) длительность отрицательного импульса начнёт возрастать, а на инверсном выходе соответственно длительность отрицательного импульса будет уменьшаться. Поэтому светодиод HL1 начнёт плавно погасать, а светодиод HL2 — плавно зажигаться. Всё вышесказанное относится к работе двухканального ШИМ-модулятора, управляющего противофазным переключением светодиодов HL1 и HL2.

Для увеличения числа каналов ШИМ-автомата до 18 предназначены регистры параллельного сдвига DD9…DD12 и D-триггеры DD14.1…DD17.2. Причём регистры включены попарно DD9/DD11 и DD10/DD12. Первая пара регистров DD9/DD11 стробируется импульсами с инверсного выхода мультиплексора DD5 (вывод 6) и предназначена для формирования импульсов синхронизации триггеров DD14.1…DD17.2. Вторая пара регистров DD10/DD12 стробируется импульсами с прямого выхода мультиплексора DD5 (вывод 5) и предназначена для формирования сигналов асинхронной предустановки в единичное состояние триггеров DD14.1…DD17.2.

Входными данными для первой пары регистров DD9/DD11 является сигнал с выхода компаратора (вывод 1 элемента DD8.1), но стробирование этих двух регистров происходит противофазным сигналом по отношению к сигналу синхронизации счётчика DD2. Таким образом, переключение регистров DD9/DD11 и счётчика DD2 происходит одновременно. Однако, информационный сигнал на входах «DR» и «&» (выводы 1 и 2) регистра DD9 ещё некоторое время остаётся неизменным, благодаря задержке переключения счётчика DD2, элементов DD4.1…DD4.4, DD7.1…DD7.4 и DD8.1. Что касается стробирования второй пары регистров DD10/DD12, то оно происходит одним и тем же синхросигналом, что и счётчика DD2, с прямого выхода мультиплексора DD5. Но переключение счётчика DD2 происходит отрицательным перепадом, а регистров DD10/DD12 — положительным перепадом синхроимпульса. Таким образом, обеспечивается необходимая синхронизация пар регистров DD9/DD11 и DD10/DD12 и линейки D-триггеров DD14.1…DD17.2.

Смена программ в автоматическом режиме достигается переключением SA1 в нижнее по схеме положение. При этом на вход счётчика DD3.2 поступают импульсы с выхода старшего разряда «Q10» счётчика DD2. После двукратного повторения цикла из 512 состояний ШИМ-модулятора состояние счётчика DD3.2 увеличивается на единицу, что приводит к переключению входов мультиплексора DD5. Тактовая частота на выходе мультиплексора изменяется в два раза согласно подключению соответствующего выхода счётчика DD3.1 к выходам мультиплексора.

Конструкция и детали. Автомат собран на печатной плате размерами 100x150 мм из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

В устройстве использованы постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечный — СП3-38б в горизонтальном исполнении, конденсаторы неполярные типа К10-17, оксидные — К50-35 или импортные. Все ИМС КМОП серий К561, К1561, КР1564, КР1554 заменимы на соответствующие аналоги CD4000AN, CD4000BN, 74HCxx, 74ACxx. Интегральный стабилизатор использован типа КР142ЕН5А (L7805). Диод VD1 может быть любым кремниевым средней мощности. Переключатель SA1 использован типа МТ-1. Для его распайки на плате предусмотрены отверстия соответствующей конфигурации. Светодиоды желательно использовать сверхъяркие диаметром 5 мм красного и зелёного цветов, размещённые в чередующейся последовательности.

Настройка автомата заключается в установке необходимой скорости переключения светодиодов подстройкой резистора R2 при показанном на схеме положении переключателя SA1. Период плавного противофазного включения-выключения светодиодов должен составлять около 0,5 секунды. При показанном на схеме положении SA1 счётчик DD3.2 при включении питания находится в исходном нулевом состоянии и на выход мультиплексора DD5 проходят импульсы с максимальной частотой генератора, которую необходимо установить примерно равной 2000 Гц. После установки необходимой частоты, настройку можно считать завершённой. Теперь переключатель SA1 можно перевести в нижнее по схеме положение, соответствующее переключению программ в автоматическом режиме. Автомат, собранный из исправных деталей и без ошибок, работает сразу при включении.

Теги:

Опубликована: 0 1
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (25) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Rino #
Плата должна быть односторонней пусть и с перемычками, тогда схему будут повторять, а так на микроконтроллере.
Ответить
+1
Алекс #
Это стетейка из серии "Лишь бы что-нибудб напечатать". Середина 70-х годов. Кто ж эту хрень сейчас будет делать? Да ещё на такой базе.
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Не нравится элементная база — сделайте на ПЛИС. Вы же не будете спорить, что ПЛИС сейчас намного круче микроконтроллера?! И,вообще, причём тут элементная база? Всё дело в самом алгоритме и его реализации! Соберите — не пожалеете! Выглядит очень красиво!
Ответить
0
dkg10 #
Вы же не будете спорить, что ПЛИС сейчас намного круче микроконтроллера?!
Буду спорить. Это совсем разные вещи. Их сравнивать нет смысла
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Если хочешь поспорить, вот ты возьми МК и сделай лучше, сфоткай и выложи на всеобщее обозрение! Никто и не сравнивает это жалкое убожество (МК) с современными ПЛИС. Как ни крути, а микроконтроллеры реализуют только последовательные алгоритмы, а на ПЛИС можно сделать всё, что угодно. На МК ты никогда такого не сделаешь!
Ответить
0
dkg10 #
а и вашей схемы то тоже никто не видел (в работе)
ближе к новогодним праздникам
Да и у вас в схеме там нет никаких плис (обычная СИС логика), а шуму то сколько!
Отредактирован 27.11.2018 11:24
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
В том-то всё и дело, что “логика средней степени интеграции” прекрасно реализуется на ПЛИС. Уж если так невтерпёж посмотреть видео, Вы можете собрать контроллер уже сейчас, не дожидаясь новогодних праздников (время ещё есть).
Ответить
0
dkg10 #
Середина 70-х годов.
Как будто он в чулан полез, достал плату оттуда, сдул пыль и решил...статью написать
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
А насчёт “чулана” Вы явно перегибаете. ПЛИС (как элементная база) и Схемотехника — это технологии будущего. Разум когда-нибудь победит и о ваших микроконтроллерах все забудут как о кошмарном сне.
Ответить
0
Юрий Владимирович #
Уточните, выходной каскад нагружен только на одиночные светодиоды? А как подключить гирлянды, с сохранением всех эффектов? Через диодный мост и полевики? Хотелось бы украсить свой коттедж 18ю гирляндами! Какие изменения нужно внести? Какие доработки?
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Да, на выходах только по одному светодиоду. Нагрузочная способность триггеров КР1554ТМ2 порядка 24 мА. Для управления более мощными гирляндами можно включить транзисторные или тиристорные ключи по классическим схемам, естественно, дополнив диодным мостом с фильтрующим конденсатором (для транзистрного варианта). Для тиристорного варианта конденсатор не понадобится. Также можно использовать оптроны для управления тиристорами. Светодиоды будут включаться в цепочку последовательно.
Ответить
0
dkg10 #
КР1554ТМ2 порядка 24 мА
Нет не так.- 25 входов КМОП , а не 24мА
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Входы КМОП в статике ничего не потребляют. Речь идёт именно о статической нагрузке и для КР1554ТМ2 это 24 мА. Прежде, чем писать здесь всякие бредни - читайте даташиты!
Ответить
0
dkg10 #
Ну да, извиняюсь, перепутал эту серию с К564
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Вы перепутали не серии ИМС, а нагрузочную способность выходов в статике и динамике. Вы говорите о динамической нагрузочной способности КМОП-выхода, а нужно говорить о статической нагрузочной способности, которая для КР1554ТМ2 составляет как раз 24 мА. Учите схемотехнику!
Отредактирован 06.12.2018 21:53
Ответить
0
kuvechechen #
Но с симисторами ШИМа не будет же? Так что высоковольтные полевики придется, и питать постоянкой все
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Да, конечно же, для корректного воспроизведения ВСЕХ эффектов необходимо использовать именно транзисторные ключи.
Ответить
0
Михаил #
Это почему с симисторами не будет? Если обычную лампу накаливания или диммируемую сберегайку - можно и светодиодную лампочку как и ленту светодиодную- диммируемую ,А для ленты и тиристор подойдёт .Ну а управлять оптопарой,как говорили.
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Всё дело в том, что симистор (или тиристор) выключается только при переходе напряжения через ноль. (Будучи открытым, симистор становится неуправляемым.) Частота ШИМ слишком высокая для полноценного воспроизведения всех эффектов при помощи симистора, даже при использовании управляющих оптосимисторов с коммутацией в любой момент времени (без идентификации нуля). Поэтому для корректного воспроизведения всех эффектов необходимо использовать именно транзисторные ключи и питать гирлянды постоянным напряжением (с конденсатором на выходе диодного моста).
Ответить
0
andro #
Интересно посмотреть видео как это работает.
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Видео получится записать только ближе к новогодним праздникам (сейчас ёлка и гирлянды пока в разобранном состоянии).
Ответить
0
Алекс #
Вопрос автору! Как можно увеличить число каналов, к примеру, до 32?
Ответить
0

[Автор]
Borisenko #
Для этого необходимо к незадействованным выходам регистров КР1564ИР8 подключить дополнительное число D-триггеров КР1554ТМ2, аналогично тому, как показано на схеме.
Ответить
0
Алексей #
Эх, помниться 12 канальную цветомузыку собирал. На Триггерах К155ТМ2 и логике К155ЛА3 с тиристорным выходом. Схему сам рисовал и паял без всякой печатки. Клеил на фанерку ногами вверх, соединял ноги проводами.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор для сборки - LED лампа
Набор для сборки - LED лампа
ELM327 OBD II — адаптер с поддержкой CAN Мультиметр DT9205A
вверх