Светодинамические установки

October 11, 2012 by admin Комментировать »

Автоматы световых эффектов одни из самых распространенных устройств, реализуемых радиолюбителями. Они широко используются для переключения елочных гирлянд, оформления клубных помещений и световой рекламы. Рассмотрим несколько вариантов выполнения устройств указанного назначения, различающихся по степени сложности, реализуемым световым эффектам и используемой элементной базе.

Простейшие однопрограммные автоматы могут быть реализованы на тактируемых D-триггерах, регистрах, счетчиках и дешифраторах. Ниже дано описание нескольких устройств, реализация которых доступна начинающим радиолюбителям.

На рис. 17а приведена принципиальная схема автомата «бегущая тень», основным узлом которого является кольцевой сдвигающий регистр, выполненный на четырех тактируемых D-триггерах (DD2, DD3). Кроме того, автомат содержит тактовый генератор на элементах DD1.1-DD1.3, частота которого определяет скорость выполнения светового эффекта, электронные ключи на транзисторах VT1-VT4, усилитель мощности на тринисторах VS1-VS4. Питание усилителя мощности целесообразно осуществлять пульсирующим напряжением, которое легко получить, используя любой двухполупериодный выпрямитель сетевого напряжения. Временные диаграммы напряжений на элементах схемы изображены на рис. 176.

Устройство работает следующим образом. Первоначально нажатием на кнопку SB1 «Установка» триггер DD2.1 устанавливается в единичное, а остальные триггеры в нулевое состояние (момент ti на рис. 176). В результате открыт транзистор VT1, а транзисторы VT2-VT4 закрыты. Как следствие, в цепях управления тринисторами VS2-VS4 течет ток, отпирающий эти тринисторы. Горят лампы EL2-EL4. После отпускания кнопки SB1 (момент t2) по фронту каждого последующего импульса тактового генератора информация на выходе регистра сдвигается «по кольцу» на одну позицию (рис. 176). Соответственно, на одну позицию сдвигается положение несветящейся лампы, и на световых индикаторах реализуется эффект «бегущая тень».

С помощью описанного автомата можно реализовать световой эффект «бегущий огонь». Для этого достаточно, например, подключить резисторы в цепях базы транзисторов VT1-VT4 к инверсным выходам триггеров DD2.1, DD2.2, DD3.1 и DD3.2.

Другой вариант автомата «бегущий огонь» реализован на универсальном регистре К155ИР1 (рис. 18а). Чтобы не загружать поле чертежа изображением транзисторно-тринисторных ключей для управления ламповыми гирляндами, в этой и последующих схемах в качестве световых индикаторов использованы светодиоды. Вместо светодиодов могут использоваться лампы, и в этом случае необходимо либо использовать выходные усилители, изображенные на схеме рис. 17а, либо другие варианты усилителей мощности, описанные в [15, 33]. Временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства, изображены на рис. 186. Устройство работает следующим образом. При нажатии кнопки SB1 «Установка» (момент ti) на вход V2 регистра подается высокий уровень, и регистр работает

Рис. 17. Автомат «Бегущая тень»:

а принципиальная схема; б временные диаграммы напряжений

в режиме параллельной записи информации с входов D1-D4 по тактам, подаваемым на вход С2. В результате при поступлении отрицательного перепада напряжения на вход С2 в младший разряд регистра записывается низкий, а в остальные разряды высокий уровень. Как следствие, загорается светодиод HL1, остальные светодиоды гаснут. После отпускания кнопки SB1 (момент t2) регистр переходит в режим последовательного сдвига информации по импульсам, подаваемым на вход С1. При этом в младший разряд записывается информация со входа V1. Так как регистр выполнен кольцевым (выход старшего разряда соединен со входом V1), то информация на выходах регистра по каждому тактовому импульсу сдвигается на один разряд. В результате наблюдается световой эффект «бегущий огонь».

На рис. 19а,б изображены схема и временные диаграммы напряжений автомата, реализующего два световых эффекта: «накапливающееся включение» и «накапливающееся выключение». «Сердцем» этого устройства является сдвиговой регистр, реализованный на D-триггерах с входами принудительной установки. Однако, в отличие от схемы на рис.17а, с входом D первого триггера соединен не прямой, а инверсный выход четвертого триггера. Устройство работает следующим образом. Первоначально нажатием кнопки SB1 «Установка» все триггеры устанавливаются в нулевое состояние, на их инверсных выходах формируются высокие уровни напряжения, и все светодиоды гаснут. На D-вход триггера DD1.1 поступает высокий, а на D-входы остальных триггеров низкий уровень. В результате по фронту тактового импульса, следующего за моментом t2 отпускания кнопки SB1, триггер DD1.1 установится в единичное состояние, а состояние других триггеров не изменится. Как следует из рис. 196, высокий уровень на инверсном выходе триггера DD2.2 сохраняется в течение четырех тактов, после чего состояние триггера меняется на противоположное. В результате в блоке индикации последовательно загораются сначала один, а затем два, три и, наконец, четыре светодиода. Реализуется световой эффект «накапливающееся включение». После того, как триггер DD2.2 перейдет в единичное состояние, на D-вход триггера DD1.1 подаётся шзкий уровень, и по фронту очередного тактового Импульса это?триггер установится в нулевое состояние. На инверсном выходе триггера формируется высокий уровень, и светодиод HL1 гаснет. В послёдующие моменты оказываются погашены первые два, затем три, и, наконец, все четыре светодиода. Реализуется световой эффект «накапливающееся выключение». В дальнейшем указанные световые эффекты циклически повторяются,

Рис. 19. Автомат «Накапливающееся включение-накапливающееся выключение» с использованием D-триггеров:

а принципиальная схема; б временные диаграммы напряжений

Рис 20 Автомат «Накапливающееся включение-накапливающееся выключение» с использованием универсального регистра

Подобные световые эффекты могут быть получены и в автомате, реализованном на универсальном регистре КР1533ИР13 (рис. 20). При этом число источников света можно увеличить до восьми без увеличения аппаратных затрат. На входы выбора режима подается информация SR=1, SL=0, соответствующая режиму «сдвиг вправо». Нажатием на кнопку SB1 регистр обнуляется, и загораются светодиоды HL1-HL8. На вход DR, информация с которого в режиме последовательной записи заносится в младший разряд регистра, с выхода инвертора подается высокий уровень. Поэтому по импульсам тактового генератора, подаваемым на вход синхронизации С, регистр в режиме сдвига будет «заполняться» логическими 1. Число логических 1 , записанных в регистр, по каждому тактовому импульсу увеличивается на 1. На светодиодных индикаторах наблюдается эффект «накапливающееся выключение». После того, как высокий уровень окажется записанным в старший разряд регистра, на входе DR появится низкий уровень. В последующем регистр будет последовательно «заполняться» логическими 0. При этом число логических 0 , записанных в регистр, по каждому тактовому импульсу будет увеличиваться на 1. На светодиодных индикаторах будет наблюдаться эффект «накапливающееся включение». В дальнейшем эти циклы будут повторяться.

В [63] описан автомат световых эффектов, «бегущий огонь с реверсом», реализованный на реверсивном счетчике, дешифраторе и логических элементах. Аппаратные затраты можно снизить в 1,5 раза, используя схемное решение на рис. 21а. Временные диаграммы напряжений на элементах схемы приведены на рис. 216. Автомат работает следующим образом. По нажатию кнопки SB1 «Установка» регистр DD2 обнуляется. За счет подачи низких уровней на входы R и S триггер DD1.1 переводится в запрещенный режим, при котором на прямом и инверсном выходах формируются высокие уровни. Подача высоких уровней на входы SR и SL регистра обеспечивает его работу в режиме параллельной записи. По фронту очередного тактового

Рис. 12. Принципиальная схема отгадчика двузначных чисел

Рис. 13. Передняя панель отгадчика двузначных чисел

Рис. 21. Автомат «Бегущий огонь» с реверсом, а принципиальная схема; б *временные диаграммы напряжений

импульса, следующего за отпусканием кнопки SB1, на выходы регистра переписывается информация со входов D1-D8. В результате в младший разряд записывается уровень логического 0, а в остальные разряды уровень логической 1. Загорается светодиод HL1. За счет подачи низкого уровня на R-вход и высокого на S-вход триггер DD1.1 устанавливается в нулевое состояние. Подачей уровней SL=0 и SR=1 регистр DD2 переводится в режим сдвига вправо. В результате по каждому тактовому импульсу, поступающему на вход С, положение горящего светодиода в линейке HL1-HL8 будет смещаться на одну позицию вправо. Наблюдается эффект «бегущего огня». Это будет продолжаться до тех пор, пока не загорится светодиод HL8. В этом случае на входы триггера DD1.1 подается информация R=1, S=0, и триггер переключается в единичное состояние. На входы выбора режима регистра DD2 подается информация SR=0, SL=1, и регистр переключается в режим сдвига влево. Положение горящего светодиода в блоке индикации HL1-HL8 смещается по каждому тактовому импульсу генератора на одну позицию влево. Наблюдается световой эффект «реверс бегущего огня». Это продолжается до тех пор, пока низкий уровень не появится на выходе младшего разряда регистра. Триггер DD1.1 вновь устанавливается в нулевое состояние, а уровни на его выходах переключают регистр в режим «сдвиг вправо». В последующем эти циклы будут повторяться. Путем инвертирования информации на входах D1-D8 регистра DD2 можно получить эффекты «бегущая тень» и «реверс бегущей тени».

Одним из перспективных направлений в разработке автоматов световых эффектов является расширение их функциональных возможностей за счет увеличения числа воспроизводимых эффектов и автоматического перебора программ переключения источников света [12, 15, 22, 34].

Рассмотрим устройство многофункционального автомата световых эффектов со следующими техническими данными:

–        общее число световых эффектов 32;

–        число коммутируемых источников света 8.

Кроме того, в автомате обеспечены возможности:

–         программирования световых эффектов по желанию пользователя;

–         контроля исправности всех ламп в блоке индикации;

–         многократного повторения понравившегося светового эффекта;

–         возобновления работы устройства в автоматическом режиме.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 22. Автомат

содержит тактовый генератор на элементах DD1.2-DD1.4, трехразрядный двоичный счетчик шагов в световом эффекте (DD2.1), пятиразрядный двоичный счетчик числа эффектов (DD2.2, DD3), коммутатор на логических элементах DD4.1, DD4.2, управляемый RS-триггером (DD4.3, DD4.4), блок памяти (DD5), блок управления и коммутации U1-U4, усилители мощности (VS1-VS8), нагрузкой которых являются лампы накаливания EL1-EL8.

Автомат работает следующим образом. При включении питания конденсатор С1 разряжен и напряжение на нем равно, нулю. Высоким уровнем с выхода элемента DD1.1 обнуляются счетчики DD2, DD3. В последующем конденсатор С1 заряжается практически до напряжения источника питания, и напряжение на выходе элемента DD1.1 принимает низкий уровень, разрешающий работу счетчиков DD2, DD3. Задающий генератор вырабатыва

Рис. 22. Принципиальная схема многофункционального автомата световых эффектов

ет импульсы, частоту которых можно изменять резистором R1 «Темп» в пределах 2…6 Гц. Эти импульсы поступают на трехразрядный двоичный счетчик числа шагов в световом эффекте, выходы которого подключены к входам А0-А2 ПЗУ DD5. Изменение кода на выходах счетчика DD2.1 при

неизменных уровнях на остальных входах ПЗУ DD5 обеспечивает формирование одного светового эффекта. Импульсы с выхода старшего разряда счетчика DD2.1 проходят на вход счетчика DD2.2, DD3 через коммутатор DD4.1, DD4.2 только в том случае, если на нижний по схеме вход элемента DD4.2 с выхода RS-триггера (DD4.3, DD4.4) подается высокий уровень. В свою очередь, RS-триггер находится в единичном состоянии, если тумблер SA1 «Режим» установлен в положение «Автомат». Таким образом, в автоматическом режиме после завершения каждого светового эффекта на выходе старшего разряда счетчика DD2.1 формируется отрицательный перепад напряжения, который увеличивает выходной код счетчика DD2.2, DD3 на 1. В результате осуществляется монотонный перебор 32 световых эффектов. Если переключатель SA1 «Режим» поставить в положение «Эффект», то триггер на элементах DD4.3, DD4.4 устанавливается в нулевое состояние и выходной код счетчика DD2.2, DD3 в дальнейшем остается неизменным. На индикаторах постоянно воспроизводится тот световой эффект, который выполнялся в момент переключения тумблера SA1. Если тумблер SA1 вновь установить в положение «Автомат», то автоматический перебор световых эффектов возобновляется. При нажатии на кнопку SB1 «Контроль» на вход А8 ПЗУ DD5 подается высокий уровень. ПЗУ запрограммировано таким образом, что при этом на всех выходах ПЗУ формируется низкий уровень, обеспечивающий включение всех ламп для контроля их исправности. Принцип управления тринисторами VS1-VS8 состоит в следующем. Если на выходе ПЗУ формируется низкий уровень напряжения, то светодиод светится и отпирает оптически связанный с ним фототранзистор. При этом через управляющий переход тринистора течет ток, тринистор отпирается и включает лампу накаливания (или группу ламп). При высоком уровне напряжения на выходе ПЗУ светодиод не светится, тринистор закрыт и ток через нагрузку отсутствует Следует отметить, что ток через лампу течет только в течение положительного полупериода сетевого напряжения. Поэтому для обеспечения полной яркости свечения ламп цепь “тринистор-нагрузка” следует подключить к выходу двухполупериодного выпрямителя напряжения. Максимальный ток нагрузки в каждом из каналов составляет 2 А. Автомат содержит два источника питания: стабилизированный 5 В, 0,5 А для микросхем и нестабилизированный 9 В, 200 мА для питания оптронных ключей. Отметим, что описанная схема управления тринисторами с помощью оптронных ключей значительно предпочтительнее транзисторной схемы управления (см. рис. 17), так как отсутствие гальванической связи между устройством управления и усилителем мощности исключает возможность подачи сетевого напряжения на устройство управления в случае выхода тринистора из строя.

Карта программирования ПЗУ на 12 световых эффектов приведена в табл. 9. Читателям предлагается самим дополнить таблицу программирования с целью реализации всех 32 световых эффектов. Конкретный набор программ в конце концов определяется эстетическими запросами и фантазией пользователя. В производственных условиях ПЗУ программируют чаще всего с помощью программаторов, в память которых заносят необходимую программу. В любительских условиях возможно использование ручного программатора [24, 27]. Следует отметить, что описанное устройство может

использоваться и в сочетании с цветомузыкальной установкой при условии, что она имеет восемь независимых каналов. Такая комбинация позволяет получать разнообразные аудиовизуальные программы высокой сложности.

Таблица 9

Адрес

16-ричный

Код выходной

Эффект

Адрес

16-ричный

Код выходной

Эффект

двоичный

16ричный

двоичный

16ричный

00

11111110

FE

Бегущий огонь

10

11111110

FE

Накапливающееся включение

01

11111101

FD

11

11111100

FC

02

11111011

FB

12

11111000

F8

03

11110111

F7

13

11110000

F0

04

11101111

EF

14

11100000

Е0

05

11011111

DF

15

11000000

СО

06

10111111

BF

16

10000000

80 1

07

01111111

7F

17

00000000

00

08

01111111

7F

Реверс бегущего огня

18

00000000

00

Реверс накапливающегося включения

09

10111111 1

BF

19

10000000

80

11011111

DF

11000000

со

ОВ

11101111

EF

11100000

Е0

ОС

11110111

F7

1C

11110000

F0

0D

11111011

FB

1D

11111000

F8 1

11111101

FD

11111100

FC

0F

11111110

FE

1F

11111110

FE

20

00000000

00

Попеременное включение и выключение

30

00000001

01

Бегущая тень

21

11111111

FF

31

00000010

02

22

00000000

00

32

00000100

04

23

11111111

FF

33

00001000

08

24

00000000

00

34

00010000

10

25

11111111

FF

35

00100000

20

26

00000000

00

36

01000000

40

27

11111111

FF

37

10000000

80

28

11111111

FF

38

10000000

80

>s

29

01111110

39

01000000

40

1

10111101

BD

ω

о

ЗА

00100000

20

(D

11011011

DB

JD Ф

ЗВ

00010000

10

Ю

11100111

Е7

5 1

ЗС

00001000

08

2D

11011011

DB

II

3D

00000100

04

О

О.

10111101

BD

£ 1

ЗЕ

00000010

02

(D г

8 s

2F

01111110

Д. X

CI ш

3F

00000001

01

о! £

Окончание табл. 9

Адрес

16-ричный

Код выходной

Эффект

Адрес

16-ричный

Код выходной

Эффект

двоичный

16ричный

двоичный

16ричный

40

00000001

01

Накаплива

ющееся

выключение

50

11111111

FF

S

>s

о

m

«ί

fl>

s

£

0)

ω

41

00000011

03

51

11111100

FC

42

00000111

07

52

11111001

F9

43

00001111

0F

53

11110011

F3

44

00011111

1F

54

11100111

Е7

45

00111111

3F

55

11001111

CF

46

01111111

7F

56

10011111

9F

47

11111111

FF

57

00111111

3F

48·

01111111

7F

го

58

00111111

3F

49

00111111

3F

m

S

59

10011111

9F 1

X

00011111

1F

с;

С

11001111

CF

s

00001111

OF

09 (Г

Л 1

11100111

Е7

1

00000111

07

= к ю

11110011

F3

ID

4D

0000001t

03

о У J а. о 2

5D

11111001

F9

О

CL *

л %

00000001

01

3? <ΐί Ц CQ д2

<D э 7j

11111100

FC

ν <d 03 о <D QQ

4F

00000000

00

О2 ш

5F

11111111

FF

Q. «ί

Источник: Фромберг Э. М., Конструкции на элементах цифровой техники. М.: Горячая линия-Телеком, 2002. 264 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1249).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты