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
Адрес 16-ричный	двоичный	16ричный	Эффект	Адрес 16-ричный	двоичный	16ричный	Эффект
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
0А	11011111	DF		1А	11000000	со
ОВ	11101111	EF		1В	11100000	Е0
ОС	11110111	F7		1C	11110000	F0
0D	11111011	FB		1D	11111000	F8 1
0Е	11111101	FD		1Е	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	7Е		39	01000000	40	1
2А	10111101	BD	ω о	ЗА	00100000	20	(D
2В	11011011	DB	JD Ф	ЗВ	00010000	10	Ю
2С	11100111	Е7	5 1	ЗС	00001000	08
2D	11011011	DB	II	3D	00000100	04	О О.
2Е	10111101	BD	£ 1	ЗЕ	00000010	02	(D г 8 s
2F	01111110	7Е	Д. X CI ш	3F	00000001	01	о! £

Окончание табл. 9

Адрес 16-ричный	Код выходной		Эффект	Адрес 16-ричный	Код выходной		Эффект
Адрес 16-ричный	двоичный	16ричный	Эффект	Адрес 16-ричный	двоичный	16ричный	Эффект
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
4А	00011111	1F	с; С	5А	11001111	CF	s
4В	00001111	OF	09 (Г Л 1	5В	11100111	Е7	1
4С	00000111	07	= к ю	5С	11110011	F3	ID
4D	0000001t	03	о У J а. о 2	5D	11111001	F9	О CL * л %
4Е	00000001	01	3? <ΐί Ц CQ д2 <D э 7j	5Е	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).

Нравится

Светодинамические установки

Похожие посты:

Оставить комментарий