|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Автономний 32-канальний програмований світлодинамічний пристрій з послідовним інтерфейсом. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Освітлення Світлодинамічні пристрої знаходять широке застосування для естетичного оформлення барів, дискотек, казино, святкової ілюмінації, в автомобільній електроніці (для управління стоп-сигнальними "вогнями"), а також для організації світлової реклами. СДУ з програмованими алгоритмами дозволяють реалізовувати велике різноманіття світлодінамічних ефектів і керувати програмою великою кількістю світлових елементів. Такий пристрій можна виконати, наприклад, на одному мікроконтролері та декількох регістрах, як інтерфейсні схеми, для управління набором світлових елементів. Але, незважаючи на простоту схемотехнічних рішень, виготовлення таких пристроїв в умовах лабораторії радіоаматорської обмежено, через неминучість використання дорогого програматора або комп'ютера. З іншого боку, застосування поширених мікросхем стандартної логіки дозволяє побудувати повністю автономний багатоканальний світлодинамічний пристрій з інтегрованим програматором, що не вимагає використання жодних додаткових програматорів, або комп'ютера, зокрема. Це дозволяє лише за кілька хвилин перепрограмувати набір світлодінамічних ефектів у автономному режимі. Застосування послідовного інтерфейсу, реалізованого в даному пристрої, дозволяє керувати одночасно і синхронно декількома гірляндами світлових елементів за трьома сигнальними лініями (не рахуючи загального дроту), загальна довжина яких може досягати 100 м.
Загальні відомості Програмоване автономне 32-канальне СДУ є удосконаленим варіантом пристрою, опублікованого в [1], і дозволяє керувати незалежно кожним із 32 світлових елементів гірлянди по 3 з'єднувальних лініях послідовного інтерфейсу. У модернізованому варіанті пристрою враховано всі особливості роботи контролера на неузгоджені лінії великої довжини. Така побудова СДУ дозволяє нарощувати кількість елементів з мінімальними апаратними витратами без збільшення джгута проводів і розташовувати гірлянду на великій відстані від основної плати контролера. Різноманітність світлодинамічних ефектів не обмежена та залежить від уяви користувача. У такій архітектурі закладено потенційну можливість нарощування числа світлових елементів без істотної зміни протоколу послідовного інтерфейсу. (Про це буде сказано нижче). У переважній більшості конструкцій світлодинамічних пристроїв реалізовано управління кожним світловим елементом безпосереднім його підключенням за допомогою окремого провідника сигнального до основної плати контролера. Але, як правило, такі пристрої дозволяють керувати лише невеликою кількістю елементів [2]. Нарощування їх числа потребує використання додаткових мікросхем пам'яті та відповідного збільшення джгута дротів. Це призводить до значного ускладнення, як схемотехнічної частини, так і програмного коду, необхідного для "прошивки" кількох мікросхем пам'яті. Крім того, у такому варіанті неможливо керувати набором світлових елементів, віддалених від основної плати контролера на значну відстань. Практика повторення світлодинамічних пристроїв, наприклад [2], показує, що прошивки, що публікуються, на жаль, далекі від досконалості і містять грубі помилки. Адже користувач очікує результатом роботи пристрою отримати саме естетичний візуальний ефект. Тому такий підхід до розробки програмного коду геть-чисто відбиває бажання повторювати програмовані світлодинамічні пристрої, незважаючи на велику різноманітність ефектів, що реалізуються програмним способом. Пропонований пристрій позбавлений цього недоліку, і, перш ніж записати в пам'ять поточну світлодинамічну комбінацію, вона відображається на контрольній лінійці світлодіодів, що дозволяє виключити можливі помилки, які можуть бути допущені користувачем в процесі програмування. Розв'язанням задачі збільшення числа та управління набором світлових елементів, розташованим на великій відстані від основної плати контролера, є застосування послідовного інтерфейсу між основною платою та гірляндою, що складається з регістрів, безпосередньо до виходів яких і підключаються світлові елементи. У такому пристрої передачі даних у вихідні регістри проводиться протягом дуже короткого проміжку часу з тактовою частотою близько 12,5 КГц (при тактовій частоті ВЧ-генератора 100 КГц). Пакети даних йдуть один за одним із частотою близько 10 Гц, що призводить до зміни світлодинамічних комбінацій. Оскільки час оновлення даних у регістрах дуже мало: 80 мкс x 32 імпульсу = 2,56 мс, зміна комбінацій відбувається візуально непомітно, що створює ефект їх безперервного відтворення. Лінія виконується джгутом із 4 багатожильних провідників, включаючи "загальний" провід, при довжині лінії до 10 метрів, і джгутом із 7 багатожильних провідників, при довжині від 10 до 100 метрів. У другому випадку, кожен сигнальний провідник ("Дані", "Синхронізація", "Роздільна здатність індикації") виконується "витою парою", другий провідник якої заземлюється з обох боків лінії, і, після цього, всі провідники об'єднуються в один джгут. Як відомо, багаторазові відображення сигналу, що виникають у довгих неузгоджених лініях, а також інтерференційна взаємодія двох сигнальних ліній, що входять в один джгут, за певних умов, можуть призвести до помилок у передачі даних, що у випадку світлодинамічної системи означає порушення естетичного ефекту. Це накладає обмеження на довжину сполучної лінії і пред'являє жорсткі вимоги до стійкості до перешкод системи, що використовує послідовний інтерфейс.
Перешкодостійкість системи, що використовує послідовний інтерфейс, залежить від багатьох факторів: частоти і форми імпульсів сигналу, що транслюється, часу між змінами рівнів (шпаруватості) імпульсів, питомої ємності провідників лінії, що входять в джгут, еквівалентного опору лінії, а також вхідного опору приймачів сигналу драйверів. Відомо, що головним критерієм стійкості до перешкод є значення порогової напруги перемикання логічних елементів [3]. За граничну напругу перемикання інвертуючого логічного елемента приймається таке значення, при якому на виході елемента встановлюється напруга, що дорівнює вхідному. Для мікросхем ТТЛ-структури (серії К155) це значення становить приблизно 1,1 при типовому значенні напруги живлення 5 В [3]. Застосування таких мікросхем у пристроях передачі та прийому даних по довгих неузгоджених лініях не дозволяє отримати прийнятну завадостійкість навіть при роботі на лінії невеликої довжини (5 м). Справа в тому, що багаторазові відображення сигналу, амплітуда яких навіть трохи перевищує значення порогової напруги перемикання логічних елементів (1,1), призводять до багаторазового перемикання вихідних регістрів, а значить до помилок передачі даних. Застосування більш досконалих ІМС ТТЛШ-структури (серії КР1533) не вирішує проблеми, оскільки гранична напруга для них ненабагато більша і становить всього 1,52 при стандартному напрузі живлення [3]. Щоб частково компенсувати відбитий сигнал часто використовують звичайні RC-фільтри (так звані інтегруючі ланцюжки), але вони самі і вносять спотворення сигнал, що передається, штучно збільшуючи часи наростання і спаду фронтів сигналу. Тому такий спосіб малоефективний, і, в кінцевому рахунку, призводить тільки до збільшення сумарної паразитної ємності лінії, що створює додаткове навантаження на мікросхеми трансляторів сигналів на передавальній стороні лінії. Є ще одна проблема, пов'язана із застосуванням RC-фільтрів. Зі збільшенням часів наростання та спаду фронтів сигналу, збільшується і час "перебування" керуючого сигналу поблизу "небезпечного" порогового рівня напруги перемикання логічного елемента, що, у свою чергу, призводить до зростання ймовірності хибного перемикання вихідного регістру під дією сигналу перешкоди. У разі застосування мікросхем структури КМОП серії КР1564, симетричні передатні характеристики забезпечують стійкість перешкод на рівні 45% від напруги джерела живлення, що близько до ідеального значення (50%), причому перешкодостійкість системи зростає зі збільшенням напруги джерела живлення, оскільки зростає амплітуда сигналу, що транслюється.
Сучасна елементна база - швидкодіючі КМОП мікросхеми, що мають високу навантажувальну здатність і максимальну завадостійкість (їх порогова напруга перемикання практично дорівнює половині напруги живлення) - дозволяють побудувати СДУ з послідовним інтерфейсом, довжина з'єднувальних ліній якого, враховуючи ділянки, що з'єднують регістри100 м навіть при використанні звичайної кручений пари (ніяких екранованих провідників!). Крім того, для трансляції сигналів у лінію використані потужні буферні елементи з тригерами Шмітта типу КР1554ТЛ2, висока здатність навантаження яких дозволяє безпосередньо керувати ємнісним навантаженням.
Ефекти впливу довгих неузгоджених ліній починають виявлятися, коли часи затримок поширення сигналу вздовж лінії і назад починають перевершувати тривалість фронтів наростання та спаду сигналу. Будь-які невідповідності між еквівалентним опором лінії та вхідним опором логічного елемента на приймальній стороні лінії або вихідного опору драйвера на передавальній стороні призводять до багаторазового відображення сигналу. Типове значення часів наростання та спаду фронтів сигналу для мікросхем серії КР1564 становить менше 5 нс, тому ефекти впливу довгих неузгоджених ліній починають виявлятися за її довжини кілька десятків сантиметрів. Знаючи характеристики лінії передачі, такі як повна вхідна та питома ємність на одиницю довжини, можна обчислити час затримки поширення сигналу по всій довжині лінії. Типове значення часу затримки поширення сигналу становить 5-10 нс/м. Якщо довжина сполучної лінії досить велика і тривалість фронтів наростання та спаду сигналу досить мала (тобто висока крутість), невідповідність еквівалентного опору лінії та вхідного опору логічного КМОП елемента на приймальній стороні створює відображення сигналу, амплітуда якого залежить від миттєвого значення напруги, прикладеного до входу елемента, і коефіцієнта відображення, який, у свою чергу, залежить від еквівалентного опору лінії і вхідного опору вхідного логічного елемента. Оскільки вхідний опір елементів мікросхем серії КР1564 багаторазово перевершує еквівалентний опір лінії, виконаної кручений парою або екранованим провідником, відбита напруга на вході приймача подвоюється. Цей відбитий сигнал поширюється вздовж лінії назад до передавача, де він знову відбивається, і процес повторюється до згасання сигналу. Перевага мікросхем структури КМОП, завдяки їх високій здатності навантаження (серія КР1554), полягає в можливості безпосередньо управляти навантаженням, що має ємнісний характер. Збалансовані (симетричні) вольтамперні передатні характеристики елементів цих мікросхем дозволяють отримати практично однакові часи фронтів наростання та спаду сигналу. Крім того, для трансляції сигналів в лінію та прийому можна використовувати буферні елементи на основі тригерів Шмітта, які відновлюють прямо прямокутну форму спотвореного сигналу, і тим самим, виключають помилкове спрацьовування регістрів. Крім того, наявність гістерези на передавальної характеристиці (при напрузі живлення 5 В для ІВ КР1564ТЛ2 це значення становить приблизно 400 мВ) створює додатковий запас перешкодостійкості [3]. Схема електрична принципова Пристрій містить два паралельно включені регістри. Один із них - контрольний, встановлений на основній платі пристрою. До виходів його мікросхем (DD18 - DD21) підключені світлодіоди, якими проводиться візуальне спостереження процесу програмування. Другий – вихідний регістр (DD23, DD25, DD27, DD29) – є керуючим для гірлянди виносних елементів. Обидва регістри працюють синхронно, але у процесі програмування бере участь лише з них. Управління вихідним регістром, отже, і завантаження даних, здійснюється за сигнальними лініями послідовного інтерфейсу: "Дані", "Синхронізація" і "Дозвол індикації". Третя лінія – допоміжна, цей сигнал короткочасно відключає виходи ІМС всіх регістрів на час завантаження поточної комбінації, що виключає ефект мерехтіння малоінерційних світлодіодів. Таким чином, гірлянда виносних елементів підключається до основної плати пристрою (не рахуючи екрануючих (необхідних тільки при довжині лінії більше 10 м), що становлять пару кожному сигнальному провіднику) всього чотирма проводами: "Дані", "Синхронізація", "Дозвіл індикації" та " Загальний. Завдяки застосуванню послідовного інтерфейсу така побудова пристрою дозволяє нарощувати кількість світлових елементів з мінімальними апаратними витратами без суттєвого ускладнення протоколу. Максимальна їх кількість обмежена лише завадостійкістю лінії зв'язку і здатність навантаження джерела живлення. При зазначених номіналах часзадаючих елементів C4R12 тактового ВЧ-генератора, зібраного на елементах DD3.3, DD3.4, і встановленні движка підстроювального резистора R13 в положення, що відповідає максимальному опору (що відповідає частоті ВЧ-генератора FT=20 КГц) лінії крученими парами проводів, її довжина може досягати 100 метрів. У пристрої використана ІМС енергонезалежної пам'яті з електричним стиранням (ЕСППЗУ) об'ємом 16 Кбіт (16384 біта) типу AT28C16-15PI. Об'єм пам'яті, що відповідає одній комбінації, становить 32 біти. Повний цикл формування світлодинамічного ефекту, наприклад, "вогню, що біжить" складається з 32-х комбінацій. Таким чином, обсяг пам'яті, займаний таким ефектом, становить 32х32=1024 біта, отже, максимальна кількість ефектів цього типу, які одночасно можуть бути записані в ЕСППЗУ, становить 16384/1024=16. Слід враховувати, що зазначений ефект є найбільш ресурсомістким, тому реальна кількість світлодинамічних ефектів, які займають менше адресного простору ЕСППЗУ, може бути значно більшою. Для отримання більшої кількості ефектів, при постійному числі елементів гірлянди, обсяг пам'яті може бути збільшений, наприклад, до 64 Кбіт заміною ІМС ЕСППЗУ на AT28C64-15PI і збільшенням розрядності адресного лічильника. Процес програмування досить простий і зручний: він послідовним натисканням трьох кнопок. Завдання комбінації світловипромінюючих елементів виконується послідовним натисканням двох кнопок: SB1 - "Запис "0" та SB2 - "Запис "1", яким відповідає введення на лінійку включеного та вимкненого світлодіодів. Запис "нуля" відповідає саме включений світлодіод, оскільки цей рівень з'являється на відповідному виході регістра. Світлодіодна комбінація, що записується в регістри, зсувається праворуч на один розряд безпосередньо після чергового натискання будь-якої із зазначених кнопок. Запис в ЕСППЗУ сформованої комбінації здійснюється за одноразовим натисканням кнопки SB3 - "Збереження комбінації". При цьому автоматично формується послідовність імпульсів, при якій відбувається запис ЕСППЗУ поточного стану контрольного регістру. Слід особливо наголосити, що такий алгоритм програмування дозволяє повністю виключити можливі помилки, які можуть бути допущені користувачем у процесі програмування, оскільки немає необхідності відразу ж після введення комбінації на контрольну лінійку натискати кнопку SB3, і лише переконавшись, що за допомогою кнопок SB1 та SB2 введено правильна комбінація, – натискають SB3. Принцип роботи Схема електрична важлива автономного програмованого 32-канального СДУ наведена на рис. 1. На схемі у явному вигляді показано підключення одного вихідного регістра, що складається з 8 мікросхем, за допомогою трьох сигнальних провідників сполучної лінії. Таких вихідних регістрів, які при паралельному включенні працюватимуть синхронно, може бути кілька. Загальний провідник (на схемі не показаний), що з'єднує вихідний регістр і загальний провід основної плати контролера також входить до складу з'єднувальної лінії і повинен виконуватися проводом багатожильного перетином не менше 1 мм2. Пристрій може працювати у двох режимах: програмування та зчитування. (На схемі показано положення перемикача SA1, що відповідає режиму відтворення). Режим програмування встановлюється у нижньому (за схемою) положенні перемикача SA1. Цей режим відображає включення червоного світлодіода НL2. При цьому блокується робота НЧ-генератора прямокутних імпульсів, зібраного на елементах DD3.1, DD3.2 та на виході елемента DD3.2 (висновок 6) формується низький логічний рівень. Послідовне натискання кнопок SB1, SB2 призводить до появи рівнів логічного "0" на виходах "1Q" або "2Q" мікросхеми DD2, що містить 4 однакові незалежні RS-тригери. Поява будь-якого з цих рівнів на виходах "1Q" або "2Q", а значить на одному з входів елемента DD1.2, призводить до формування на його виході позитивного імпульсу та його подальшого обмеження тривалості диференціюючим ланцюжком С2R10. Оскільки на входах S0, S1 мультиплексора DD14 були встановлені логічні нулі, то на його виходи надійде інформація з входів A0, B0. При цьому який рівень буде записаний в перший розряд регістрів DD18, DD23 залежить від натиснутої кнопки SB1 або SB2. При натисканні SB1 буде записано логічний нуль, при натисканні SB2 -логічна одиниця. Після введення комбінації на контрольну лінійку світлодіодів HL12-HL43, а значить - і контрольні регістри DD18-DD21, натискають кнопку SB3. При цьому ініціюється цикл запису поточної комбінації в ЕСППЗУ, що складається з 4 тактів. У кожному такті проводиться запис у буферний регістр DD16 вмісту регістра DD21, перезапис його в ЕСППЗУ, зсув інформації, що міститься в контрольних регістрах DD18-DD21, праворуч на 8 розрядів і запис вмісту регістра DD21 в регістр DD18. Таким чином, після завершення 4-го такту, в ЕСППЗУ буде записано вміст усіх 4-х ІМС контрольного регістру з одночасним оновленням їхнього стану. При натисканні кнопки SB3 на виході "3Q" третього RS-тригера ІМС DD2 формується позитивний імпульс, що дорівнює тривалості часу натискання кнопки. Цей імпульс, після інвертування елементом DD4.1 і обмеження тривалості диференціюючим ланцюжком C3R11 встановлює 4-ий RS-тригер ІМС DD2 в одиничний стан. Логічна одиниця з його виходу "4Q" (висновок 13) дозволяє роботу ВЧ-генератора, виконаного на елементах DD3.3, DD3.4 і одночасно забороняє індикацію поточної світлодинамічної комбінації, що міститься в контрольному та вихідному регістрах. Це необхідно для усунення ефекту мерехтіння малоінерційних світлодіодів у процесі завантаження нової комбінації. Також цей рівень впливає на входи логічних елементів DD11.1, DD11.2 та викликає появу на виході останнього з них рівня логічної "1", яка впливає на вхід "S0" (висновок 14) мультиплексора DD14 і дозволяє проходження на виходи (висновки 7 та 9) інформації з його відповідних входів "A1", "B1". Оскільки в момент включення живлення відпрацьовує схема обнулення лічильників DD6, DD7, DD8.1, DD8.2, DD9.1, то початковий момент часу першого з 4-х тактів циклу запису на виходах "0" (висновки 3) лічильників DD6, DD7 формуються рівні логічної одиниці. Негативний перепад першого імпульсу позитивної полярності на вході "CP" (висновок 13) лічильника DD6 призведе до появи на виході "1" (висновок 2) рівня логічної одиниці, а отже, і рівня "1" на виході елемента DD5.2. Цей рівень, "проходячи" через нижній, за схемою, мультиплексор DD14 та інвертуючись тригером Шмітта DD17.3 впливає на входи стробування "C" (висновки 12) контрольних регістрів DD18-DD21 (див. діаграму на рис. 2: негативний CLK1"). Цей логічний рівень на виході елемента DD5.2 збережеться до спаду третього імпульсу на вході "CP" лічильника DD6 (див. діаграму на рис. 2: позитивний перепад (фронт) "CLK1"). У цей час, між спадами 1-го і 2-го імпульсів, на виході інвертора DD4.4 буде сформовано негативний імпульс (див. діаграму на рис. 2: "CLK2"). Цей імпульс, після повторення верхнім за схемою мультиплексором, що входять до складу ІМС DD15, зробить запис буферний регістр DD16 одного біта інформації з виходу "PR" (висновок 17) останнього розряду контрольного регістра DD21. Позитивний перепад імпульсу на виході інвертора DD4.4 збігається за часом зі спадом 2-го імпульсу на вході CP лічильника DD6 (див. діаграму на рис. 2: фронт CLK2). За спадом 3-го імпульсу на вході "CP" лічильника DD6, на виході елемента DD5.2 буде сформовано позитивний перепад ("CLK1"), який, після повторення нижнім за схемою мультиплексором ІМС DD14 та інвертування тригером Шмітта DD17.3, зробить одного біта інформації з виходу "PR" останнього розряду контрольного регістра DD21 перший розряд регістра DD18. Потужні тригери Шмітта DD17.1 і DD17.2 (що входять до складу ІМС КР1554 ТЛ2) введені в пристрій для безпосередньої роботи на лінію, що має ємнісний характер навантаження, а також для запобігання попаданню відбитого з лінії сигналу на входи контрольних регістрів, за допомогою ланцюгів. Описана процедура повторюється 8 разів до моменту заповнення буферного регістра DD16 та перезапису вмісту регістру DD21 у регістр DD18. По завершенню 8-го негативного імпульсу синхронізації на вході "C" буферного регістру (див. діаграму на рис. 2: фронт "СLK2"), регістр DD16 буде повністю переписано поточний стан регістра DD21. Це станеться за спадом 58-го імпульсу на вході CP лічильника DD6. З цього спаду, лічильник DD6 перейде в третій стан. Оскільки до цього часу лічильник DD3 вже був у 7-му стані, два сигнали рівня логічної одиниці, що приходять на входи елемента DD7, викличуть появу на його виході рівня логічного нуля. Таким чином, на виході елемента DD12.1 буде сформовано негативний імпульс ("CS", див. рис. 12.1), рівний за тривалістю періоду проходження імпульсів ВЧ-генератора, виконаного на елементах DD2, DD3.3. Після "проходження" через нижній, за схемою, мультиплексор ІМС DD3.4 (нагадаємо, що на його вході "S15" встановлений рівень "нуля", заданий перемикачем SA0) цей негативний імпульс здійснює вибірку кристала ІМС ЕСППЗУ DD1 на вході "CS" ("Chip Select"-"Вибір Кристалу") і, тим самим, здійснює паралельний запис 15-ми біт інформації, сформованих на виходах буферного регістра DD8 за адресою, встановленою на входах A16-A0 ЕСППЗУ DD10. Візуальний контроль заповнення адресного простору ІМС ЕСППЗУ DD13 виробляють лінійкою світлодіодів HL3 - HL11, що відображають поточну адресу двійкових лічильників DD8.1, DD8.2, DD9.1. Перші шість світлодіодів HL3-HL9, зеленого кольору індикують заповнення перших 25% адресного простору, жовтий HL10 у поєднанні із зеленими – від 25 до 50%, червоний HL11 у поєднанні з жовтим та зеленими – від 50 до 100%. Одночасне свічення всіх світлодіодів у режимі запису вказує на заповнення всього адресного простору ЕСППЗУ, крім осередків за чотирма останніми адресами. Після запису світлодинамічної комбінації за чотирма останніми адресами лічильники DD8.1, DD8.2 встановлюються в нульовий стан, а DD9.1 - у восьме, що супроводжується згасанням світлодіодів HL3-HL11. На всіх адресних лініях встановлюються рівні "нулів". При цьому запис програми може бути здійснено повторно. Режим читання встановлюється переведенням перемикача SA1 у верхнє, за схемою, положення, чому відповідає включення зеленого світлодіода HL1. У цей режим пристрій можна перевести будь-якої миті, навіть не завершуючи програмування всього адресного простору ЕСППЗУ. У цьому випадку буде відтворено програму, записану раніше за адресами, починаючи з поточного і до кінця адресного простору, а потім цикл відтворення програми продовжиться, починаючи з нульової адреси ЕСППЗУ. Якщо режим читання заданий до включення живлення, схема скидання, зібрана на елементах C6R15, DD1.3, DD1.4, DD5.1 встановить у нульовий стан лічильники DD6, DD7, DD8.1, DD8.2, DD9.1. У цьому режимі рівень логічної одиниці з лівого за схемою виведення перемикача SA1 дозволить роботу НЧ-генератора, виконаного на елементах DD3.1, DD3.2 з частотою близько 10 Гц. Імпульси позитивної полярності з виходу елемента DD3.2, після інвертування елементом DD4.1 та обмеження тривалості диференціюючим ланцюжком С3R11, викликатимуть установку в одиничний стан 4-го RS-тригера ІМС DD2. У цьому режимі спад першого позитивного імпульсу на вході "CP" лічильника DD6 встановить останній одиничний стан, що призведе до перемикання в нульовий стан елемента DD10.1. Рівень логічного нуля з його виходу, інвертуючись елементом DD10.2, впливає на вхід елемента DD11.4 разом із рівнем "одиниці", що приходить на другий вхід цього елемента, встановлює на його виході також рівень "1". Цей рівень призведе до перемикання виходів буферного регістру DD16 в третій стан - тепер вони стали входами (див. діаграму на рис. 2: фронт "SL"). По спаду другого імпульсу на вході "CP" лічильника DD6 з його виході "2" (висновок 4) з'являється рівень логічної "1", який переводить елемент DD5.3 в одиничний стан. Одиничний рівень з його виходу впливає на вхід елемента DD12.3 та в поєднанні з рівнем логічної одиниці, що приходить на другий вхід цього елемента, встановить на його виході рівень логічного нуля. Цей логічний рівень, впливаючи на вхід "ОЕ" ("Output Enable"-"Дозвол Виходів") ІМС ЕСППЗУ DD13 призводить до переключення її виходів в активний стан (див. діаграму на рис. 2: спад "OE"), а також, "проходячи" через нижній, за схемою, мультиплексор DD15 (оскільки на його вході "S0" тепер встановлено рівень "1"), призводить до вибору ІМС ЕСППЗУ DD13, на вході "CS". На виходах "D0"-"D7" ЕСППЗУ з'являються дані, записані за поточною адресою, встановленою на даний момент на адресних входах "A0"-"A10". Одночасно, за спадом другого імпульсу на вході "CP" лічильника DD6, починається формування негативного імпульсу паралельного запису буферний регістр DD16 (див. діаграму на рис. 2: перший спад "CLK2"). Цей імпульс формується на виході елемента DD11.3 початку кожного з 4-х тактів циклу читання, тобто. перед початком формування кожного з 8-ми імпульсів синхронізації ("CLK1") контрольного та вихідного регістрів. Формування імпульсу паралельного запису буферний регістр DD16 (див. діаграму на рис. 2: перший фронт "CLK2") завершиться по спаду третього імпульсу на вході "CP" лічильника DD6. За спадом четвертого імпульсу на вході "CP" лічильника DD6, елемент DD12.3 переключиться в стан логічної одиниці, що в свою чергу переведе виходи ІМС ЕСППЗУ DD13 в третій (високомний) стан (див. діаграму на рис. 2: фронт "OE" ).Спад п'ятого імпульсу на вході "CP" лічильника DD6 призведе до перемикання виходів буферного регістру DD16 в активний стан (див. діаграму на рис. 2: спад "SL"). Рознесення за часом моментів включення та вимкнення вихідних каскадів буферного регістру DD16 та ЕСППЗУ DD13 необхідне для коректної узгодженої роботи вихідних каскадів цих мікросхем. Як видно з тимчасової діаграми режиму читання (див. рис. 2), спочатку відбувається вимкнення виходів "D0"-"D7" ЕСППЗУ DD13, потім, через 1 такт ВЧ-генератора, - включення виходів "1"-"8" буферного регістра DD16. Ще через 2 такти відбувається вимкнення виходів DD16, і ще через 1 такт, - тепер вже, включення виходів DD13. По спаду 6-го імпульсу на вході "CP" лічильника DD6 починається одночасне формування імпульсів читання ("CLK2") буферного регістра DD16 та запису ("CLK1") у контрольні регістри DD18-DD21. Формування імпульсу запису (див. діаграму на рис. 2: фронт "CLK1") у регістри DD18-DD21 закінчиться на 1 такт раніше закінчення формування імпульсу читання (див. діаграму на рис. 2: другий фронт "CLK2") буферного регістра DD16. В результаті вміст буферного регістра DD16 буде переписано в регістр DD18, а вміст останнього буде послідовно переписано в регістр DD19 і так далі. Після завершення циклу читання поточної комбінації, на виході "2" (висновок 4) лічильника DD8.1 формується негативний перепад, який після обмеження тривалості диференціюючої RC-ланцюжком C5R14 і інвертування елементом DD1.3 призводить до обнулення лічильників DD6, DD7 і у нульовий стан 4-го RS-тригера ІМС DD2. Низький логічний рівень його виходу призводить до блокування роботи ВЧ-генератора, зібраного на елементах DD3.3, DD3.4. На виході DD3.4 встановлюється постійний рівень логічного нуля. Одночасно, рівень "нуля", з виходу "4Q" (висновок 13) четвертого RS-тригера DD2, переводить в активний стан виходи контрольних DD18-DD21, вихідних DD23, DD25, DD27, DD29 регістрів і дозволяє індикацію поточної світлодинамічної комбінації. При цьому на виходах регістрів зафіксується кодова комбінація і, до моменту чергового перепаду позитивного імпульсу на виході НЧ-генератора, буде відображатися на лінійці світлодіодів. КОНСТРУКЦІЯ І ДЕТАЛІ. Основний контролер зібраний на друкованій платі розмірами 100x150 мм (рис. 3), а вихідні регістри - 25x80 мм (рис. 4) із фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм із двосторонньою металізацією. Малюнки друкованих плат розроблялися для нанесення "від руки", що має спростити їх виготовлення за умов радіоаматорської лабораторії. З'єднання, показані штриховою лінією, виконуються тонким багатожильним проводом в ізоляції. У пристрої використано постійні резистори типу МЛТ-0,125, змінні - СП3-38б, конденсатори К10-17 (C1-C6, С8), К50-35 (С7, C9-C16); світлодіоди - надяскраві, чотирьох кольорів, на основній платі контролера - діаметром 3 мм, а у виносній гірлянді - 10 мм типу КИПМ-15, розміщені в послідовності, що чергується. Можливі, звичайно, інші варіанти поєднання світловипромінюючих елементів. Для управління більш потужним навантаженням, наприклад, лампами розжарювання або гірляндами паралельно включених світлодіодів, вихідні регістри необхідно доповнити транзисторними або симісторними ключами. Захисний діод VD1 та розв'язувальні (VD2, VD3) можуть бути будь-якими кремнієвими середньої потужності. Кнопки SB1-SB3 типу КМ1-1 і перемикач типу МТ-1 розпаюються безпосередньо на платі контролера. Їх передбачені отвори відповідної конфігурації. Мікросхеми вихідного регістру (DD22-DD29, див. рис. 5), що управляють виносною гірляндою світлових елементів, як зазначалося вище, підключаються до основної плати контролера витими парами проводів. Їх включення (з урахуванням додаткових інвертуючих тригерів Шмітта) аналогічно ІМС DD18-DD21 контрольного регістру (див. рис. 1), але дані з виходу перенесення "PR" останньої ІМС DD29 вихідного регістру не використовуються, оскільки вихідний регістр працює тільки в режимі прийому ( завантаження, але не зчитування) інформації. Живлення виносної гірлянди світлових елементів, як і основного контролера, здійснюється від окремого стабілізованого джерела напругою 12 В. Струм, споживаний пристроєм, не перевищує 600 мА (це пікове значення при одночасному світінні всіх світлодіодів), а при використанні ІМС КР1533ІР . Тому джерело живлення має мати відповідну навантажувальну здатність. Рекомендується використовувати джерело живлення з мінімальним струмом навантаження не менше 24А, особливо для живлення вихідних регістрів. Це дозволить зменшити амплітуду сигналу перешкоди, що наводиться ланцюгом живлення на сигнальні ланцюги мікросхем регістрів. Як згадувалося раніше, дані у вихідний регістр (DD23, DD25, DD27, DD29) передаються сигнальними лініями послідовного інтерфейсу: "Дані" і "Синхронізація". Слід звернути увагу, що як буферні транслятори на основній платі контролера використовуються саме елементи мікросхеми КР1554 ТЛ2 (74AC14), а не КР1564 ТЛ2 (74HC14), оскільки тільки перша з них здатна забезпечити великий вихідний струм (до 24 мА) і безпосередньо керувати ємністю навантаженням. При невеликій довжині лінії (до 10 м) частота синхронізуючих імпульсів визначається максимальною (100 кГц) і двигун підстроювального резистора R13 встановлюється в положення, що відповідає мінімальному опору. При значному збільшенні довжини лінії (понад 10 м) зростає амплітуда сигналу перешкоди, що індукується у сигнальних лініях суміжними провідниками. Якщо амплітуда перешкоди перевищить граничне значення напруга перемикання вхідних тригерів Шмітта (з урахуванням гістерези), може статися збій передачі даних. Для виключення такої ситуації, при роботі контролера на лінії відносно великої довжини (від 10 до 100 м), можливо, потрібно трохи зменшити частоту генератора ВЧ резистором R13. Швидкість завантаження світлодинамічних комбінацій при цьому знизиться, але візуальної відмінності в роботі пристрою не буде, оскільки ефект мерехтіння світлодіодів повністю маскується сигналом "Роздільна здатність індикації". Навіть за мінімально можливої частоти ВЧ-генератора (20 кГц), максимальний час оновлення світлодинамічної комбінації складе 400 мкс x 32 імпульсу=12800 мкс (12,8 мс), що відповідає частоті регенерації близько 78 Гц. Така частота близька до ергономічного значення 85 Гц. Регістри DD16, DD18-DD21 типу КР1564ІР24 (прямий аналог 74HС299), що використовуються на основній платі контролера, можна замінити КР1554ІР24 (74AC299), а, у крайньому випадку, і КР1533ІР24. Оскільки мікросхеми КР1533ІР24 (SN74ALS299) ТТЛШ-структури і споживають досить великий струм навіть у статичному режимі (близько 35 мА), у віддалених (вихідних) регістрах рекомендується використовувати мікросхеми КМОП-структури типу КР1564ІР24 (74HC299). На основній платі контролера можливе використання регістрів будь-якої з серій КР1554, КР1564 або КР1533. За відсутності ЕСППЗУ AT28C16-15PI можна використовувати ОЗУ статичного типу КР537РУ10 (РУ25). При цьому якщо є необхідність у тривалому зберіганні керуючої програми, потрібно використовувати джерело резервного живлення напругою 3В, що складається з двох елементів типу LR03 (AAA), який включається через германієвий діод, що розв'язує типу Д9Б, як показано в [1]. Інтегральний стабілізатор DA1 (КР142ЕН5Б), при вказаних на схемі номіналах струмообмежувальних резисторів R17-R59, радіатора не потребує, але якщо суперяскравих світлодіодів у розпорядженні не виявиться, можна використовувати і звичайні, стандартної яскравості. При цьому номінали резисторів R17-R59 потрібно зменшити втричі-вчетверо, а стабілізатор встановити на радіатор площею не менше 100 см2. Напруга живлення, як основної плати контролера, так і вихідних регістрів може бути обрано в діапазоні 9-15В, але при його збільшенні слід пам'ятати, що потужність, що розсіюється на ІМС стабілізаторів, зростає пропорційно напругі, що падає на них. Частоту перемикання світлодинамічних комбінацій можна змінювати підстроюванням резистора R9, а швидкість завантаження при роботі на дуже довгі лінії - R13. Методика програмування Підготовка пристрою до роботи полягає у занесенні світлодинамічних комбінацій на згадку про ЕСППЗУ за допомогою кнопок SB1-SB3. Можливий і альтернативний варіант: записати керуючу програму, сформовану, наприклад, за методикою, розглянутою [4], за допомогою стандартного програматора, а потім встановити ІМС ЕСППЗУ в панельку, попередньо розпаяну на платі пристрою. Як приклад розглянемо програмування ефекту "вогню, що біжить". Вважатимемо, що до початку програмування харчування було відключено. Приклад 1. Ефект "Вогонь, що біжить". Увімкнути живлення. Світлодіоди HL3-HL11 світитися не повинні (лічильники DD8.1, DD8.2, DD9.1 – у нульовому стані). Режим програмування відображає червоний світлодіод HL2. Одноразово натисніть кнопку SB1. Контролювати увімкнення світлодіода HL12. Одноразово натиснути кнопку SB3. (При цьому відбудеться запис поточної комбінації з одночасним оновленням вмісту контрольних регістрів DD18-DD21). Одноразово натиснути кнопку SB2. Контролювати згасання світлодіода HL12 та включення HL13. Одноразово натиснути кнопку SB3. Одноразово натиснути кнопку SB2. Контролювати згасання світлодіода HL13 та включення HL14. Одноразово натиснути кнопку SB3. Повторити до проходження увімкненим світлодіодом усіх позицій. У процесі програмування натискання кнопки SB3 супроводжується зміною комбінацій двійкового коду на виходах лічильників DD8.1, DD8.2, DD9.1, які відображає лінійка світлодіодів HL3-HL11. Ще один приклад програмування ефекту "тіні, що біжить" розглянутий в [1]. Як згадувалося раніше, у пристрої закладено потенційну можливість нарощування числа світлових елементів. Завдяки цьому пристрій може використовуватися, наприклад, як контролер світлоінформаційного табло. Кількість елементів гірлянди може досягати декількох десятків (зручно їх збільшувати кратно восьми) без істотної зміни протоколу послідовного інтерфейсу. Необхідно лише встановити необхідну кількість контрольних та вихідних регістрів і відповідно змінити кількість тактових імпульсів синхронізації. Звичайно, потрібно враховувати зміну діапазону адрес ЕСППЗУ, що відповідає одній світлодинамічній комбінації. Якщо потрібно керувати гірляндою, кількість елементів якої перевищує сотню, потрібно використовувати додаткові буферні регістри. При цьому передача даних у буферні регістри буде здійснюватися з нижчою тактовою частотою, а у вихідні регістри, підключені до їх виходів, дані будуть переписуватись після завершення циклу передачі даних у буферні. Це дозволить передавати великі пакети даних лініями послідовного інтерфейсу безпосередньо в момент відображення поточної світлодинамічної комбінації. Звичайно, при цьому буде потрібно деяке ускладнення протоколу. З усіх питань, пов'язаних з реалізацією послідовного інтерфейсу у світлодінамічних пристроях, можна отримати консультацію, надіславши запит на адресу електронної пошти автора, вказану на початку статті. література:
Автор: Одинець Олександр Леонідович, Electronic_DesignArt@tut.by, м. Мінськ, Білорусь
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Бездротове підключення Xbox до ПК ▪ Знайдені гени сивини, бороди та брів ▪ Монітор HP EliteDisplay S240UJ з бездротовою підзарядкою гаджетів
▪ Розділ сайту Електрику. ПТЕ. Добірка статей ▪ стаття А мені, що говорити не стануть... Крилатий вираз ▪ стаття Яка столиця має найдовшу назву? Детальна відповідь ▪ стаття Робота зі стрічковим конвеєром. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Гідроакустичний сигналізатор. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Підпалювання паперу за допомогою води. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page