|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Autonomiczne 32-kanałowe, programowalne urządzenie dynamiczne z interfejsem szeregowym. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / oświetlenie Urządzenia światłodynamiczne (SDU) są szeroko stosowane do estetycznego projektowania barów, dyskotek, kasyn, podświetleń świątecznych, w elektronice samochodowej (do sterowania „światełkami”), a także do organizowania reklam świetlnych. SDU z programowalnymi algorytmami umożliwiają implementację szerokiej gamy efektów świetlnych dynamicznych i sterowanie dużą liczbą elementów świetlnych zgodnie z programem. Takie urządzenie może być zaimplementowane np. na jednym mikrokontrolerze i kilku rejestrach, jako obwody interfejsowe do sterowania zestawem elementów świetlnych. Jednak pomimo prostoty rozwiązań obwodów produkcja takich urządzeń w warunkach amatorskiego laboratorium radiowego jest ograniczona ze względu na nieuchronność użycia drogiego programatora lub komputera. Z drugiej strony zastosowanie wspólnych standardowych mikroukładów logicznych umożliwia zbudowanie całkowicie autonomicznego wielokanałowego dynamicznego urządzenia świetlnego ze zintegrowanym programatorem, który nie wymaga użycia żadnych dodatkowych programistów w ogóle, a w szczególności komputera. Pozwala to przeprogramować zestaw dynamicznych efektów świetlnych w zaledwie kilka minut w trybie całkowicie offline. Zastosowanie interfejsu szeregowego zaimplementowanego w tym urządzeniu pozwala na jednoczesne i synchroniczne sterowanie kilkoma girlandami elementów świetlnych za pośrednictwem trzech linii sygnałowych (nie licząc wspólnego przewodu), których łączna długość może sięgać 100 m.
Ogólne infomracje Programowalny wolnostojący 32-kanałowy CDS jest ulepszoną wersją urządzenia opublikowanego w [1] i pozwala na niezależne sterowanie każdym z 32 elementów świetlnych girlandy za pomocą 3 linii połączeniowych interfejsu szeregowego. Zmodernizowana wersja urządzenia uwzględnia wszystkie cechy pracy sterownika na nieskoordynowanych liniach o dużej długości. Taka konstrukcja SDU pozwala na zwiększenie liczby elementów przy minimalnych kosztach sprzętowych bez zwiększania wiązki przewodów i umieszczenie girlandy w dużej odległości od płyty głównej kontrolera. Różnorodność dynamicznych efektów świetlnych nie jest ograniczona i zależy od wyobraźni użytkownika. Ta architektura może potencjalnie zwiększyć liczbę lekkich elementów bez znaczącej zmiany protokołu interfejsu szeregowego. (Zostanie to omówione poniżej). W zdecydowanej większości projektów urządzeń światłodynamicznych każdy element świetlny jest sterowany poprzez jego bezpośrednie połączenie za pomocą oddzielnego przewodu sygnałowego z główną płytą sterownika. Ale z reguły takie urządzenia pozwalają sterować tylko niewielką liczbą elementów [2]. Zwiększenie ich liczby wymaga zastosowania dodatkowych układów pamięci i odpowiedniego zwiększenia wiązki przewodów. Prowadzi to do znacznej komplikacji zarówno obwodów, jak i kodu programu wymaganego do „flashowania” kilku układów pamięci. Dodatkowo w tej wersji niemożliwe jest sterowanie zestawem elementów świetlnych, które znajdują się w znacznej odległości od płyty głównej sterownika. Praktyka powtarzania urządzeń światłodynamicznych, na przykład [2], pokazuje, że opublikowane oprogramowanie układowe jest niestety dalekie od doskonałości i zawiera poważne błędy. Ale użytkownik oczekuje, że wynik urządzenia uzyska dokładnie estetyczny efekt wizualny. Dlatego takie podejście do tworzenia kodu programu całkowicie zniechęca chęć powtarzania programowalnych urządzeń światłodynamicznych, pomimo dużej różnorodności efektów realizowanych przez oprogramowanie. Proponowane urządzenie nie posiada tej wady, a przed zapisaniem aktualnej dynamicznej kombinacji świetlnej w pamięci, jest ona wyświetlana na linii kontrolnej diod LED, co pozwala na całkowite wyeliminowanie ewentualnych błędów jakie może popełnić użytkownik w procesie programowania . Rozwiązaniem problemu zwiększenia ilości i sterowania zestawem elementów świetlnych znajdujących się w dużej odległości od płyty głównej sterownika jest zastosowanie interfejsu szeregowego pomiędzy płytą główną a girlandą składającą się z rejestrów, elementy świetlne są połączone bezpośrednio do których wyjść. W takim urządzeniu przesyłanie danych do rejestrów wyjściowych odbywa się przez bardzo krótki czas z częstotliwością taktowania około 12,5 kHz (przy częstotliwości taktowania generatora RF 100 kHz). Pakiety danych następują po sobie z częstotliwością około 10 Hz, co prowadzi do zmiany dynamicznych kombinacji światła. Ponieważ czas aktualizacji danych w rejestrach jest bardzo krótki: 80 μs x 32 impulsy = 2,56 ms, zmiana kombinacji jest niezauważalna wizualnie, co stwarza efekt ich ciągłego odtwarzania. Linia wykonana jest z wiązki 4 przewodów wielodrutowych, w tym przewodu „wspólnego” o długości linii do 10 metrów oraz wiązki 7 przewodów wielodrutowych o długości od 10 do 100 metrów. W drugim przypadku każdy przewód sygnałowy („Dane”, „Synchronizacja”, „Włączenie wskazania”) jest wykonany jako „skrętka”, której drugi przewód jest uziemiony po obu stronach linii, a następnie wszystkie przewody są połączone w jedną wiązkę. Jak wiadomo, wielokrotne odbicia sygnału występujące w długich niedopasowanych liniach, a także interakcja interferencyjna dwóch linii sygnałowych zawartych w jednej wiązce, w określonych warunkach może prowadzić do błędów w transmisji danych, co w przypadku dynamicznego systemu świetlnego oznacza naruszenie efektu estetycznego. Nakłada to ograniczenia na długość linii połączeniowej i rygorystyczne wymagania dotyczące odporności na zakłócenia systemu wykorzystującego interfejs szeregowy.
Odporność na zakłócenia systemu wykorzystującego interfejs szeregowy zależy od wielu czynników: częstotliwości i kształtu impulsów przesyłanego sygnału, czasu pomiędzy zmianami poziomów (cyklu pracy) impulsów, pojemności właściwej przewodów linii w wiązce równoważna rezystancja linii, a także impedancja wejściowa odbiorników sygnału i sterowników impedancji wyjściowej. Wiadomo, że głównym kryterium odporności na zakłócenia jest wartość progowego napięcia przełączania elementów logicznych [3]. Za progowe napięcie przełączania odwracającego elementu logicznego przyjmuje się taką wartość, przy której wyjście elementu jest ustawione na napięcie równe wejściu. Dla mikroukładów TTL (seria K155) wartość ta wynosi około 1,1 V przy typowym napięciu zasilania 5 V [3]. Zastosowanie takich mikroukładów w urządzeniach do przesyłania i odbierania danych przez długie nieskoordynowane linie nie pozwala na uzyskanie akceptowalnej odporności na zakłócenia nawet podczas pracy na krótkiej linii (5 m). Faktem jest, że wielokrotne odbicia sygnałów, których amplituda nawet nieznacznie przekracza wartość napięcia progowego przełączania elementów logicznych (1,1 V), prowadzą do wielokrotnego przełączania rejestrów wyjściowych, a co za tym idzie do błędów transmisji danych. Zastosowanie bardziej zaawansowanych układów scalonych o strukturze TTLSH (seria KR1533) nie rozwiązuje problemu, ponieważ napięcie progowe dla nich jest niewiele wyższe i wynosi tylko 1,52 V przy standardowym napięciu zasilania [3]. Aby częściowo skompensować odbity sygnał, często stosuje się zwykłe filtry RC (tzw. łańcuchy całkujące), ale same wprowadzają zniekształcenia do przesyłanego sygnału, sztucznie zwiększając czasy narastania i opadania frontów sygnału. Dlatego ta metoda jest nieefektywna i ostatecznie prowadzi jedynie do zwiększenia całkowitej pojemności pasożytniczej linii, co powoduje dodatkowe obciążenie układów translacji sygnału po stronie nadawczej linii. Jest jeszcze inny problem związany ze stosowaniem filtrów RC. Wraz ze wzrostem czasów narastania i opadania frontów sygnału wzrasta również czas „pobytu” sygnału sterującego w pobliżu „niebezpiecznego” poziomu progowego napięcia przełączającego elementu logicznego, co z kolei prowadzi do wzrostu w prawdopodobieństwie fałszywego przełączenia rejestru wyjściowego pod działaniem sygnału szumu. W przypadku zastosowania mikroukładów o strukturze CMOS serii KR1564 symetryczne charakterystyki przenoszenia zapewniają odporność na zakłócenia na poziomie 45% napięcia zasilania, co jest bliskie wartości idealnej (50%) oraz odporność na zakłócenia systemu wzrasta wraz ze wzrostem napięcia zasilania, ponieważ amplituda przesyłanego sygnału wzrasta.
Nowoczesna podstawa elementu - szybkie mikroukłady CMOS o dużej obciążalności i maksymalnej odporności na zakłócenia (ich progowe napięcie przełączania jest prawie równe połowie napięcia zasilania) - pozwala zbudować SDU z interfejsem szeregowym, długość linii łączących z czego, biorąc pod uwagę odcinki łączące rejestry oddalonej girlandy, może osiągnąć 100 m nawet przy użyciu konwencjonalnej skrętki dwużyłowej (brak ekranowanych przewodów!). Dodatkowo do translacji sygnałów na linię wykorzystywane są potężne elementy buforowe z wyzwalaczami Schmitta typu KR1554TL2, których wysoka obciążalność pozwala na bezpośrednie sterowanie obciążeniem pojemnościowym.
Efekty długich niedopasowanych linii zaczynają się pojawiać, gdy czasy opóźnienia propagacji sygnału wzdłuż linii i z powrotem zaczynają przekraczać czas trwania narastania i opadania frontów sygnału. Każde niedopasowanie między równoważną impedancją linii a impedancją wejściową bramki logicznej po stronie odbiorczej linii lub impedancją wyjściową sterownika po stronie nadawczej spowoduje wielokrotne odbicie sygnału. Typowe czasy narastania i opadania dla mikroukładów serii KR1564 są mniejsze niż 5 ns, więc efekty długich niedopasowanych linii zaczynają pojawiać się przy długości linii kilkudziesięciu centymetrów. Znając charakterystyki linii transmisyjnej, takie jak całkowita pojemność wejściowa i pojemność właściwa na jednostkę długości, można obliczyć czas opóźnienia propagacji sygnału na całej długości linii. Typowy czas opóźnienia propagacji wynosi zazwyczaj 5-10 ns/m. Jeśli długość linii łączącej jest wystarczająco długa, a czasy narastania i opadania sygnału są wystarczająco krótkie (tj. Nachylenie jest wysokie), niedopasowanie między równoważną rezystancją linii a rezystancją wejściową elementu logicznego CMOS przy odbiorze strona tworzy odbicie sygnału, którego amplituda zależy od chwilowej wartości napięcia przyłożonego do wejścia elementu oraz współczynnika odbicia, który z kolei zależy od równoważnej rezystancji linii i rezystancji wejściowej logiki wejściowej element. Ponieważ impedancja wejściowa elementów mikroukładów serii KR1564 jest wielokrotnie większa niż równoważna rezystancja linii wykonanej przez skrętkę lub ekranowany przewodnik, odbite napięcie na wejściu odbiornika podwaja się. Odbity sygnał rozchodzi się wzdłuż linii z powrotem do nadajnika, gdzie jest ponownie odbijany, a proces jest powtarzany, aż sygnał zostanie całkowicie stłumiony. Zaletą mikroukładów CMOS, ze względu na ich dużą obciążalność (seria KR1554), jest możliwość bezpośredniego sterowania obciążeniem pojemnościowym. Zrównoważone (symetryczne) charakterystyki przenoszenia prądu i napięcia elementów tych mikroukładów umożliwiają uzyskanie prawie takich samych czasów narastania i opadania. Dodatkowo do nadawania sygnałów na linię i odbioru można wykorzystać elementy buforowe oparte na przerzutnikach Schmitta, które przywracają ściśle prostokątny kształt zniekształconego sygnału, a tym samym wykluczają fałszywe wyzwalanie rejestrów. Dodatkowo obecność histerezy w charakterystyce przejścia (przy napięciu zasilania 5 V dla IS KR1564TL2 wartość ta wynosi ok. 400 mV) tworzy dodatkowy margines odporności na zakłócenia [3]. Schemat Urządzenie zawiera dwa rejestry połączone równolegle. Jednym z nich jest sterownik montowany na płycie głównej urządzenia. Diody LED są podłączone do wyjść jego mikroukładów (DD18 - DD21), które służą do wizualnego monitorowania procesu programowania. Drugi - rejestr wyjściowy (DD23, DD25, DD27, DD29) - to kontrola ciągu elementów zdalnych. Oba rejestry pracują synchronicznie, ale tylko pierwszy z nich uczestniczy w procesie programowania. Dlatego sterowanie rejestrem wyjściowym i ładowanie do niego danych odbywa się za pomocą linii sygnałowych interfejsu szeregowego: „Dane”, „Synchronizacja” i „Włączanie wskazań”. Trzecia linia jest pomocnicza, sygnał ten na krótko wyłącza wyjścia IC wszystkich rejestrów na czas bieżącego ładowania kombinacji, co eliminuje efekt migotania szybko reagujących diod LED. W ten sposób girlanda elementów zdalnych jest połączona z płytą główną urządzenia (nie licząc ekranowania (wymagane tylko przy długościach linii powyżej 10 m) tworzących parę dla każdego przewodu sygnałowego) za pomocą tylko czterech przewodów: „Dane” , „Synchronizacja”, „Rozdzielczość wyświetlacza” i „Ogólne”. Dzięki zastosowaniu interfejsu szeregowego taka konstrukcja urządzenia pozwala na zwiększenie liczby elementów świetlnych przy minimalnych kosztach sprzętowych bez znacznego komplikowania protokołu. Ich maksymalna liczba jest ograniczona jedynie odpornością na zakłócenia linii komunikacyjnej oraz obciążalnością źródła zasilania. Z określonymi wartościami elementów czasowych C4R12 generatora zegara RF zmontowanego na elementach DD3.3, DD3.4 i ustawieniem rezystora trymera R13 silnika w pozycji odpowiadającej maksymalnej rezystancji (co odpowiada częstotliwość generatora RF FT \u20d 100 KHz) i wykonanie linii przewodów sygnałowych za pomocą skręconych par przewodów, jego długość może osiągnąć XNUMX metrów. W urządzeniu zastosowano nieulotną pamięć IC z wymazywaniem elektrycznym (EEPROM) o pojemności 16 Kbps (16384 bity) typu AT28C16-15PI. Ilość pamięci odpowiadająca jednej kombinacji to 32 bity. Pełny cykl powstawania dynamicznego efektu świetlnego, np. „biegnący ogień” składa się z 32 kombinacji. Zatem ilość pamięci zajmowanej przez taki efekt wynosi 32x32=1024 bity, zatem maksymalna ilość efektów tego typu, które można jednocześnie zapisać do EEPROM wynosi 16384/1024=16. Należy wziąć pod uwagę, że efekt ten jest najbardziej zasobożerny, więc rzeczywista liczba dynamicznych efektów świetlnych zajmujących mniej przestrzeni adresowej EEPROM może być znacznie większa. Aby uzyskać jeszcze więcej efektów, przy tej samej liczbie elementów girlandy można zwiększyć ilość pamięci np. do 64 Kb poprzez wymianę układu EEPROM na AT28C64-15PI i zwiększenie głębi bitowej licznika adresu . Proces programowania jest dość prosty i wygodny: odbywa się poprzez kolejne wciskanie trzech przycisków. Kombinację elementów świecących ustawia się poprzez kolejne wciskanie dwóch przycisków: SB1 – „Record „0” i SB2 – „Record „1”, które odpowiadają wprowadzaniu do linii świecenia i wyłączania diod LED. Wpisowi „zero” odpowiada dokładnie świecąca dioda LED, ponieważ ten poziom pojawia się na odpowiednim wyjściu rejestru. Kombinacja diod wpisana do rejestrów jest przesuwana w prawo o jedną cyfrę natychmiast po kolejnym naciśnięciu dowolnego ze wskazanych przycisków. Wygenerowana kombinacja jest zapisywana w EEPROM po jednokrotnym naciśnięciu przycisku SB3 - "Zapisywanie kombinacji". W takim przypadku automatycznie generowana jest sekwencja impulsów, przy której aktualny stan rejestru kontrolnego jest zapisywany w pamięci EEPROM. Należy podkreślić, że taki algorytm programowania pozwala całkowicie wyeliminować ewentualne błędy, które może popełnić użytkownik podczas procesu programowania, ponieważ nie ma potrzeby wciskania przycisku SB3 natychmiast po wprowadzeniu kombinacji na pasku sterującym, oraz dopiero po upewnieniu się, że za pomocą przycisków SB1 i SB2 wprowadzono poprawną kombinację - naciśnij SB3. Zasada działania Schemat obwodu elektrycznego autonomicznego programowalnego 32-kanałowego SDU pokazano na ryc. 1. Schemat wyraźnie pokazuje połączenie jednego rejestru wyjściowego, składającego się z 8 mikroukładów, za pomocą trzech przewodów sygnałowych linii łączącej. Takich rejestrów wyjściowych może być kilka, które połączone równolegle będą działać synchronicznie. Wspólny przewód (nie pokazany na schemacie) łączący rejestr wyjściowy i wspólny przewód płyty głównej sterownika jest również częścią linii łączącej i musi być wykonany przewodem linkowym o przekroju co najmniej 1 mm2. Urządzenie może pracować w dwóch trybach: programowania i odczytu. (Schemat pokazuje położenie przełącznika SA1 odpowiadające trybowi odtwarzania). Tryb programowania ustawia się w dolnym (zgodnie ze schematem) położeniu przełącznika SA1. Ten tryb wskazuje włączenie czerwonej diody LED HL2. Jednocześnie działanie generatora niskiej częstotliwości prostokątnych impulsów zbieranych na elementach DD3.1, DD3.2 jest blokowane, a na wyjściu elementu DD3.2 (pin 6) powstaje niski poziom logiczny. Kolejne wciskanie przycisków SB1, SB2 prowadzi do pojawienia się poziomów logicznych „0” na wyjściach „1Q” lub „2Q” układu DD2, który zawiera 4 identyczne niezależne przerzutniki RS. Pojawienie się któregokolwiek z tych poziomów na wyjściach „1Q” lub „2Q”, a zatem na jednym z wejść elementu DD1.2, prowadzi do powstania dodatniego impulsu na jego wyjściu i późniejszego ograniczenia jego czasu trwania przez łańcuch różnicujący C2R10. Ponieważ wejścia „S0”, „S1” multipleksera DD14 zostały ustawione na logiczne „zera”, to jego wyjścia będą otrzymywać informacje z wejść „A0”, „B0”. W takim przypadku, jaki poziom zostanie zapisany do pierwszej cyfry rejestrów DD18, DD23 zależy od wciśniętego przycisku SB1 lub SB2. Po naciśnięciu SB1 zostanie zapisane logiczne zero, a po naciśnięciu SB2 jednostka logiczna. Po wprowadzeniu kombinacji na linię sterującą diod HL12-HL43, a co za tym idzie do rejestrów sterujących DD18-DD21, należy nacisnąć przycisk SB3. To inicjuje cykl zapisywania aktualnej kombinacji do EEPROM, składający się z 4 cykli. W każdym cyklu zawartość rejestru DD16 jest zapisywana do rejestru buforowego DD21, jest nadpisywana w EEPROM, informacje zawarte w rejestrach sterujących DD18-DD21 są przesuwane w prawo o 8 bitów a zawartość rejestru DD21 jest zapisywana do rejestr DD18. Tak więc, pod koniec 4 cyklu, zawartość wszystkich 4 układów scalonych rejestru kontrolnego zostanie zapisana w pamięci EEPROM z jednoczesną aktualizacją ich stanu. Po naciśnięciu przycisku SB3 na wyjściu „3Q” trzeciego wyzwalacza RS układu scalonego DD2 generowany jest dodatni impuls, którego czas trwania jest równy czasowi naciśnięcia przycisku. Impuls ten, po odwróceniu przez element DD4.1 i ograniczonym czasie trwania przez łańcuch różniczkujący C3R11, ustawia czwarty przerzutnik RS w układzie scalonym DD4 w stan pojedynczy. Jednostka logiczna z jej wyjścia „2Q” (pin 4) umożliwia działanie generatora RF, wykonanego na elementach DD13, DD3.3 i jednocześnie zabrania wskazania aktualnej kombinacji światła-dynamiki zawartej w sterowaniu i wyjściu rejestry. Jest to konieczne, aby wyeliminować efekt migotania szybko działających diod LED podczas ładowania nowej kombinacji. Również ten poziom wpływa na wejścia elementów logicznych DD3.4, DD11.1 i powoduje pojawienie się ostatniego z nich na wyjściu poziomu logicznego „11.2”, co wpływa na wejście „S1” (pin 0) multipleksera DD14 i umożliwia przekazanie do wyjść (piny 14 i 7) informacji z odpowiednich wejść „A9”, „B1”. Ponieważ w momencie włączenia zasilania działa obwód kasowania liczników DD1, DD6, DD7, DD8.1, DD8.2, to w początkowym momencie pierwszego z 9.1 cykli rejestracji na wyjściach Tworzone są „4” (piny 0) liczników DD3, DD6 poziomów jednostek logicznych. Ujemny spadek pierwszego impulsu o dodatniej polaryzacji na wejściu „CP” (pin 13) licznika DD6 spowoduje pojawienie się poziomu jednostki logicznej na wyjściu „1” (pin 2), a co za tym idzie poziomu „ 1" na wyjściu elementu DD5.2. Ten poziom, „przechodząc” przez dolny, zgodnie ze schematem, multiplekser DD14 i odwrócony przez przerzutnik Schmitta DD17.3, wpływa na wejścia bramki „C” (piny 12) rejestrów sterujących DD18-DD21 (patrz schemat w Rys. 2: ujemna różnica " CLK1"). Ten poziom logiczny na wyjściu elementu DD5.2 pozostanie do zaniku trzeciego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6 (patrz schemat na rys. 2: dodatni spadek (przód) „CLK1”). W tym czasie, pomiędzy recesją pierwszego i drugiego impulsu, na wyjściu falownika DD1 będzie generowany ujemny impuls (patrz schemat na rys. 2: "CLK4.4"). Impuls ten, po powtórzeniu multipleksera obwodu górnego, który jest częścią układu scalonego DD2, zapisze do rejestru buforowego DD2 jeden bit informacji z wyjścia „PR” (pin 15) ostatniego bitu rejestru kontrolnego DD16. Dodatnie zbocze impulsu na wyjściu falownika DD17 zbiega się w czasie z zanikiem drugiego impulsu na wejściu „CP” licznika DD21 (patrz schemat na rys. 4.4: przód „CLK2”). Przy zaniku trzeciego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6 na wyjściu elementu DD2 powstanie dodatni spadek („CLK2”), który po powtórzeniu multipleksera IC DD3 jest niższy w obwodu i odwracanie wyzwalacza Schmitta DD6, zapisze jeden bit informacji z wyjścia „PR” ostatniego bitu rejestru kontrolnego DD5.2 do pierwszego bitu rejestru DD1. Potężne wyzwalacze Schmitta DD14 i DD17.3 (zawarte w IC KR21 TL18) są wprowadzane do urządzenia w celu bezpośredniej pracy na linii z obciążeniem pojemnościowym, a także zapobiegają przedostawaniu się sygnału odbitego od linii do wejść rejestry kontrolne, oddzielając odpowiednie łańcuchy sygnałowe. Opisaną procedurę powtarza się 8 razy, aż do zapełnienia rejestru buforowego DD16 i przepisania zawartości rejestru DD21 do rejestru DD18. Po zakończeniu ósmego ujemnego impulsu synchronizacji na wejściu „C” rejestru buforowego (patrz schemat na rys. 8: przód „CLK2”), aktualny stan rejestru DD2 zostanie całkowicie przepisany w rejestrze DD16. Stanie się to po zaniku 21. impulsu na wejściu „CP” licznika DD58. Przy tym spadku licznik DD6 przejdzie do trzeciego stanu. Ponieważ do tego czasu licznik DD3 był już w 7. stanie, to dwa sygnały poziomu jednostki logicznej wchodzące na wejścia elementu DD7 spowodują pojawienie się na jego wyjściu logicznego poziomu zerowego. W ten sposób na wyjściu elementu DD12.1 zostanie wygenerowany ujemny impuls („CS”, patrz rys. 12.1), którego czas trwania będzie równy okresowi impulsu generatora RF wykonanego na elementach DD2, DD3.3. 3.4. Po „przejściu” przez dolny, zgodnie ze schematem, multiplekser IC DD15 (przypomnij sobie, że jego wejście „S0” jest ustawione na poziom „zero” ustawiony przełącznikiem SA1), ten ujemny impuls próbkuje układ scalony EEPROM DD15 na wejściu "CS" ("Chip Select"-"Crystal Select"), a tym samym tworzy równoległy zapis 8 bitów informacji generowanych na wyjściach rejestru buforowego DD16 pod adresem ustawionym na wejściach A0-A10 EEPROM DD13 . Wizualna kontrola wypełnienia przestrzeni adresowej IC EEPROM DD13 odbywa się za pomocą linii diod LED HL3 - HL11, wyświetlających aktualny adres liczników binarnych DD8.1, DD8.2, DD9.1. Sześć pierwszych diod LED HL3-HL9, zielona wskazuje zapełnienie pierwszych 25% przestrzeni adresowej, żółta HL10 w połączeniu z zielonym - od 25 do 50%, czerwona HL11 w połączeniu z żółtym i zielonym - od 50 do 100%. Jednoczesne świecenie wszystkich diod LED w trybie zapisu wskazuje, że cała przestrzeń adresowa EEPROM jest pełna, z wyjątkiem komórek o ostatnich czterech adresach. Po zarejestrowaniu dynamicznej kombinacji światła pod ostatnimi czterema adresami liczniki DD8.1, DD8.2 są ustawiane na zero, a DD9.1 na ósmy, czemu towarzyszy wygaszenie diod LED HL3-HL11. Wszystkie linie adresowe są ustawione na poziomy „zero”. W takim przypadku nagrywanie programu można powtórzyć. Tryb odczytu ustawia się przestawiając przełącznik SA1 w górną pozycję, zgodnie ze schematem, co odpowiada zapaleniu zielonej diody LED HL1. Urządzenie można przełączyć w ten tryb w dowolnym momencie, nawet bez ukończenia programowania całej przestrzeni adresowej EEPROM. W takim przypadku program nagrany wcześniej pod adresami będzie odtwarzany od bieżącego adresu do końca przestrzeni adresowej, a następnie cykl odtwarzania programu będzie kontynuowany, zaczynając od adresu zerowego pamięci EEPROM. Jeśli tryb odczytu zostanie ustawiony przed włączeniem zasilania, obwód resetujący złożony na elementach C6R15, DD1.3, DD1.4, DD5.1 ustawi liczniki DD6, DD7, DD8.1, DD8.2, DD9.1. 1 do zera. W tym trybie poziom jednostki logicznej od lewej, zgodnie ze schematem, wyjście przełącznika SA3.1 pozwoli na działanie generatora niskiej częstotliwości, wykonanego na elementach DD3.2, DD10 z częstotliwością około 3.2 Hz. Impulsy o dodatniej polaryzacji z wyjścia elementu DD4.1, po odwróceniu przez element DD3 i ograniczeniu czasu trwania łańcucha różniczkowania C11R4, spowodują ustawienie czwartego przerzutnika RS IC DD2 na jedno państwo. W tym trybie spadek pierwszego dodatniego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6 ustawi ten ostatni w pojedynczy stan, co doprowadzi do przejścia do stanu zerowego elementu DD10.1. Poziom zera logicznego z jego wyjścia, odwrócony przez element DD10.2, wpływa na wejście elementu DD11.4 i wraz z poziomem „jedynki” dochodzącym do drugiego wejścia tego elementu również ustawia poziom „1” na jego wyjściu. Ten poziom spowoduje, że wyjścia rejestru buforowego DD16 przejdą w stan trzeci - teraz staną się wejściami (patrz schemat na rys. 2: przód "SL"). Przy spadku drugiego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6 na jego wyjściu „2” (pin 4) występuje poziom logiczny „1”, który przekształca element DD5.3 w stan pojedynczy. Poziom jednostki z jej wyjścia wpływa na wejście elementu DD12.3 iw połączeniu z poziomem jednostki logicznej dochodzącej do drugiego wejścia tego elementu, ustawi na jego wyjściu poziom logiczny zero. Ten poziom logiczny, działając na wejściu "OE" ("Output Enable" - "Enable Outputs") układu EEPROM IC DD13, prowadzi do przełączenia jego wyjść w stan aktywny (patrz schemat na Rys. 2: spadek "OE") , a także „przejście” przez dolny, zgodnie ze schematem, multiplekser DD15 (ponieważ jego wejście „S0” jest teraz ustawione na poziom „1”), prowadzi do wyboru układu EEPROM IC DD13, na wejściu „ CS". Na wyjściach "D0" - "D7" EEPROM pojawiają się dane zapisane pod aktualnym adresem ustawionym na wejściach adresowych "A0" - "A10". Jednocześnie wraz ze spadkiem drugiego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6 rozpoczyna się tworzenie ujemnego impulsu równoległego zapisu do rejestru buforowego DD16 (patrz schemat na ryc. 2: pierwszy spadek ” CLK2"). Impuls ten jest generowany na wyjściu elementu DD11.3 na początku każdego z 4 cykli cyklu odczytu, tj. przed utworzeniem każdego z 8 impulsów zegarowych („CLK1”) rejestrów sterujących i wyjściowych. Tworzenie równoległego impulsu zapisu do rejestru buforowego DD16 (patrz schemat na rys. 2: pierwsze zbocze „CLK2”) zostanie zakończone zanikiem trzeciego impulsu na wejściu licznika „CP” DD6. Przy zaniku czwartego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6, element DD12.3 przełączy się w stan jednostki logicznej, która z kolei przeniesie wyjścia IC EEPROM DD13 na trzeci (wysoki -rezystancyjny) stan (patrz schemat na rys. 2: front "OE" ). Spadek piątego impulsu na wejściu "CP" licznika DD6 przełączy wyjścia rejestru buforowego DD16 w stan aktywny (patrz wykres na rys. 2: spadek "SL"). Rozdzielenie w czasie momentów włączania i wyłączania stopni wyjściowych rejestru buforowego DD16 i EEPROM DD13 jest konieczne dla prawidłowej skoordynowanej pracy stopni wyjściowych tych mikroukładów. Jak widać na schemacie czasowym trybu odczytu (patrz rys. 2), najpierw wyjścia "D0" - "D7" EEPROM DD13 są wyłączone, a następnie, po 1 cyklu generatora RF, wyjścia "1" - "8" rejestru bufora są włączone DD16. Po kolejnych 2 cyklach wyjścia DD16 są wyłączone, a po kolejnym 1 cyklu - teraz wyjścia DD13 są włączone. Wraz ze spadkiem szóstego impulsu na wejściu „CP” licznika DD6 rozpoczyna się jednoczesne tworzenie impulsów odczytu („CLK6”) rejestru buforowego DD2 i zapisu („CLK16”) do rejestrów kontrolnych DD1-DD18 . Tworzenie impulsu zapisu (patrz schemat na rys. 21: przód „CLK2”) w rejestrach DD1-DD18 zakończy się 21 cykl przed końcem tworzenia impulsu odczytu (patrz schemat na rys. 1: drugi przód „CLK2”) rejestru buforowego DD2. W rezultacie zawartość rejestru buforowego DD16 zostanie przepisana do rejestru DD16, a zawartość tego ostatniego zostanie sekwencyjnie przepisana do rejestru DD18 i tak dalej. Po zakończeniu cyklu odczytu aktualnej kombinacji na wyjściu „19” (pin 2) licznika DD4 powstaje ujemna kropla, która po ograniczeniu czasu trwania przez różniczkujący łańcuch RC C8.1R5 i odwracanie elementu DD14 .1.3 prowadzi do zerowania liczników DD6, DD7 i ustawienia w stan zerowy czwartego układu scalonego RS-flip-flop DD4. Niski poziom logiczny z jego wyjścia prowadzi do zablokowania pracy generatora RF zmontowanego na elementach DD2, DD3.3. Wyjście elementu DD3.4 jest ustawione na stały poziom logicznego zera. Jednocześnie poziom „zero” z wyjścia „3.4Q” (pin 4) czwartego RS-flip-flop DD13, przełącza wyjścia sterowania DD2-DD18 i rejestry wyjściowe DD21, DD23, DD25, DD27 do stanu aktywnego i umożliwia wskazanie aktualnej kombinacji światła-dynamika. W takim przypadku kombinacja kodów zostanie ustalona na wyjściach rejestrów i aż do następnego dodatniego spadku impulsu na wyjściu generatora niskiej częstotliwości będzie wyświetlana na linii LED. KONSTRUKCJA I SZCZEGÓŁY. Sterownik główny zmontowany jest na płytce drukowanej o wymiarach 100x150 mm (rys. 3), a rejestry wyjściowe 25x80 mm (rys. 4) wykonane z folii z włókna szklanego o grubości 1,5 mm z obustronną metalizacją. Rysunki PCB zostały opracowane z myślą o rysowaniu odręcznym, co powinno ułatwić ich wykonanie w laboratorium radioamatorskim. Połączenia pokazane linią przerywaną są wykonane z cienką izolacją z drutu wielodrutowego. W urządzeniu zastosowano stałe rezystory typu MLT-0,125, zmienne - SP3-38b, kondensatory K10-17 (C1-C6, C8), K50-35 (C7, C9-C16); Diody LED - super jasne, cztery kolory, na płycie sterownika głównego - średnica 3 mm oraz w oddalonej girlandzie - 10 mm typu KIPM-15, umieszczone w kolejności naprzemiennej. Oczywiście możliwe są również inne kombinacje elementów emitujących światło. Aby sterować mocniejszym obciążeniem, na przykład żarówkami lub girlandami diod LED połączonymi równolegle, rejestry wyjściowe należy uzupełnić o przełączniki tranzystorowe lub triakowe. Dioda ochronna VD1 i odsprzęganie (VD2, VD3) może być dowolnym krzemem średniej mocy. Przyciski SB1-SB3 typu KM1-1 oraz przełącznik typu MT-1 lutowane są bezpośrednio na płytce sterownika. Dla nich przewidziane są otwory o odpowiedniej konfiguracji. Mikroukłady rejestru wyjściowego (DD22-DD29, patrz ryc. 5), które sterują zdalną girlandą elementów świetlnych, jak wspomniano powyżej, są połączone z główną płytą sterującą za pomocą skręconych par przewodów. Ich włączenie (biorąc pod uwagę dodatkowe odwracające wyzwalacze Schmitta) jest podobne do układu scalonego DD18-DD21 rejestru kontrolnego (patrz rys. 1), ale dane z wyjścia transferu „PR” ostatniego układu scalonego DD29 rejestru wyjściowego są nie używany, ponieważ rejestr wyjściowy działa tylko w trybie odbioru (pobieranie, ale nie odczyt) informacji. Zdalna girlanda elementów świetlnych, jak i sterownik główny, zasilana jest z oddzielnego stabilizowanego źródła 12 V. Prąd pobierany przez urządzenie nie przekracza 600 mA (jest to wartość szczytowa przy świeceniu wszystkich diod jednocześnie ), a przy użyciu układu scalonego KR1533IR24 nie przekracza 750 mA . Dlatego zasilacz musi mieć odpowiednią obciążalność. Zaleca się stosowanie zasilacza o minimalnym prądzie obciążenia co najmniej 1A, szczególnie do zasilania rejestrów wyjściowych (zdalnych). Zmniejszy to amplitudę sygnału interferencyjnego indukowanego przez obwód mocy do obwodów sygnałowych mikroukładów rejestrujących. Jak wspomniano wcześniej, dane w rejestrze wyjściowym (DD23, DD25, DD27, DD29) przesyłane są liniami sygnałowymi interfejsu szeregowego: „Dane” i „Synchronizacja”. Należy zauważyć, że elementy mikroukładu KR1554 TL2 (74AC14), a nie KR1564 TL2 (74HC14), są używane jako translatory buforowe na płycie głównej sterownika, ponieważ tylko pierwszy z nich jest w stanie zapewnić duży prąd wyjściowy (do 24 mA) i bezpośrednio sterować obciążeniem pojemnościowym. Przy krótkiej długości linii (do 10 m) częstotliwość taktowania jest ustawiona na maksimum (100 kHz), a suwak rezystora dostrajania R13 jest ustawiony w pozycji odpowiadającej minimalnej rezystancji. Przy znacznym wzroście długości linii (ponad 10 m) wzrasta amplituda sygnału interferencyjnego indukowanego w liniach sygnałowych przez sąsiednie przewodniki. Jeżeli amplituda zakłóceń przekroczy próg napięcia przełączania wejścia wyzwalanego przez Schmitta (z uwzględnieniem histerezy), może wystąpić awaria komunikacji. Aby uniknąć takiej sytuacji, gdy sterownik pracuje na stosunkowo długiej linii (od 10 do 100 m), może być konieczne nieznaczne zmniejszenie częstotliwości generatora RF rezystorem R13. W takim przypadku prędkość ładowania kombinacji światło-dynamicznych zmniejszy się, ale nie będzie wizualnej różnicy w działaniu urządzenia, ponieważ efekt migotania diody LED jest całkowicie maskowany sygnałem „Włącz wskazanie”. Nawet przy najniższej możliwej częstotliwości generatora RF (20 kHz), maksymalny czas aktualizacji dynamicznej kombinacji światła wyniesie 400 µs x 32 impulsy = 12800 µs (12,8 ms), co odpowiada częstotliwości odświeżania około 78 Hz. Ta częstotliwość jest zbliżona do ergonomicznej wartości 85 Hz. Rejestry DD16, DD18-DD21 typu KR1564IR24 (bezpośredni odpowiednik 74HC299) stosowane na płycie głównej kontrolera mogą być zastąpione przez KR1554IR24 (74AC299), aw skrajnych przypadkach KR1533IR24. Ponieważ mikroukłady KR1533IR24 (SN74ALS299) mają strukturę TTLSH i zużywają dość duży prąd nawet w trybie statycznym (około 35 mA), zaleca się stosowanie w rejestrach zdalnych (wyjściowych) mikroukładów CMOS typu KR1564IR24 (74HC299). Na płycie głównej kontrolera można używać rejestrów dowolnej z serii KR1554, KR1564 lub KR1533. Jeśli nie ma pamięci EEPROM AT28C16-15PI, można użyć statycznej pamięci RAM typu KR537RU10 (RU25). W takim przypadku, jeśli istnieje potrzeba długotrwałego przechowywania programu sterującego, konieczne jest zastosowanie zasilacza rezerwowego o napięciu 3V, składającego się z dwóch elementów typu LR03 (AAA), który jest załączany poprzez odsprzęgającą diodę germanową typu D9B, jak pokazano w [1]. Zintegrowany stabilizator DA1 (KR142EN5B), z wartościami rezystorów ograniczających prąd R17-R59 wskazanymi na schemacie, nie wymaga grzejnika, ale jeśli nie są dostępne superjasne diody LED, można użyć zwykłej, standardowej jasności. Jednocześnie wartości rezystorów R17-R59 należy zmniejszyć od trzech do czterech razy, a stabilizator należy zamontować na grzejniku o powierzchni co najmniej 100 cm2. Napięcie zasilania zarówno płyty głównej sterownika, jak i rejestrów wyjściowych można dobrać w zakresie 9-15V, ale wraz ze wzrostem należy pamiętać, że moc rozpraszana na układach scalonych stabilizatora wzrasta proporcjonalnie do spadającego na nie napięcia . Częstotliwość przełączania kombinacji światło-dynamika można zmienić, regulując rezystor R9, a prędkość pobierania podczas pracy na bardzo długich liniach wynosi R13. Technika programowania Przygotowanie urządzenia do pracy polega na wprowadzeniu dynamicznych kombinacji świetlnych do pamięci EEPROM za pomocą przycisków SB1-SB3. Możliwa jest również alternatywna opcja: napisać program sterujący wygenerowany np. zgodnie z metodą opisaną w [4] za pomocą standardowego programatora, a następnie zainstalować układ EEPROM IC w gnieździe wlutowanym na płytce urządzenia. Jako przykład rozważ zaprogramowanie efektu „biegnącego ognia”. Założymy, że zasilanie zostało wyłączone przed rozpoczęciem programowania. Przykład 1. Efekt „Running Fire”. Włącz zasilanie. Diody HL3-HL11 nie powinny się świecić (mierniki DD8.1, DD8.2, DD9.1 - w stanie zerowym). Tryb programowania sygnalizuje czerwona dioda HL2. Naciśnij raz przycisk SB1. Kontroluj aktywację diody LED HL12. Naciśnij raz przycisk SB3. (Spowoduje to zarejestrowanie aktualnej kombinacji z jednoczesną aktualizacją zawartości rejestrów kontrolnych DD18-DD21). Naciśnij raz przycisk SB2. Kontroluj wygaszenie diody HL12 i włączenie HL13. Naciśnij raz przycisk SB3. Naciśnij raz przycisk SB2. Kontroluj wygaszenie diody HL13 i włączenie HL14. Naciśnij raz przycisk SB3. Powtarzaj, aż podświetlona dioda LED przejdzie przez wszystkie pozycje. Podczas programowania wciśnięciu przycisku SB3 towarzyszy zmiana kombinacji kodów binarnych na wyjściach liczników DD8.1, DD8.2, DD9.1, które są wyświetlane linią LED HL3-HL11. Inny przykład programowania efektu „wędrownego cienia” jest rozważany w [1]. Jak wspomniano wcześniej, urządzenie ma potencjał do zwiększenia liczby elementów świetlnych. Dzięki temu urządzenie może służyć np. jako sterownik wyświetlacza oświetleniowego. Liczba elementów girlandy może sięgać kilkudziesięciu (wygodnie jest zwiększyć je o wielokrotność ośmiu) bez znaczącej zmiany protokołu interfejsu szeregowego. Konieczne jest jedynie ustawienie wymaganej liczby rejestrów sterujących i wyjściowych oraz odpowiednia zmiana liczby impulsów zegarowych. Oczywiście konieczne jest uwzględnienie zmiany zakresu adresów EEPROM odpowiadającej jednej dynamicznej kombinacji świateł. Jeśli chcesz sterować girlandą z ponad setką elementów, musisz użyć dodatkowych rejestrów buforowych. W takim przypadku transfer danych do rejestrów buforowych będzie realizowany z mniejszą częstotliwością taktowania, a dane zostaną przepisane do rejestrów wyjściowych podłączonych do ich wyjść po zakończeniu cyklu przesyłania danych do rejestrów buforowych. Umożliwi to przesyłanie dużych pakietów danych przez linie interfejsu szeregowego bezpośrednio w momencie wyświetlania aktualnej kombinacji światła-dynamicznej. Oczywiście będzie to wymagało pewnych komplikacji protokołu. W przypadku wszelkich pytań związanych z implementacją interfejsu szeregowego w urządzeniach dynamicznego światła można uzyskać poradę wysyłając zapytanie na adres e-mail autora wskazany na początku artykułu. literatura:
Autor: Odinets Alexander Leonidovich, Electronic_DesignArt@tut.by, Mińsk, Białoruś
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Samoaktualizujący się wieczysty komputer ▪ Jabłka wspomagają wzrost nowych neuronów ▪ Niebezpieczeństwo wiecznej zmarzliny
▪ na stronie internetowej Radio Control. Wybór artykułów ▪ artykuł Motoblok z wózkiem. Rysunek, opis ▪ artykuł Kiedy człowiek po raz pierwszy użył elektryczności? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Barwienie janowca. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Niskonapięciowy stabilizator napięcia. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony