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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Indicadores LED piscando nos chips CMOS. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Anotação Os indicadores de modo de operação são mais amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos, por exemplo, como parte de um sistema de alarme de intrusão ou, em um projeto individual, também para simular sua presença. Tal indicador pode ser usado em brinquedos eletrônicos para criar efeitos estéticos ou como controlador para controlar faróis intermitentes em veículos para fins especiais. Como elementos emissores de luz, é aconselhável utilizar LEDs superbrilhantes, que, devido à alta capacidade de carga dos microcircuitos CMOS das séries KR1554 e KR1564, podem ser conectados diretamente às suas saídas, sem transistores chave.
O princípio de funcionamento. Como soluções básicas de circuito para indicadores LED, são utilizados os projetos mais simples em dois e três microcircuitos CMOS da lógica padrão da série KR1554, respectivamente, considerados em [1] e [2]. A primeira versão (Fig. 1) do dispositivo gera dois flashes de cada LED com um ciclo de trabalho de quatro. Isso significa que o tempo de flash do LED é de 25% do período de flash, o que corresponde subjetivamente ao piscar mais nítido dos LEDs. Além disso, esse ciclo de trabalho duplica a vida útil das células de baixo consumo quando o dispositivo é alimentado por bateria. Consideraremos o funcionamento do dispositivo, assumindo que no momento inicial os contadores DD2.1 e DD2.2 estejam no estado “zero”. Nos elementos DD1.1, DD1.2 é feito um gerador de pulsos retangular, com taxa de repetição de cerca de 10 Hz. Ao comutar o elemento DD1.2 para o estado oposto, a tensão à esquerda, conforme esquema, placa do capacitor C1, é somada ao valor anterior e atinge quase o dobro do valor da tensão da fonte de alimentação. Para os diodos de proteção de entrada do elemento DD1.1, este modo de operação é inaceitável, portanto, um resistor R1 é introduzido no dispositivo, que limita os pulsos de corrente ao nível de 1 mA, o que já é um valor bastante aceitável. Este resistor evita a falha dos diodos de proteção e, assim, aumenta significativamente a confiabilidade do dispositivo durante a operação de longo prazo. O contador DD2.1 é acionado por variações negativas nos pulsos de contagem e, ao atingir o “terceiro” estado, gera os níveis de unidades lógicas nas saídas “1” e “2” (pinos 11 e 10, respectivamente ), que, quando alimentado nas entradas do elemento DD1.3, faz com que um nível "zero" apareça em sua saída. Este nível lógico é inserido no elemento DD1.4 e, invertendo este último, acende o LED HL2.
Isso ocorre devido ao fato do contador DD2.2, conforme observado acima, estar no estado inicial “zero”, e o nível do “um” lógico é formado na saída do elemento DD1.4 (veja o tempo diagrama na Fig. 2). A transição do contador DD2.1 para o “quarto” estado leva à extinção do LED HL2, e a transição para o “sétimo” - ao seu reacendimento. Além disso, a queda negativa do próximo pulso de contagem, o contador DD2.1 é transferido para o "oitavo" estado, e a queda negativa da saída de seu "terceiro" bit (pino 4) leva a um aumento no estado de o contador DD2.2 por um. Agora, no momento em que aparece o nível de “zero” lógico na saída do elemento DD1.3, o LED vermelho HL1 acende. Assim, ocorrem duas piscadas sucessivas de cada LED. A frequência do flash pode ser alterada ajustando o resistor R2, e o limite superior da faixa de frequência do oscilador pode ser alterado selecionando o resistor R3. Se você precisar obter não dois, mas quatro flashes de cada LED, será necessário aplicar pulsos de contagem à entrada DD2.2 da saída do quarto (pino 8), e não do terceiro bit (pino 9) do contador DD2.1.
O diagrama do circuito elétrico de um indicador de três LEDs é mostrado na Fig. 4. O dispositivo gera três flashes sucessivos de cada LED, também com um ciclo de trabalho de quatro. Ao contrário da primeira versão do dispositivo, o contador DD2.1 é zerado por um pulso positivo curto da saída do elemento DD1.4 quando o "décimo segundo" estado é atingido. Se a zeragem não for realizada, mas a entrada de reset “R” (pino 12) estiver conectada ao fio “comum”, ocorrerão não três, mas quatro flashes de cada LED. Os pulsos de contagem da saída do dígito de ordem superior DD2.1 são alimentados na entrada DD2.2, que gera combinações de códigos para selecionar um dos três LEDs piscantes HL1...HL3. O ciclo de trabalho igual a quatro é alcançado devido à combinação de sinais de controle provenientes das saídas dos bits menos significativos do contador DD2.1 (pinos 11 e 10) para as entradas de "permissão" inversa "V (&)" de o decodificador DD3 (pinos 4 e 5). Sua entrada direta de “habilitação” (“V”, pino 6) é conectada ao barramento de alimentação, conforme lógica de funcionamento. Neste caso, o acendimento de um dos três LEDs HL1 ... HL3 ocorre somente quando as entradas “V (&)” do decodificador DD3 (pinos 4 e 5) correspondem a dois níveis de zero lógico, conforme diagrama de temporização na Fig. 5.
Cada pulso de contagem recebido na entrada do contador DD2.2 da saída DD2.1 leva a um aumento em seu estado em um. Ao atingir o “terceiro” estado, graças à cadeia VD1, VD2, R4, o contador DD2.2 é zerado e, então, o ciclo do dispositivo se repete completamente. Deve-se notar que a cadeia indicada (VD1, VD2, R4) é um equivalente totalmente funcional de dois elementos conectados em série DD1.3, DD1.4, ou seja, desempenha a função de "multiplicação" lógica de sinais.
Uma versão melhorada do indicador de três LEDs é mostrada na fig. 7. Aqui o contador DD2.2 não é zerado, portanto opera em modo cíclico com um conjunto completo de estados, o que permite gerar pulsos negativos nas quatro saídas do decodificador DD3. O número de LEDs ainda é três, mas eles não estão conectados diretamente às saídas do decodificador, mas através dos elementos DD4.1... DD4.3. O nível de zero lógico aparece em suas saídas e, conseqüentemente, o LED correspondente acende quando os elementos especificados do mesmo nível lógico chegam a qualquer uma das entradas, conforme diagrama de temporização da Fig. 8. Quando o contador DD2.2 atinge o “terceiro” estado (nas saídas “1” e “2” - os níveis das unidades lógicas), o mesmo nível aparece na saída “3” (pino 12) do decodificador DD3, mas somente se a condição de coincidência de dois níveis lógicos “zero” nas entradas de sua resolução “V(&)” (pinos 4 e 5). Assim, após três piscadas consecutivas de cada um dos três LEDs HL1...HL3, todos os LEDs acendem três vezes simultaneamente. As entradas do elemento DD4.4 (não mostradas no diagrama) são conectadas ao barramento de potência.
Tornou-se possível alterar significativamente o algoritmo de operação do dispositivo devido ao uso de um microcircuito contendo quatro flip-flops RS idênticos com entradas de controle inverso em um pacote (Fig. 10). Isso significa que a transição do flip-flop RS para o estado correspondente ocorre de acordo com o nível de “zero” lógico que chega à entrada correspondente “R” ou “S”. Ao mesmo tempo, os níveis das unidades lógicas devem ser fixados preliminarmente nas entradas especificadas antes de aplicar o nível ativo de zero lógico. Este modo de operação é fornecido através do decodificador DD3, cujos níveis lógicos de saída ativa são apenas “zero”. No momento inicial, os contadores DD2.1 e DD2.2 estão no estado “zero”, portanto, na saída do elemento DD1.3, é formado um nível de unidade lógica, que proíbe a decodificação dos estados do contador DD2.2, cujos níveis lógicos de saída são alimentados nas entradas de endereço "1" e "2" do decodificador DD3. Assim, são formados níveis de unidades lógicas em todas as suas saídas, o que corresponde ao estado inicial do dispositivo. Como no final do ciclo anterior foi gerado um pulso negativo curto na saída do elemento DD1.4, todos os flip-flops RS foram colocados no estado “único”, portanto todos os LEDs estavam apagados. Quando o contador DD2.1 passa do estado “zero” para o “primeiro”, o nível de zero lógico da saída do elemento DD1.3 permite a decodificação dos estados de DD3 e em sua saída “0” (pino 15) aparece o nível de “zero” lógico. Este nível vira o primeiro flip-flop RS (superior no diagrama), que faz parte do chip DD4, para o estado zero e, ao mesmo tempo, vai para o ânodo do LED HL1. Mas o acendimento do LED neste momento ainda não ocorre, pois a diferença de potencial em seus terminais é zero. Quando o contador DD2.1 atingir o quarto estado, a decodificação dos estados DD3 será novamente proibida, e na sua saída “0” (pino 15) será formado um nível de unidade lógica. Como na saída “1Q” (pino 4) do primeiro, conforme esquema RS-flip-flop DD4, foi formado o nível “zero”, isso levará ao acendimento do LED HL1. Isto será seguido por três piscadas, com ciclo de trabalho igual a quatro, como nos casos anteriores, conforme diagrama de temporização da Fig. 11. Neste caso, pulsos negativos na saída “0” (pino 15) do decodificador DD3 levam justamente à extinção do LED HL1, portanto, durante o contador de transição DD2.2 de zero para o primeiro estado, na saída indicada “0” (pino 15) do decodificador DD3, um nível fixo (estático) de lógica unidade é formada e o LED HL1 permanece aceso. Cada pulso de contagem subsequente da saída do gerador leva a um aumento nos estados do contador DD2.1 e, depois dele, e DD2.2. Neste caso, ocorrem três flashes sucessivos dos LEDs HL2 ... HL4, seguidos de sua fixação no estado ligado. Quando o contador DD2.2 atinge o “quarto” estado, um pulso positivo curto é gerado em sua saída “4” (pino 9), que, invertido pelo elemento DD1.4, leva à instalação de todos os RS-flip- flops DD4 no estado "único" e os LEDs apagam. Além disso, o ciclo de operação do dispositivo é completamente repetido.
Uma versão melhorada do indicador de quatro LEDs é mostrada na fig. 13. Foi introduzido em sua composição o temporizador mais simples, composto por um gerador de pulsos retangular montado nos elementos DD2.1, DD2.2 e contadores DD4.1, DD4.2. O temporizador expande significativamente a funcionalidade do indicador LED e permite que você escolha quase qualquer duração do ciclo de operação do dispositivo, começando com um único flash do LED HL1 e terminando com um certo atraso de tempo para que todos os LEDs acendam após todo o funcionamento. ciclo já passou.
A lógica de operação do dispositivo é totalmente consistente com o diagrama de temporização mostrado na fig. 11, com a diferença de que o sinal para configuração dos flip-flops RS do chip DD6 é gerado pelo contador DD4.2 do temporizador introduzido adicionalmente. Ao contrário do anterior, em uma versão melhorada do dispositivo, funcionam dois geradores de pulsos retangulares independentes, cuja frequência é definida de forma independente. Isso permite alterar separadamente a frequência dos flashes do LED (usando R3) e a duração de todo o ciclo de operação (usando R6).
Construção e detalhes. Todos os dispositivos são feitos em placas de circuito impresso feitas de fibra de vidro dupla-face com 1,5 mm de espessura. Dimensões da placa de circuito impresso: primeira opção (Fig. 3): 35x50 mm; segunda opção: (fig. 6): 40x70 mm; terceira opção: (fig. 9): 40x70 mm; quarta opção: (Fig. 12): 40x75 mm; e a quinta opção: (Fig. 14): 50x90 mm.
Os dispositivos utilizam resistores fixos do tipo MLT-0,125, trimmers SP3-38b em desenho horizontal, capacitores apolares do tipo K10-17, capacitores de óxido do tipo K50-35 ou importados. Os microcircuitos CMOS da série KR1554 possuem alta capacidade de carga (até 24 mA), o que permite conectar LEDs diretamente às suas saídas, sem chavear transistores. Caso não estejam disponíveis LEDs superbrilhantes, também podem ser utilizados LEDs de brilho padrão, mas, neste caso, é necessário utilizar apenas CIs da série KR1554, cujas correntes de saída podem chegar a 24 mA. Nos circuitos de geradores de pulsos retangulares no lugar do KR1564LA3 (74HC00N), você também pode usar o KR1564TL3 (74HC132N), que contém quatro gatilhos Schmitt. Esta opção é mais preferível para dispositivos alimentados por bateria, para aumentar sua eficiência reduzindo significativamente as correntes de passagem ao alternar elementos lógicos. Devido à alta capacidade de carga dos microcircuitos CMOS das séries KR1564 e KR1554, é possível combinar chips das séries CMOS (KR1564, KR1554, KR1594) e TTLSH (KR1533, K555) e até mesmo TTL (K155) em um único dispositivo. Somente os microcircuitos das séries K561 e KR1561 não são aplicáveis em dispositivos cuja capacidade de carga não exceda 1 mA, mesmo para dispositivos da série CD40xxBN. Por exemplo, no lugar de DD1 (KR1564LA3), seu análogo TTLSH totalmente funcional do tipo KR1533LA3 pode funcionar. Como as correntes de entrada dos microcircuitos da série TTLS são muito superiores aos valores correspondentes dos microcircuitos CMOS, é necessário instalar um resistor trimmer (R2) com resistência de 1 kOhm, e substituir as constantes (R1 e R3 ) com jumpers. Neste caso, o capacitor apolar C1 é substituído por uma capacitância de óxido de até 100 μF para manter o tempo constante do gerador. Ao alimentar dispositivos a partir de elementos de baixa potência com tensão total de 3 V, o estabilizador integral e o diodo de proteção devem ser excluídos, e os LEDs devem ser selecionados com a menor tensão de operação de brilho possível. Ao usar o gerador de chip KR1564TL3 (74HC132N) no local, a duração da bateria será suficiente para vários meses de operação contínua. Dispositivos montados a partir de peças reparáveis e sem erros não precisam ser ajustados e funcionam imediatamente quando ligados. Literatura.
Autor: Odinets A.L.
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