Автомат световых эффектов на 155 микросхемах

Автомат световых эффектов (старые замыслы в современных реалиях).

Автор: -serg-
Опубликовано 09.03.2017
Создано при помощи КотоРед.

В 1984 году в журнале Радио №11, в рубрике Радио — начинающим, (на страницах 52 — 53) была опубликована небольшая статья: Автомат световых эффектов, автор В. Чеканихин, город Плавск, Тульской области.

Краткое изложение материала, наличие в схеме некоторых неточностей и отсутствие печатной платы, не позволили интересной конструкции обрести широкую известность.
В ту пору, мой старинный приятель и однокашник Владислав, будучи толковым радиолюбителем, успешно собрал и отладил это устройство. Мне была любезно предоставлена возможность воспользоваться его наработками.

В те времена, удачные конструкции, имевшие «широкое хождение», распространялись при личном общении (подобно былинам). В блокнот или тетрадку, перерисовывалась схема, на кусок миллиметровки переносилась разметка отверстий под выводы деталей и соединений между ними. Высказывались рекомендации, давались комментарии, озвучивались вопросы.

Недавно я наткнулся на обрезок рыжей миллиметровки с подвёрнутыми краями и отверстиями от инструмента, которым размечалась плата. Это обстоятельство навело на мысль вспомнить о славных временах и представить обновлённый вариант, по своему, примечательной, и не трудной для повторения, конструкции.

Взяв за образец, не то чтобы ветхий, но какой-то потускневший листок с рисунком платы, я один в один изобразил его в Sprint-Layout 5.0. Отличий от оригинала немного, для удобства, плата стала односторонней, а для питания применён интегральный стабилизатор.

Схема устройства, после всех уточнений и дополнений, приобрела следующий вид.

На трёх элементах D1 построен генератор, импульсы с которого поступают на регистр сдвига D4 и делитель частоты D2.
С выхода делителя D2 сигнал поступает на счётчик D3, изменяя ого состояние, а так же через четвёртый элемент D1 на регистр, разрешая запись состояния счетчика в регистр D4.
На каждый такт генератора регистр сдвигает по кольцу комбинацию, полученную от счетчика D3.

Для удобства пользования и расширения возможностей в схему внесены некоторые дополнения.
Переключатель S2 фиксирует текущий световой эффект, прерывая поступление импульса делителя на вход счётчика.
Переключатель S3 изменяет направление движения «бегущего огня» на противоположное (реверс).

Также было подмечено, что при установке на выходе счётчика значения 0000, все лампы гирлянды зажигаются и остаются включенными следующие 64 такта генератора. После некоторых размышлений, я разорвал связь между выходом второго разряда счётчика (вывод 9 D3) и входом второго разряда регистра (вывод 3 D4). Это изменило порядок и набор эффектов и устранило комбинацию «все горят». При желании вернутся к авторскому варианту, можно установить предусмотренную перемычку.

Для управления устройством и придания ему занятного внешнего вида я сделал плату контроля и индикации.
Схема.

Набор из четырёх групп светодиодов, демонстрирует работу устройства. На односторонней печатной плате установлены органы управления, транзисторные ключи и светодиоды.

Тиристоры, отвечающие за коммутацию нагрузки, при переключении становятся источником помех. Для снижения уровня помех, проникающих в питающую сеть, добавлен фильтр, выполненный на отдельной печатной плате.

Теперь несколько подробней о технологии сборки и применяемых материалах.
Печатные платы разведены с прицелом изготовления с помощью «ЛУТ».
Основная плата содержит все необходимые для работы элементы и являет собой вполне самостоятельное устройство.

Для установки тиристоров КУ202 сверлятся отверстия диаметром 6 мм.
Для диодов КД202 диаметр отверстий 5 мм.
Монтажные отверстия для крепления платы диаметром 3 мм.
Для транзисторов и стабилизатора диаметр отверстий 1 мм.
Все остальные отверстия диаметром 0,8 мм.

После облуживания, плата готова к монтажу элементов.

Сборку устройства, рекомендую проводить в следующем порядке:
— запаять все перемычки.
— установить диоды выпрямителя конденсаторы фильтра, микросхему стабилизатора. (Желательно проверить работоспособность собранного источника питания, подать на вход выпрямителя напряжение 8 — 10 вольт и убедиться в наличии напряжения 5 вольт на выходе стабилизатора).
— установить микросхемы, резисторы, конденсаторы, транзисторы.
На этом этапе, можно проверить работу схемы. Вместо переменного резистора R2, временно запаять перемычку, на схему подать питание. С помощью осциллографа, логического пробника (стрелочного мультиметра, в режиме измерения напряжения), необходимо убедиться в наличии импульсов на выводах 3, 6, 8 микросхемы D1. При наличии признаков устойчивой работы генератора, проверить сигналы на выводах 10, 11, 12, 13 регистра D4.
— у тиристоров желательно измерить сопротивление между катодом и управляющим электродом и отобрать экземпляры с близким значением сопротивления (в диапазоне 100 — 200 Ом). Диоды и тиристоры, установить на плату, подровнять и надёжно зафиксировать гайками.
— к микросхеме интегрального стабилизатора прикрутить радиатор.

В качестве футляра применён корпус Gainta G765.
Плата контроля и индикации, изготовлена соответственно габаритам и конструкции корпуса.

Для крепления платы к лицевой панели, отверстия диаметром 3 мм.
Для штоков П2К отверстия диаметром 10 мм.
Для переменного резистора 7 мм.
Для клавишного выключателя, прямоугольное отверстие размечается по шаблону печатной платы.

Передняя панель корпуса и плата соединяются шестигранными резьбовыми стойками длинной 12 мм.
На плату следует установить все перемычки и электронные компоненты, кроме светодиодов.
Установка светодиодов на плату потребует некоторой щепетильности. Порядок действий такой:
— напечатать в Sprint-Layout бумажный шаблон.
— разметить переднюю панель по шаблону, наколоть центры отверстий.
— просверлить отверстия для светодиодов, ручки переменного резистора, кнопок П2К. Просверлить крепёжные отверстия, установить клавишный выключатель питания.
— установить на печатную плату передней панели 17 светодиодов, (не припаивая) обращая внимание на полярность. Смонтировать резьбовые стойки.
— привернуть переднюю панель к стойкам.
— завести светодиоды в отверстия панели, подровнять.
— запаять все светодиоды.

Переднюю панель можно снять, что позволит беспрепятственно установить кнопки и переменный резистор.

Две подсобранные платы соединяются проводами.
Использование цветных проводов, снижает риск ошибки и делает процесс более наглядным.

Убедившись, что всё в порядке (индикация отображает работу устройства, регулятор и кнопки функционируют), можно монтировать конструкцию в корпус.

Плата устанавливается на четыре резьбовые стойки длинной 12 мм винтами М3 (компьютерными).
Стойки приворачиваются к днищу корпуса винтами с потайной головкой (под головки винтов выполняется зенковка).

Питание низковольтной части устройства осуществляется от трансформатора с напряжением вторичной обмотки 8 вольт.
Мне удачно подошёл трансформатор от блока питания внешнего модема USRobotics Sportster.
Для уменьшения нагрева интегрального стабилизатора, снижено выходное напряжение, с вторичной обмотки трансформатора удалено два десятка витков.
Трансформатор обмотан двумя слоями стеклотканевой изоляционной ленты и закреплён металлической полосой, выгнутой по форме магнитопровода.

Фильтр питания изготовлен с применением деталей компьютерного блока питания.
(Разъём питания из того же блока).

Плата фильтра питания устанавливается на двух резьбовых стойках.

Для подключения нагрузки я использовал гнездо СГ-5, определённо это не лучший вариант
(разъём считается низковольтным), но четыре ёлочные гирлянды для него посильная задача.
При пайке таких разъёмов необходимо тщательно изолировать, довольно близко расположенные выводы. Мощным потребителям, софитам, большим ламповым группам, разъём потребуется более основательный.

После установки верней крышки и приклеивания резиновых ножек к днищу, конструкция приобрела законченный вид.

Устройство употреблялось с целью корпоративного увеселения и прошло новогоднюю обкатку без замечаний.

Обязательное предостережение: схема устройства находится под напряжением питающей сети! Во избежание риска поражения электрическим током все работы производить с отключенным кабелем питания.
Ручка переменного резистора должна быть из изолирующего материала, её конструкция должна исключать возможность контакта с осью резистора пальцев рук (или иных частей тела).

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Статистика

Схема автомата световых эффектов на МС 155-й серии.

thumb=|Схема автомата световых эффектов на МС 155 серии]https://www.komitart.ru/uploads/posts/2015-05/1431241985_shema-avtomata-svetovyh-effektov-na-ms-155-serii.jpg[/thumb]

Представляем вашему вниманию схему четырехканального автомата световых эффектов. Собрана она на широко распространенных логических микросхемах 155-й серии, которые не являются большим дефицитом, что в совокупности с простотой схемы дает отличную повторяемость. Автомат позволяет получать различные комбинации переключения каналов по типу эффекта бегущего огня. Принципиальная схема устройства показана на рисунке ниже:

Основным элементом схемы является четырехразрядный кольцевой регистр сдвига D5 (К155ИР1). Зарубежные аналоги — SN7495N, SN7495J. Условное графическое обозначение показано на следующем рисунке:

Тактовый генератор собран на микросхеме К155ЛА3 (в одном корпусе содержатся 4 логических элемента 2И-НЕ)

Резистором R2 задается скорость чередования импульсов задающего генератора, соответственно и скорость переключения гирлянд.

Зарубежные аналоги микросхемы К155ЛА3 — SN7400N, SN7400J.

Триггер D2 (К155ТМ2). Условное обозначение и назначение выводов смотрим ниже:

Зарубежными аналогами микросхемы К155ТМ2 являются SN7474N, SN7474J.

Длительность режима формируется микросхемой D3 (К155ИЕ8), представляющей собой делитель частоты с переменным коэффициентом деления. Условное обозначение и назначение выводов следующее:

Микросхема К155ИЕ8 задает работу каждого режима переключения в течение 128 тактов. То есть 128 тактов бежит светящаяся точка, потом 128 тактов бегут две светящиеся точки, потом 128 тактов бежит тень, 128 тактов горят все гирлянды, и так далее.

Зарубежные аналоги микросхемы К155ИЕ8 — SN7497N, SN7497J.

Микросхема К155ИЕ2 – двоично-десятичный четырехразрядный счетчик. Ниже показано условное обозначение и назначение выводов:

Микросхема К155ИЕ2 на выходе формирует код, который поступает на адресные входы регистра сдвига (К155ИР1), и именно от этого кода зависит разнообразие вариантов эффекта бегущий огонь.

Зарубежные аналоги микросхемы К155ИЕ2 — SN7490AN, SN7490AJ.

Сигналы с выхода регистра сдвига через транзисторы VT1…VT4 управляют ключевыми тиристорами VS1…VS4. Параметры тиристоров КУ202 смотрите в таблице ниже.

Питание схемы автомата световых эффектов осуществляется от стабилизатора напряжения DA1 (КРЕН5А), которую можно заменить импортным аналогом 7805. Назначение выводов смотри ниже:

По питанию гирлянд стоит диодный мост КЦ405, и наверно не нужно объяснять, что он не выдержит больших нагрузок. Поэтому, если нагрузка у вас будет достаточно высока, стоит заменить выпрямитель на более мощный, например, собранный на отдельных диодах Д231, или поставить импортную диодную сборку с напряжением 400 Вольт и ампер эдак на 10.
При мощности каналов более 70 Ватт каждый, не забудьте тиристоры установить на радиаторы.

Ниже показана печатная плата автомата, текстолит односторонний.

Собранная плата установленная в корпус выглядит следующим образом:

Схему автомата световых эффектов, а так же печатную плату в формате LAY, вы можете скачать по прямой ссылке с нашего сайта. Удачного повторения.

ЭЛЕКТРОНИКА И АВТОМАТИКА В БЫТУ

АВТОМАТ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ

В журнале «Радио» и в сборниках «В помощь радиолюбителю» неод­нократно публиковались различные автоматы световых эффектов. Пред­лагаемый автомат отличается от ранее опубликованных использованием восьмиразрядного сдвигового регистра К155ИР13, что позволило полу­чить довольно простое устройство для управления восемью световы­ми излучателями (гирлянды, фонари), которые можно использовать при оформлении дискотек, вечеров, новогодних елок и т. д.

Описываемый автомат световых эффектов позволяет в любой момент задать любую комбинацию переключения (одна гирлянда, две вместе, две врозь, три вместе и т. д.), менять направление движения света, а также получить световой эффект, когда лампы поочередно зажигаются, а затем поочередно гаснут.

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 1. Автомат состоит из генератора тактовой частоты на элементах DD1.1, DD1.2, частоту которого можно плавно менять переменным резистором R3, восьмиразряд­ного реверсивного сдвигового регистра DD4, на элементах DD3.1, DD3.2 выполнен коммутатор, на элементах DD1.3, DD1.4 — триггер для управления коммутатором, на микросхеме DD2 — узел управления режимами работы регистра DD4, на транзисторах VT2 — VT9 и тиристорах VS1 — VS8 — восемь выходных каскадов для управления светоизлучателями ELI — EL8.

Рис. 2. Временная диаграмма работы регистра в режиме «сдвиг влево»

Для начала рассмотрим работу восьмиразрядного сдвигового регистра К155ИР13. Регистр имеет восемь вхо­дов Dl — D8 для записи параллельной информации и та­кое же число выходов 1 — 8 для снятия информации, входы DR, DL для записи последовательной информации, управ­ляющие входы SR, SL для выбора режима работы регист­ра, вход тактовых импульсов С и вход R установки триггеров в нулевое состояние. При подаче уровня логи­ческой 1 на оба управляющих входа SR и SL в регистр по первому тактовому импульсу по входу С записывается параллельная информация с входов Dl — D8. При уровне логической 1 на входе SR и уровне логического 0 на входе SL регистр переходит в режим «сдвиг вправо». Информация в регистре, по мере поступления тактовых импульсов по входу С, будет сдвигаться вправо от выхода 1 к выходу 8 с записью последовательной информации со входа DR. Если же на входе SR будет уровень логичес­кого 0, а на входе SL уровень логической 1, то регистр переходит в режим «сдвиг влево». Информация в регист­ре, по мере поступления тактовых импульсов по входу С, будет сдвигаться влево от выхода 8 к выходу 1 с записью последовательной информации со входа DL.

Рис. 3. Временная диаграмма работы регистра во втором режиме

Рассмотрим теперь работу всего устройства. Если при указанных на схеме положениях переключателей SA1 — SA9 нажмем кнопку SB1, то на выводе 2 DD2.1, выводе 12 DD2.3 и выводе 13 DD1.3 будет подан уровень логи­ческого 0. В результате этого с вывода 3 DD2.1 и с вывода 11 DD2.3 на входы SR и SL регистра DD4 будет подан уровень логической 1, триггер на элементах DD1.3, DD1.4 примет состояние, когда на выводе 11 DD1.3 будет уровень логической 1, который, поступая на вывод 10 DD3.2 и вывод 5 DD3.1, разрешает прохождение ин­формации на входы DL и DR, поступающей на вывод 9 DD3.2 и вывод 4 DD3.1 с выхода 8 и с выхода 1 регистра DD4 через элементы DD2.4 и DD2.2 в инверсном виде, а на выводе 8 DD1.4 будет уровень логического 0, который поступает на вывод 13 DD3.2 и вывод 3 DD3.1, запре­щая прохождение информации на входы DL и DR регист­ра, поступающей на вывод 1 DD3.2 и вывод 2 DD3.1 с выхода 8 и с выхода 1 регистра DD4. С приходом на вход С регистра DD4 первого тактового импульса в триг­геры этого регистра по переднему фронту этого импульса с информационных входов Dl — D8 запишутся единицы, т. е. на выходах регистра 1 — 8 будут уровни логической 1. После отпускания кнопки SB1 на входе SR регистра будет уровень логического 0, а на входе SL останется уровень логической 1, так как на вывод 1 DD2.1 через переключатель SA1 подан уровень логического 0. В резуль­тате регистр перейдет в режим «сдвиг влево». По мере поступления тактовых импульсов информация в регистре будет сдвигаться влево от выхода 8 к выходу 1 с записью информации по входу DL, которая поступает уровнем логической 1 с выхода 1 регистра на вывод 5 DD2.2, ин­вертируется и уровнем логического 0 поступает на вывод 4 DD3.1, на выходе инвертируется и уровнем логической 1 поступает на вход последовательной записи DL, т. е. у нас получился кольцевой счетчик. Но так как в триггеры регистра записаны одни единицы, то и на входе DL будет постоянно уровень логической 1 и триггеры регистра будут оставаться в единичном состоянии. На выходах 1 — 8 ре­гистра будут уровни логической 1, которые открывают транзисторы VT2 — VT9, тиристоры VS1 — VS8 будут закрыты, а лампы излучателей ELI — EL8 потушены. Аналогично, если мы переведем переключатели SA2 — SA9 в противоположное положение и нажмем кнопку SB1, то в триггеры регистра по первому тактовому им­пульсу запишутся нули, на выходах 1 — 8 регистра будут уровни логического 0, транзисторы VT2 — VT9 будут за­крыты, тиристоры VS1 — VS8 открыты и лампы излуча­телей ELI — EL8 будут постоянно гореть.

Для получения эффекта бегущих огней переключа­телями SA2 — SA9 набирают нужное число одновремен­но горящих излучателей и нажимают кнопку SB1.

Для примера рассмотрим случай, когда переключате­ли SA2 — SA8 находятся в указанном на схеме положе­нии, а переключатель SA9 — в противоположном. Если теперь нажмем кнопку SB1, то по первому тактовому импульсу по входу С в семь триггеров регистра запишутся единицы, а в восьмой триггер запишется нуль, т. е. на выходах регистра 1 — 7 будет уровень логической 1, а на выходе 8 — уровень логического 0. После отпускания кнопки SB1 регистр перейдет в режим «сдвиг влево». По первому тактовому импульсу, после отпускания кноп­ки SB1, произойдет сдвиг информации влево. Уровень логического 0 с выхода 8 регистра перейдет на выход 7, а на выходе 8 будет уровень логической 1, так как на вход DL с выхода 1 регистра поступает уровень логической 1. По седьмому тактовому импульсу уровень логического О будет на выходе 1, следовательно, на входе DL также будет уровень логического 0 и восьмой тактовый импульс перенесет это состояние на выход 8 и т. д. В резуль­тате лампы излучателей будут поочередно зажигаться от EL8 к EL1. Свет «побежит» влево. На рис. 2 показана временная диаграмма работы регистра в этом режиме.

Если теперь нажмем кнопку SB2, то на вывод 9 DD1.4 и на вывод 13 DD4 будет подан уровень логи­ческого 0. В результате триггер DD1.3, DD1.4 примет состояние, когда на выводе 11 DD1.3 будет уровень логического 0, а на выводе 8 DD1.4 — уровень логи­ческой 1. Уровень логической 1 с вывода 8 DD1.4 посту­пает на вывод 13 DD3.2 и вывод 3 DD3.1, разрешая прохождение информации, поступающей с выхода 8 и с выхода 1 регистра на входы DL и DR в инверсном виде. Одновременно с этим при поступлении уровня логи­ческого 0 на вход R регистра происходит сброс всех триггеров регистра в нуль.

После отпускания кнопки SB2 по первому такто­вому импульсу произойдет сдвиг влево, так как регистр находится в режиме «сдвиг влево». Одновременно в пос­ледний триггер регистра будет записан уровень логичес­кой 1, так как уровень логического 0 с выхода 1 регистра инвертируется, проходя через DD3.1, и поступает на вход DL уровнем логической 1. По второму тактовому импульсу в седьмой триггер регистра перепишется уровень логичес­кой 1 с восьмого, а в восьмой вновь со входа DL будет записана единица. По восьмому тактовому импульсу все триггеры регистра примут единичное состояние. По cледующим восьми тактовым импульсам в регистр будут записываться нули, так как уровень логической 1 с выхода 1 регистра, пройдя через DD1.3, инвертируется и посту­пит на вход DL нулем. В результате лампы излучате­лей ELI — EL8 будут поочередно гаснуть от EL8 к EL1, а затем поочередно загораться. На рис. 3 показана временная диаграмма работы регистра в этом режиме. При переводе переключателя SA1 в противоположное положение автомат будет работать аналогично описанному, только теперь регистр DD4 будет работать в режи­ме «сдвиг вправо» и направление зажигания ламп излу­чателей изменится на противоположное от EL1 к EL8. Как это происходит, предлагаем читателю разобраться самому.

Детали устройства, кроме блока питания и тиристо­ров VS1 — VS8, смонтированы на печатной плате из двух­стороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж печатной платы и расположение дета­лей на ней показаны на рис. 4.

Блок питания автомата выполнен на микросхеме К142ЕН5В. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопрово-де ШЛ 20X32. Обмотка I содержит 1650 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка II — 55 витков ПЭВ-1 0,5. Вообще же можно использовать готовый подходящий трансформа­тор мощностью 10 Вт и более, обеспечивающий на обмот­ке II переменное напряжение 8… 10 В при токе не менее 500 мА.

В автомате использованы постоянные резисторы МЛТ-0,125, переменный резистор R3 СПЗ-4, электролитические конденсаторы К50-6, микротумблеры МТ1 (SA1 — SA9), кнопки КМ1-1 (SB1, SB2). Вместо диодов Д246 (VD5 — VD8) подойдут другие диоды, рассчитанные на об­ратное напряжение не ниже 400 В и выпрямленный ток, превышающий суммарный ток, потребляемый всеми лампами.

Рис. 4. Печатная плата автомата: а — печатный монтаж; б — пе­чатные проводники со стороны деталей; в — расположение элементов

С указанными диодами и тиристорами максимальная мощность каждого из восьми каналов может достигать 500 Вт. Если требуется увеличить мощность, например, до 1 кВт на канал, то необходимо диоды VD5 — VD8 заменить на более мощные, например на ВЛ25. В зависи­мости от реальной мощности используемых ламп каж­дый тиристор следует установить на радиаторе с соответ­ствующей площадью поверхности. Такими же радиато­рами снабжают и диоды VD5 — VD8. При использова­нии в каждом канале ламп мощностью менее 500 Вт тиристоры в радиаторах не нуждаются.

Правильно смонтированный автомат не требует нала­живания и начинает сразу работать.

Внимание! Приступая к изготовлению данного автомата световых эффектов, необходимо помнить, что на элементах конструкции при­сутствует потенциал сети. Поэтому после включения автомата в сеть не дотрагивайтесь руками до выводов его деталей. Корпус конст­рукции желательно изготовить из изоляционного материала, а если это невозможно, то необходимо тщательно изолировать от металлического корпуса переменный резистор, переключатели. На них надо надеть руч­ки из хорошего изоляционного материала. Винты крепления ручек не должны выступать наружу. Металлический корпус ни в коем случае нельзя соединять с общим проводом. Монтаж должен быть выпол­нен так, чтобы ни один из выводов деталей или концов соединитель­ных проводов не мог коснуться корпуса.

ББК 32.884.19 В80

Составитель В. А. Никитин

Рецензенты: А. С. Долгий, Ю. И. Крылов

Редактор М. Е. Орехова Xудожник В. А. Клочков

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 104/ В80 Сост. В. А. Никитин. — М.: ДОСААФ, 1989. — 79 с., ил. 30 к.

Приведены описании конструкций, принципиальные схемы и методика расчета их некоторых узлов. Учтены интересы начинающих и квалифицирован­ных радиолюбителей.