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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Indicateurs LED clignotants sur les puces CMOS. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / éclairage Annotation. Les indicateurs de mode de fonctionnement sont largement utilisés dans les appareils électroniques, par exemple dans le cadre d'un système d'alarme de sécurité ou, dans des versions individuelles, également pour simuler sa présence. Un tel indicateur peut être utilisé dans les jouets électroniques pour créer des effets esthétiques ou comme contrôleur pour contrôler les feux clignotants dans les véhicules spéciaux. Il est conseillé d'utiliser des LED ultra-lumineuses comme éléments électroluminescents qui, grâce à la capacité de charge élevée des microcircuits CMOS des séries KR1554 et KR1564, peuvent être connectées directement à leurs sorties, sans transistors clés.
Le principe de fonctionnement. Les conceptions les plus simples sur deux et trois puces CMOS de logique standard de la série KR1554, respectivement, décrites dans [1] et [2], sont utilisées comme solutions de circuit de base pour les indicateurs LED. La première version (Fig. 1) de l'appareil génère deux flashs de chaque LED avec un rapport cyclique de quatre. Cela signifie que le temps de lueur des LED correspond à 25 % de la période de flash, ce qui correspond subjectivement au flash le plus clair des LED. De plus, un tel cycle de service double la durée de vie des éléments de faible consommation lorsque l'appareil est alimenté par batterie. Nous considérerons le fonctionnement de l'appareil en supposant qu'au moment initial les compteurs DD2.1 et DD2.2 sont à l'état « zéro ». Les éléments DD1.1, DD1.2 sont utilisés pour créer un générateur d'impulsions rectangulaires avec une fréquence de répétition d'environ 10 Hz. Lorsque l'élément DD1.2 est commuté à l'état opposé, la tension à gauche, selon le schéma, de la plaque du condensateur C1 s'additionne avec la valeur précédente et atteint presque le double de la tension de la source d'alimentation. Pour les diodes de protection d'entrée de l'élément DD1.1, ce mode de fonctionnement est inacceptable, donc une résistance R1 est introduite dans l'appareil, limitant les impulsions de courant à 1 mA, ce qui est déjà une valeur tout à fait acceptable. Cette résistance empêche la défaillance des diodes de protection et augmente ainsi considérablement la fiabilité de l'appareil lors d'un fonctionnement à long terme. Le compteur DD2.1 est déclenché par des chutes négatives d'impulsions de comptage et, lorsque le « troisième » état est atteint, il génère des niveaux d'unités logiques aux sorties « 1 » et « 2 » (broches 11 et 10, respectivement), qui sont introduits aux entrées de l'élément DD1.3, font apparaître un niveau « zéro » à sa sortie. Ce niveau logique est fourni à l'entrée de l'élément DD1.4 et, étant inversé en dernier, provoque l'allumage de la LED HL2.
Cela est dû au fait que le compteur DD2.2, comme indiqué ci-dessus, est dans l'état initial « zéro » et qu'un niveau logique « un » est formé à la sortie de l'élément DD1.4 (voir chronogramme sur la Fig. 2 ). Le passage du compteur DD2.1 au « quatrième » entraîne l'extinction de la LED HL2, et le passage au « septième » entraîne son rallumage. De plus, avec la chute négative de l'impulsion de comptage suivante, le compteur DD2.1 est transféré au « huitième » état, et la chute négative de la sortie de son « troisième » bit (broche 4) entraîne une augmentation de l'état. du compteur DD2.2 par un. Désormais, lorsque le niveau zéro logique apparaît à la sortie de l'élément DD1.3, la LED rouge HL1 s'allume. Ainsi, deux flashs consécutifs de chaque LED se produisent. La fréquence du flash peut être modifiée en coupant la résistance R2, et la limite supérieure de la plage de fréquence du générateur peut être modifiée en sélectionnant la résistance R3. Si vous avez besoin d'obtenir non pas deux, mais quatre flashs de chaque LED, vous devez appliquer des impulsions de comptage à l'entrée DD2.2 à partir de la sortie du quatrième (broche 8) et non du troisième chiffre (broche 9) du DD2.1. .XNUMX compteur.
Le schéma électrique d'un indicateur à trois LED est illustré à la figure 4. L'appareil génère trois flashs consécutifs de chaque LED, également avec un rapport cyclique de quatre. Contrairement à la première version de l'appareil, le compteur DD2.1 est remis à zéro par une courte impulsion positive provenant de la sortie de l'élément DD1.4 lorsqu'il atteint le « douzième » état. Si vous ne réinitialisez pas, mais connectez l'entrée de réinitialisation « R » (broche 12) au fil « commun », alors non pas trois, mais quatre clignotements de chaque LED se produiront. Les impulsions de comptage de la sortie du chiffre le plus significatif DD2.1 sont envoyées à l'entrée DD2.2, qui génère des combinaisons de codes pour sélectionner l'une des trois LED clignotantes HL1...HL3. Un rapport cyclique de quatre est obtenu grâce à une combinaison de signaux de commande provenant des sorties des bits de poids faible du compteur DD2.1 (broches 11 et 10) vers les entrées de « résolution » inverse « V(&) » du Décodeur DD3 (broches 4 et 5). Son entrée directe "enable" ("V", broche 6) est connectée au bus d'alimentation, selon la logique de fonctionnement. Dans ce cas, une des trois LED HL1…HL3 s'allume uniquement lorsque deux niveaux de zéro logique coïncident aux entrées « V(&) » du décodeur DD3 (broches 4 et 5), selon le chronogramme de la Fig. 5.
Chaque impulsion de comptage arrivant à l'entrée du compteur DD2.2 depuis la sortie de DD2.1 entraîne une augmentation de son état de un. Lorsque le « troisième » état est atteint, grâce à la chaîne VD1, VD2, R4, le compteur DD2.2 est remis à zéro, puis le cycle de fonctionnement de l'appareil se répète complètement. Il convient de noter que la chaîne indiquée (VD1, VD2, R4) est un équivalent entièrement fonctionnel de deux éléments connectés en série DD1.3, DD1.4, c'est-à-dire remplit la fonction de « multiplication » logique des signaux.
Une version améliorée de l'indicateur à trois LED est présentée sur la Fig. 7. Ici, le compteur DD2.2 n'est pas réinitialisé, il fonctionne donc en mode cyclique avec un ensemble complet d'états, ce qui permet de générer des impulsions négatives sur les quatre sorties du décodeur DD3. Le nombre de LED est toujours de trois, mais elles ne sont pas connectées directement aux sorties du décodeur, mais via les éléments DD4.1…DD4.3. Un niveau zéro logique apparaît à leurs sorties et, par conséquent, la LED correspondante s'allume lorsque les éléments spécifiés du même niveau logique sont reçus sur l'une des entrées, selon le chronogramme de la Fig. 8. Lorsque le compteur DD2.2 atteint le « troisième » état (aux sorties « 1 » et « 2 » - niveaux d'unités logiques), le même niveau apparaît à la sortie « 3 » (broche 12) du décodeur DD3, mais seulement si la condition de faire correspondre les deux niveaux de « zéro » logique aux entrées de sa résolution « V(&) » (broches 4 et 5). Ainsi, après trois flashs consécutifs de chacune des trois LED HL1...HL3, toutes les LED s'allument trois fois simultanément. Les entrées de l'élément DD4.4 (non représentées sur le schéma) sont connectées au bus d'alimentation.
Il est devenu possible de modifier considérablement l'algorithme de fonctionnement de l'appareil grâce à l'utilisation d'un microcircuit contenant quatre déclencheurs RS identiques avec entrées de commande inverse dans un seul boîtier (Fig. 10). Cela signifie que la transition de la bascule RS vers l'état correspondant se produit au niveau du « zéro » logique arrivant à l'entrée correspondante « R » ou « S ». Dans ce cas, aux entrées spécifiées, avant d'appliquer le niveau actif du zéro logique, les niveaux des uns logiques doivent être préalablement fixés. Ce mode de fonctionnement est assuré grâce au décodeur DD3 dont les niveaux logiques de sortie actifs sont précisément « nuls ». Au moment initial, les compteurs DD2.1 et DD2.2 sont à l'état « zéro », donc un niveau logique est formé à la sortie de l'élément DD1.3, ce qui interdit le décodage des états du compteur DD2.2. , dont les niveaux logiques de sortie sont fournis aux entrées d'adresse " 1 " et " 2 " du décodeur DD3. Ainsi, des niveaux d'unités logiques sont formés à toutes ses sorties, ce qui correspond à l'état initial du dispositif. Puisqu'à la fin du cycle précédent, une courte impulsion négative a été générée à la sortie de l'élément DD1.4, toutes les bascules RS ont été mises à l'état « unique », donc toutes les LED ont été éteintes. Lorsque le compteur DD2.1 passe du « zéro » au « premier » état, le niveau zéro logique issu de la sortie de l'élément DD1.3 permet le décodage des états de DD3 et un niveau « zéro » logique apparaît à sa sortie » 0" (broche 15). Ce niveau jette le premier déclencheur RS (en haut du circuit), qui fait partie de la puce DD4, à l'état zéro et, en même temps, va à l'anode de la LED HL1. Mais la LED ne s'allume pas à ce moment-là, puisque la différence de potentiel à ses bornes est nulle. Lorsque le compteur DD2.1 atteint le quatrième état, le décodage des états DD3 sera à nouveau interdit et un niveau logique sera formé à sa sortie « 0 » (broche 15). Étant donné que le niveau « zéro » a été généré à la sortie « 1Q » (broche 4) du premier, selon le circuit, RS trigger DD4, cela entraînera l'allumage de la LED HL1. Ceci sera suivi de trois flashs, avec un rapport cyclique de quatre, comme dans les cas précédents, selon le chronogramme de la Fig. 11. Dans ce cas, des impulsions négatives à la sortie « 0 » (broche 15) du fil du décodeur DD3 précisément à l'extinction de la LED HL1, donc, pendant le compteur de transition DD2.2 de zéro au premier état, un niveau logique fixe (statique) est formé à la sortie spécifiée « 0 » (broche 15) du décodeur DD3 , et la LED HL1 reste allumée. Chaque impulsion de comptage ultérieure provenant de la sortie du générateur entraîne une augmentation des états du compteur DD2.1 et, ensuite, de DD2.2. Dans ce cas, les LED HL2...HL4 clignotent trois fois de suite, suivies de leur fixation à l'état allumé. Lorsque le compteur DD2.2 atteint le « quatrième » état, une courte impulsion positive est générée à sa sortie « 4 » (broche 9), qui, inversée par l'élément DD1.4, conduit à la mise à zéro de tous les flip- passe à l’état « simple » et les LED s’éteignent. Ensuite, le cycle de fonctionnement de l'appareil est entièrement répété.
Une version améliorée de l'indicateur à quatre LED est illustrée à la Fig. 13. Il comprend une minuterie simple, constituée d'un générateur d'impulsions rectangulaires monté sur les éléments DD2.1, DD2.2, et de compteurs DD4.1, DD4.2. La minuterie étend considérablement les fonctionnalités de l'indicateur LED et vous permet de sélectionner presque n'importe quelle durée du cycle de fonctionnement de l'appareil, en commençant par un seul flash de la LED HL1 et en se terminant par un certain délai pour l'allumage de toutes les LED après avoir terminé le cycle de fonctionnement complet.
La logique de fonctionnement de l'appareil correspond entièrement au chronogramme illustré à la Fig. 11, à la différence que le signal de réglage des déclencheurs RS de la puce DD6 est généré par le compteur DD4.2 de la minuterie ajoutée en plus. Contrairement à la précédente, la version améliorée de l'appareil utilise deux générateurs d'impulsions rectangulaires indépendants, dont la fréquence est réglée indépendamment. Cela vous permet de modifier séparément à la fois la fréquence des flashs LED (en utilisant R3) et la durée de l'ensemble du cycle de fonctionnement (en utilisant R6).
Construction et détails. Tous les appareils sont fabriqués sur des cartes de circuits imprimés en stratifié de fibre de verre double face d'une épaisseur de 1,5 mm. Dimensions des circuits imprimés : première option (Fig. 3) : 35x50 mm ; deuxième option : (Fig. 6) : 40x70 mm ; troisième option : (Fig. 9) : 40x70 mm ; quatrième option : (Fig. 12) : 40x75 mm ; et cinquième option : (Fig. 14) : 50x90 mm.
Les appareils utilisent des résistances fixes de type MLT-0,125, des résistances d'accord SP3-38b en conception horizontale, des condensateurs apolaires de type K10-17, des condensateurs à oxyde de type K50-35 ou importés. Les microcircuits KR1554 de la série CMOS ont une capacité de charge élevée (jusqu'à 24 mA), ce qui vous permet de connecter directement les LED à leurs sorties, sans transistors clés. Si des LED ultra lumineuses ne sont pas disponibles, vous pouvez également utiliser des LED à luminosité standard, mais dans ce cas, vous devez utiliser uniquement les circuits intégrés de la série KR1554, dont les courants de sortie peuvent atteindre 24 mA. Dans les circuits des générateurs d'impulsions rectangulaires, à la place du KR1564LA3 (74HC00N), vous pouvez également utiliser le KR1564TL3 (74HC132N), qui contient quatre déclencheurs Schmitt. Cette option est particulièrement préférable lorsque des appareils alimentés par batterie sont utilisés pour augmenter leur efficacité en réduisant considérablement les courants traversants lors de la commutation des éléments logiques. En raison de la capacité de charge élevée des microcircuits CMOS des séries KR1564 et KR1554, il est possible de combiner les microcircuits des séries CMOS (KR1564, KR1554, KR1594) et TTLSh (KR1533, K555) et même TTL (K155) dans un seul appareil. Seuls les microcircuits des séries K561 et KR1561, dont la capacité de charge ne dépasse pas 1 mA, ne sont pas applicables dans les appareils, même pour les appareils de la série CD40xxBN. Par exemple, à la place du DD1 (KR1564LA3), son analogue TTLSH complet du type KR1533LA3 peut fonctionner. Étant donné que les courants d'entrée des microcircuits de la série TTLSH sont bien supérieurs aux valeurs correspondantes des microcircuits CMOS, il est nécessaire d'installer une résistance d'ajustement (R2) avec une résistance de 1 kOhm et de remplacer les constantes (R1 et R3) par des cavaliers . Dans ce cas, le condensateur apolaire C1 est remplacé par une capacité d'oxyde allant jusqu'à 100 µF afin de maintenir la constante de temps du générateur. Lors de l'alimentation d'appareils à partir d'éléments de faible puissance avec une tension totale de 3 V, le stabilisateur intégré et la diode de protection doivent être exclus et les LED doivent être sélectionnées avec la tension de fonctionnement minimale possible. Lors de l'utilisation sur site du générateur de microcircuit KR1564TL3 (74HC132N), la durée de vie de la batterie sera suffisante pour plusieurs mois de fonctionnement continu. Les appareils assemblés à partir de pièces réparables et sans erreurs ne nécessitent aucun réglage et fonctionnent immédiatement lorsqu'ils sont allumés. Littérature.
Auteur : Odinets A.L.
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