Задание 4. "Бегущие огни" на мс К155ТМ2.

Задание 4. "Бегущие огни" на мс К155ТМ2.

Сообщение ZuykovAV MEPhI » 20 мар 2011, 13:20

Краткий порядок темы:

1. Описание схемы.
2. Основные этапы сборки.
3. Список деталей.
4. Сборка.

=============

В задании собирается схема 4-ёх разрядного сдвигового регистра на микросхемах К155ТМ2.
Или по другому - схема 4-х канального "бегущего огня" :

Изображение

1. Описание схемы :

В схеме 4-е D-триггера мс К155ТМ2 (D1, D2) и один элемент мс К155ЛП5 (D3).

Для индикации состояний к прямым выходам триггеров через токоограничивающие сопротивления R5-R8 подключены светодиоды VD1-VD4. Светодиоды подключены катодами к земле, следовательно, при логической единице на выходе они должны светиться, а при логическом нуле – нет.

Перенос информации между разрядами регистра (движение “бегущего огня”) обеспечивается соединениями D1(5)-D1(12); D1(9)-D2(2); D2(5)-D2(12). Движение по кольцу обеспечивается соединением выхода последнего триггера D2(9) с входом первого триггера D1(2), но через элемент мс К155ЛП5, который с помощью кнопки KN2 обеспечивает прямое или инверсное прохождение сигнала (два режима работы “бегущего огня” - Сдвиг или Счёт).

Кнопка KN1 выполняет общий сброс в ноль всех разрядов регистра, а кнопка KN3 выполняет установку в единицу первого его разряда.

Для работы схемы необходим тактирующий сигнал С. Сигнал можно взять с выхода любого генератора (например, схема 4k второго задания - вывод 6) :

Изображение

Величину сопротивления R1 можно увеличить до 500 Ом. Дополнительный конденсатор C2 устанавливается в случае использования модуля. Конденсатор увеличивает длительность периода генератора - это необходимо для наглядности в работе на первых этапах, а на окончательных этапах сборки конденсатор С2 можно убрать. Суммарная величина ёмкости (С1+С2) может быть более 1000.0 мкФ.

Внимание !

К началу работы над этим заданием необходимо имеет собранную схему генератора или можно использовать модуль для мс К155ЛА3. Собранный генератор или модуль необходимо располагать с края макетной платы.

Изображение

Общий вид сборки без использования модуля (генератор на К155ЛА3). Слева в нижней части макетки расположен индикатор питания (ИП).

2. Основные этапы сборки:

4-1. Установка основных элементов схемы.
4-2. Общий сброс выходов.
4-3. Подключение к генератору (сигнал С).
4-4. Последовательная запись в разряды регистра логической единицы.
4-5. Последовательная запись в разряды регистра логической единицы или нуля.
4-6. Включение кольцевого режима Счёт.
4-7. Кольцевой режим Сдвиг.
4-8. Переключение режимов Счёт/Сдвиг.

Внимание !!!

При монтаже схемы придерживайтесь предложенного порядка. Для чего придерживаться порядка ? Чтобы удобно было задавать вопросы и отвечать на них. Например, "Этап 4-2 собрал - работало всё правильно. Этап 4-3 собрал, но вот тут проблемы, такие-то ..."


Далее в теме кроме схем приведены и изображения сборки. Они даны как пример расположения деталей, но можно предлагать и свои варианты.

3. Список деталей: D1, D2 - К155ТМ2; D3 - К155ЛП5; R1-R8 - 1кОм; кнопки и светодиоды из набора.

4. СБОРКА:

Этап 4-1. Установка основных элементов схемы.

- Установите две микросхемы К155ТМ2 и подведите перемычки питания к выводам - 7 (GND) и 14 (VCC).
- Установите сопротивления и светодиоды, при этом, светодиоды устанавливайте так, чтобы это был последовательный ряд (1, 2, 3, 4 разряды), а не хаотичное расположение на макетке. Обратите внимание на то, что светодиоды катодами подключены к земле, значит, в этой схеме любой из светодиодов VD1-VD4 будет светиться при 1 (высоком уровне) на выходах Q триггеров и гаснуть - при 0 (низком уровне) :

Изображение

Изображение

Светодиод VD на модуле – это индикация работы генератора (после подачи питания он должен постоянно мигать). На другие два светодиода в модуле не обращайте внимания (этот модуль используется и для других заданий).

- Проверьте монтаж. После подачи питания светодиоды VD1-VD4 могут сразу засветиться, а могут и не светиться.
- Для проверки работы микросхем и правильности подключения светодиодов, возьмите длинный проводник, одной стороной подключите его к земле, а второй последовательно проверяйте разряды каждого регистра (каждого элемента). Например, аккуратно коснувшись вывода[color=#00BF00] 1 (R вход) мс D1 светодиод VD1 погаснет[/color], так как это сброс в 0 выхода Q. А коснувшись вывода 4 (S вход) микросхемы D1 светодиод должен засветиться, так как это установка в 1 выхода Q. И так проверьте подряд выходы всех разрядов.

Этап 4-2. Общий сброс выходов.

В работающей схеме всегда удобно, чтобы была возможность одним действием погасить сразу все светодиоды. Для этого объединяются цепи сброса (см. изменения в схеме) и устанавливается кнопка KN1 :

Изображение

Изображение

- Проверьте монтаж. После подачи питания светодиоды могут сразу засветиться, а могут и не светиться.
- Если какие-то светодиоды не светятся, возьмите опять длинный проводник, одной стороной подключите его к земле, а второй последовательно включите все разряды. Для этого коснитесь S входов мс D1 и D2 и светодиоды должны засветиться, так как это установка в 1 выходов Q.
- Для проверки правильности монтажа один раз нажмите на кнопку KN1. Все светодиоды должны погаснуть.
ZuykovAV MEPhI
 
Сообщений: 110
Зарегистрирован: 06 мар 2011, 15:52

Re: Задание 4. "Бегущие огни" на мс К155ТМ2.

Сообщение ZuykovAV MEPhI » 20 мар 2011, 16:24

Этап 4-3. Подключение к генератору.

На этом этапе необходимо объединить тактовые входы С всех триггеров D1(3), D1(11), D2(3), D2(11) и подвести к ним сигнал С от генератора :

Изображение

Изображение

- после подачи питания генератор должен работать (его светодиод должен мигать) и с небольшой паузой все светодиоды должны включиться.
- при нажатии кнопки KN1 все светодиоды должны гаснуть.
- после отпускания кнопки KN1 все светодиоды (также с небольшой паузой) должны включиться.

Почему светодиоды включаются ?

На входах D всех триггеров присутствуют логические 1 (так как они висят в воздухе), а на входы С подаётся тактирующий сигнал с генератора. И поэтому, как только отпускается кнопка KN1 (или подаётся питание) в момент первого перепада из нуля в единицу тактового сигнала генератора (начальный момент включения светодиода) происходит перенос (запись) единиц с входов D на выходы Q всех триггеров.

Изображение

Этап 4-4. Последовательная запись в разряды регистра логической единицы.

Чтобы был “бегущий огонь” (последовательное переключение светодиодов) необходимо прямые выходы триггеров Q соединить с входами D следующего за ним триггера. Для этого выполните три соединения выходов со входами - D1(5)-D1(12); D1(9)-D2(2); D2(5)-D2(12):

Изображение

Изображение

- после подачи питания кратковременно нажмите на кнопку KN1, чтобы погасли все светодиоды.
- после отпускания кнопки в такт генератору должны последовательно включиться все светодиоды. Почему ? Вход D мс D1(2) висит в воздухе, значит, на нём присутствует логическая единица. И поэтому единица при наличии тактового сигнала (перепада из 0 в 1) переносится на выход Q первого триггера. И так последовательно, при следующих тактах генератора, высокий уровень будет на выходах всех триггеров.

Этап 4-5. Последовательная запись в разряды регистра логической единицы или нуля.

- Для записи низкого уровня на все выходы Q надо установить кнопку KN2, с помощью которой можно подать землю (логический 0) на вход D (2) мс D1.

Изображение

Изображение

- после подачи питания кратковременно нажмите на кнопку KN1, чтобы погасли все светодиоды.
- после отпускания кнопки KN1 в такт генератору должны последовательно включиться все светодиоды.
- при нажатии кнопки KN2 и в такт генератору светодиоды должны последовательно выключиться. Почему ? После нажатия кнопки на входе D (2) мс D1 будет присутствовать логический ноль. И при наличии тактового сигнала (перепада из 0 в 1) низкий уровень с входа D переносится на выход Q первого триггера и так последовательно, при удержании кнопки KN2 и следующих тактах генератора, низкий уровень будет на выходах всех триггеров.
- далее отпустите кнопку KN2 и опять последовательно в такт генератору включатся все светодиоды, а при её нажатии и в такт генератора светодиоды опять погаснут.
- проделайте предыдущий пункт несколько раз.

Обратите внимание на левую таблицу, расположенную ниже. Все полученные состояния как раз отражены в ней.

Изображение

Здесь выражение “бегущий огонь” изображается нулями и единицами. Каждая строка на изображении – это состояния четырёх выходов после очередного переключения. Переключение состояний происходит от работы тактового генератора. При этом, в левой таблице показана уже общая последовательность этапов 4 и 5 (работа по кольцу), где каждый импульс постоянно как бы считается (режим “счёт”). И тут обратите внимание:

Изображение

При “счёте” крайнее правое состояние любой строчки в последующем такте каждый раз переносится в крайнее левое положение следующей строки с ИНВЕРСИЕЙ Значит, чтобы обеспечить такой кольцевой режим “счёта” необходимо инверсный выход крайнего правого триггера подать на вход D крайнего левого триггера.
ZuykovAV MEPhI
 
Сообщений: 110
Зарегистрирован: 06 мар 2011, 15:52

Re: Задание 4. "Бегущие огни" на мс К155ТМ2.

Сообщение ZuykovAV MEPhI » 20 мар 2011, 16:33

Этап 4-6. Включение кольцевого режима Счёт.

- уберите кнопку KN2 от вывода 2 мс D1 !!!,
- и вход D мс D1 (2) соедините c инверсным выходом мс D2 (вывод 8).

Изображение

Изображение

- подайте питание и убедитесь в том, что схема 4-х канального “бегущего огня” работает согласно левой таблице :

Изображение

Этап 4-7. Кольцевой режим Сдвиг.

Обратите внимание на разницу состояний в работе крайних каналов смежных тактов (строк) между левой и правой таблицами. Если при “счёте” перенос с последнего выхода на первый вход происходит с инверсией, то при “сдвиге” перенос происходит повтором состояний.

- Далее установите кнопку KN3.
- Вход D мс D1(2) соедините с прямым выходом Q мс D2(9). Выход прямой, так как при "сдвиге" необходим повтор состояний.

Изображение

Изображение

Проверка режима Сдвиг:
- после подачи питания кратковременно нажмите на кнопку KN1, чтобы погасли все светодиоды,
- кратковременно нажмите на кнопку KN3 - светодиод VD1 должен включиться и в такт генератору должно начаться движение "бегущего огня" в режиме "Сдвиг".

Если генератор мигает часто, то при кратковременном нажатии кнопки KN3 вместе с VD1 может включиться и светодиод VD2. Объясните, почему так происходит ?

Этап 4-8. Переключение режимов Счёт/Сдвиг.

Осталось последнее, обеспечить возможность переключения между режимами Cчёт/Сдвиг.
То есть, сделать так, чтобы каждый раз не перекидывать провода между прямым и инверсным выходами последнего триггера, а сделать управление, например, от кнопки. Кнопка обеспечивает два устойчивых состояния 0 и 1, она как раз подойдёт для переключения режимов, так как их также два (счёт и сдвиг). Как обеспечить переключение между режимами ?

Ранее было установлено: при “счёте” - происходит перенос с инверсией, а при “сдвиге” - перенос происходит повтором.
Значит, для режима "сдвиг" на вход D первого регистра надо подать сигнал с прямого выхода последнего регистра, а режим "счёта" должен работать, если этот сигнал пропустить через инвертор.

Далее, обратите внимание на таблицу истинности элемента “исключающее ИЛИ” (ЛП5):
Если вход 1 принять за вход управления, то при “0” на нём информация с входа 2 на выход проходит прямая (повторяется, строки 1,2 таблицы), а при “1” на управляющем входе 1 информация с входа 2 на выход проходит с инверсией (строки 3,4 таблицы). Значит, если к одному входу элемента ЛП5 подсоединить кнопку, то ей можно будет изменять режимы работы. Когда кнопка на земле (“0”), то элемент ЛП5 будет работать повторителем, следовательно будет происходить “сдвиг”, а если кнопка не нажата (состояние “1”), то элемент ЛП5 будет работать как инвертор, следовательно работает режим “счёта”.

Изображение

Действия этапа 4-8:

- Установите кнопку KN2 и микросхему K155ЛП5 (D3),
- Выполните дополнительные соединения согласно схеме:

Изображение

Изображение

Внимание ! Не забудьте снять перемычку, установленную на 7-ом этапе, между выходом Q мс D2 (9) и входом D мс D1 (2) .

- После подачи питания "бегущие огни" начинают работать в режиме Счёт.
- При нажатой кнопке KN2 и наличии включённых светодиодов (!!! одного, двух или трёх !!!) начинает работать режим Сдвиг.

Итак, в схеме появилась возможность кнопкой KN2 изменять режимы работы 4-х канального "бегущего огня" !

Контрольные вопросы и итоговая практическая работа перед выполнением 5-го задания :

Вопросы :

- Основные характеристики мс серии К155;
- Расчёт токоограничивающего сопротивления для красного светодиода;
- Логика работы элемента 2И-НЕ;
- Логика работы элементов мс ЛН1; ЛИ1; ЛЕ1; ЛА3; ЛЛ1; ЛП5 серии К155;
- RS –триггер на элементах мс К155ЛА3;
- D-триггер мс К155ТМ2;
- Счётчик К155ИЕ5 и диаграмма состояний его выходов.

При ответах можно пользоваться рабочими тетрадями.

Практическая работа :

Соберите схему 4-х канального “бегущего огня” на микросхеме К155ИР1. Продемонстрируйте сдвиг по кольцу одного канала. Тактирование осуществляется от внешнего генератора.
ZuykovAV MEPhI
 
Сообщений: 110
Зарегистрирован: 06 мар 2011, 15:52

Re: Задание 4. "Бегущие огни" на мс К155ТМ2.

Сообщение VVZ » 03 авг 2015, 18:51

Дальнейшее знакомство с цифровыми микросхемами может быть по выбору, в соответствии с особенностями образовательных программ и индивидуальных интересов обучаемых. Темы для продолжения :

Только с цифровыми микросхемами:

5 задание – Бегущие огни на К155ИР13.
мс К155ЛП5 (2Икл.ИЛИ), К155ТМ2 (D-триггер), К155ИЕ5 (двоичный счётчик), К155ИР13 (регистр).

Схема простой динамической индикации.
мс К155ЛА3 (2И-НЕ), КР514ИД1 (дешифратор), К555КП11 (мультиплексор), К155ИЕ2 (двоично-десятичный счётчик).

Приём и передача по трём проводам (SPI).
мс К155ЛА3 (2И-НЕ), К155ИЕ5 (двоичный счётчик), К155КП5 (мультиплексор), 74HC595 (регистр).

Передача данных в последовательных интерфейсах UART, RS232.
мс К155ЛН1 (инверторы), К555ИЕ19 (двоичный счётчик), К155КП1 (мультиплексор).

UART на логике (передатчик).
мс К155ЛН1 (инверторы), К555ИЕ19 (двоичный счётчик), К155КП7 (мультиплексор).

UART на логике (приёмник).
мс К155ЛА3 (2И-НЕ), К155ТМ2 (D-триггер), К555ИЕ19 (двоичный счётчик), 74HC595 (регистр).

RGB светодиоды с чипами APA102.
мс К155ЛН1 (инверторы), К555ИЕ19 (двоичный счётчик), К155КП1 (мультиплексор), К155КП7 (мультиплексор).

Часы с будильником на мс 176 серии.
мс К155ЛН2 (инверторы с ОК), К176ИЕ12 (счётчик), К176ИЕ13 (счётчик), К176ИД2 (дешифратор).

UART на мс КР581ВА1.
мс К155ЛА3 (2И-НЕ), КР581ВА1 (UART).

Передача и приём по одному проводу.
мс К155ЛА3 (2И-НЕ), К155ЛЕ1 (2ИЛИ-НЕ), К155КП5 (мультиплексор), К555ИЕ19 (двоичный счётчик), 74HC595 (регистр).


Цифровые микросхемы и операционные усилители:

Индикатор уровня на RGB с WS2812.
мс К155ЛЕ1 (2ИЛИ-НЕ), К155ИЕ4 (счётчик с делителем 12), К555ИЕ19 (двоичный счётчик), LM358 (сдвоенный ОУ).

Индикатор уровня на 74HC595.
мс К155ЛА3 (2И-НЕ), К155ИЕ5 (двоичный счётчик), 74HC595 (регистр), LM358 (2x ОУ).


Только операционные усилители:

Индикатор уровня на ОУ.
мс LM358 (2x ОУ), LM324 (4x ОУ, режим компаратора).


Общий список микросхем:

- простые логические элементы - К155ЛН1, К155ЛН2, К155ЛА3, К155ЛЕ1, К155ЛП5, К155ЛЛ1, К155ЛИ1, К561ЛН2;
- триггеры - К155ТМ2;
- счётчики - К155ИЕ2, К155ИЕ4, К155ИЕ5, К555ИЕ19, К176ИЕ4, К176ИЕ12, К176ИЕ13;
- регистры - К155ИР13, 74HC595;
- дешифраторы - КР514ИД1, К176ИД2;
- мультиплексоры - К155КП1, К155КП5, К155КП7, К155КП11;
- операционные усилители - LM358, LM324;
- другие - КР581ВА1, LM3915.
VVZ
 
Сообщений: 456
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44


Вернуться в Первые шаги - Задания

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2