13. Схема простой динамической индикации

[VVZ]

На видео показан конечный результат работы.

При нажатии правой кнопки (по видео) включается числовой счёт. При достижении значения 23 происходит обнуление индикаторов и включается светодиод (на видео используется мигающий RGB-светодиод с плавным изменением цвета). При повторном нажатии правой кнопки светодиод опять гаснет и всё повторяется (включается числовой счёт и при достижении значения 23 происходит обнуление и включается RGB светодиод), но во время счёта нажимается левая кнопка и становится заметно, как происходит поочерёдное переключение индикаторов при низкой частоте генератора.

Схема :



Общий план (этапы) работы :

1. На индикатор выводится произвольное число (от 0 до 9).
2. Постоянный числовой счёт (от 0 до 9).
3. Счёт одинаковых чисел (от 0 до 9) на двух, поочерёдно переключаемых индикаторах.
4. Вывод двухзначного числа (00-99) на индикаторах.
5. Постоянный числовой счёт (от 0 до 99).
6. Включение числового счёта от 0 до 23 или от 0 до 83 :

[VVZ]

Этап 1. На индикатор выводится произвольное число (от 0 до 9).

В работе используется 7-ми сегментный индикатор, он может быть красного цвета (с яркостью 15-20 мКд и выше) или зелёного, но повышенной яркости (от 50 мКд и выше).

Кратко : К индикатору VD1 с общим катодом (ОК) подключается мс D5 (КР514ИД1), к входам (выводы 5, 1, 2, 4) которой подключаются четыре кнопки.

Подробно : В теме “Цифровые индикаторы” установка произвольного числа (от 0 до 9) на индикаторе выполнялась с помощью семи переключателей, то есть, для каждого числа нужно было установить свой набор в ручную ! В “Новогодней” теме нужное число на индикаторе устанавливалось токоограничивающими сопротивлениями. Но в цифровых схемах роль переключателей обычно выполняют специальные микросхемы дешифраторы-преобразователи кода (здесь мс КР514ИД1- D5). Выходов у дешифратора семь, их столько же, сколько сегментов (светодиодов) в цифре индикатора (индикаторная “точка” не считается). Дешифратор преобразует двоично-десятичный код на входах (выводы 5, 1, 2, 4) в семипозиционный код (семь выходов - A, B, C, D, E, F, G) управления семисегментными светодиодными индикаторами. На этом этапе работы состояние двоично-десятичного кода определяется состояниями кнопок, подключённых к входам дешифратора (выводы 5, 1, 2 и 4). Вместо кнопок можно использовать простые перемычки.



Схема подключения индикатора к дешифратору выглядит совсем просто, так как внутри самой микросхемы находятся токоограничивающие сопротивления. Особенностью дешифратора КР514ИД1 (мс D5) является то, что он используется с индикаторами, у которых светодиоды объединены катодами, а их аноды соединяются с соответствующими выходами дешифратора (как раз эти индикаторы использовались в “Новогодней” работе ). Справка: Для работы с индикаторами с общим анодом (ОА) используются дешифраторы КР514ИД2, при этом, обязательно устанавливаются токоограничивающие сопротивления !!!

Чтобы сегмент (светодиод) индикатора засветился, на выходе дешифратора должен быть высокий уровень напряжения (в таблице он обозначен “1”). Соответственно при нулевом уровне напряжения (в таблице он обозначен “0”) сегмент светиться не будет. Например, для вывода числа 8 необходимо чтобы светились все сегменты индикатора (A, B, C, D, E, F, G), а при выводе числа 1 - только сегменты B и C, смотрите таблицу :



Чтобы на выходах дешифратора были нужные сигналы (по таблице “0” или “1”), необходимо управлять состояниями его входов (выводы 5, 1, 2, 4). Например, для вывода числа 7 необходимо вывод 4 соединить с землёй (“0” по таблице ), а выводы 5, 1, 2 оставить не подключёнными (по таблице “1”). На этом этапе состояния входов дешифратора переключаются с помощью кнопок или можно простыми перемычками.

Как известно, у вывода микросхемы кроме его номера есть ещё и название. Например, у вывода 11 название “А” и так далее. По таблице и по рисунку дешифратора у выводов 5, 1, 2, 4 присутствуют рядом также и их названия 1, 2, 4, 8. Эти названия также являются подсказками !!! при определении нужного кода. Например, число 7 является суммой чисел 1+2+4. Соответственно, чтобы установить на индикаторе число 7, надо просто выполнить нужный набор состояний (0 или 1) на его входах (смотрите таблицу).

Порядок сборки :
( перед началом работы посмотрите в конце этого сообщения раздел "О длине проводников !!!")

- установите на макетке индикатор VD1, дешифратор КР514ИД1 (D5) и кнопки. Обратите внимание на точность их месторасположения на макетке.
- подведите питание к мс D5 (вывод 6 !!! – GND, вывод 14 – VCC).
- общий катод индикатора VD1 (вывод 3) соедините с сигналом GND.
- выводы 5, 1, 2 дешифратора соедините с сигналом GND (с помощью кнопок или перемычек). Это состояние кода “0001” (смотрите таблицу) соответствует выводу числа 8, при котором задействованы все сегменты индикатора, а значит, при подсоединении их к дешифратору и подаче питания, они должны все светиться (смотрите следующий пункт).
- по очереди соедините одноимённые сигналы дешифратора и индикатора. Например, для сегмента A необходимо соединить вывод 11 мс D5 и вывод 7 индикатора VD1. После подачи питания на макетку светодиод соответствующего сегмента индикатора должен светиться.



1 - предварительный монтаж :



2 - окончательный вид монтажа этого этапа :



Обратите внимание на особенность монтажа, он выполняется в два этапа :

- в начале делаются все соединения без укладки (более крупно смотрите левое изображение),
- после проверки правильности сборки выполняется аккуратная укладка тех проводников, положение которых на макетке при последующей сборке не изменяется (правое изображение).



О длине проводников !!!

На верхнем изображении отмечены проводники трёх типов (1, 2, 3).
1 – проводники, проложенные по одной стороне макетки (измененная длина + 30 мм),
2 - проводники, проложенные с разных сторон макетки (измеренная длина + 70 мм),
3 – проводники от линий питания GND и VCC (проводники питания и перемычки, около 30 мм),
4 - проводники, проложенные по центральной оси макетки (измеренная длина + 30 мм),
5 - проводники, соединяющие близкие контакты, например, у индикаторов (измеренная длина + 20 мм).

типы соединений всех проводников ( в том числе 4 и 5) можно увидеть на следующем изображении :



О "Измеряемой длине" !

На изображениях показаны особенности монтажа проводов и отдельных элементов :



Определение длины провода для соединения (*) двух контактов и его монтаж :



1. Линейкой замерьте расстояние между контактами.
2. Вычислите длину провода (измеренное плюс 30 мм), отрежьте и зачистите на краях (по 7-8 мм).
3. Установите провод в отверстия контактов.
4. Согните провод и аккуратно уложите его на макетке.
5. Если ранее были сняты перемычки (или элементы), то установите их на место (здесь была ранее снята одна перемычка).

(*) На изображениях показано измерение длины для соединительных проводников с одной стороны макетки (тип 1), для других типов расстояние измеряется аналогично (измеряется расстояние между двумя контактами по длине макетки).

[VVZ]

Этап 2. Постоянный числовой счёт (от 0 до 9).

Подключение к схеме мс D3 (К155ИЕ2), D1 (К155ЛА3) и элементов R1 (200 Ом) , R2 (1 кОм), C1 (470,0 мкФ), VD3.

Микросхема К155ИЕ2 – двоично-десятичный счётчик. Состояние двоично-десятичного кода дешифратора (мс D5) определяется состояниями выходов счётчика (мс D3). Для тактирования счётчика на элементах мс D1 (К155ЛА3) собирается генератор.



Порядок сборки :

- соберите тактовый генератор на элементах мс D1. После подачи питания светодиод VD3 должен постоянно мигать.
- установите на макетке счётчик К155ИЕ2 (D3). Обратите внимание на точность его месторасположения.
- подведите питание к мс D3 (вывод 10 – GND, вывод 5 – VCC).
- выполните остальные соединения для счётчика – выводы 3 и 7 соедините с GND, вывод 12 соедините с выводом 1, а выход тактового генератора (вывод 8 мс D1) соедините со счётным входом счётчика (вывод 14, мс D3). После подачи питания счётчик начнёт считать тактовые импульсы, и их количество будет соответствовать коду на выходах счётчика (выводы 12, 9, 8, 11). Смотрите таблицу :



Но увидеть этот счёт на индикаторе можно будет только тогда, когда выходы счётчика будут соединены с соответствующими входами дешифратора (смотрите следующий пункт).
- !!! провода, идущие от входов дешифратора (выводы 5, 1, 2, 4) отсоедините от кнопок (или снимите перемычки от входов дешифратора). Входы дешифратора (выводы 5, 1, 2, 4) соедините с соответствующими выходами счётчика (выводы 12, 9, 8, 11). После подачи питания на макетку на индикаторе можно будет наблюдать числовой счёт от 0 до 9 и так по кругу.

[VVZ]

Этап 3. Счёт одинаковых чисел (от 0 до 9) на двух, поочерёдно переключаемых индикаторах.

Кратко : Установка-подключение второго индикатора (VD2). Для поочередного переключения индикаторов собирается второй генератор на элементах мс D1 (К155ЛА3), R3 (200 Ом), С2 (1.0 мкФ), С3 (470.0 мкФ), KN2. Выходы генератора (выводы 3 и 6) подключаются к общим катодным выводам индикаторов VD2 и VD1. При нажатии кнопки KN2 значительно уменьшается частота второго генератора и становится заметным переключение индикаторов VD1 и VD2.

Подробно : Так как к концу работы информация должна выводиться о двухзначном числе, то необходимо подключить второй индикатор. Для обеспечения совместной работы двух индикаторов с одним дешифратором собирается генератор (на оставшихся элементах мс К155ЛА3), роль которого сводится к поочередному переключению индикаторов (смотрите видео в первом сообщении, вторую часть). При высокой частоте генератора переключения не заметны для человеческого глаза, хотя на самом деле происходят поочерёдные включения-выключения индикаторов. А при низкой частоте генератора (при нажатии кнопки KN2 подключается конденсатор C3) - переключения становятся видимыми. Характерным отличием совместной работы индикаторов является падение яркости на высокой частоте переключения. Назначение такой схемы подключения индикаторов станет более понятной после выполнения четвёртого этапа.

Для проверки правильности подключения индикаторов используется предыдущая схема (где с помощью счётчика и дешифратора на индикатор выводится число) и поэтому информация на индикаторах будет пока одинаковая, но этого достаточно, чтобы убедиться в правильности сборки этого этапа работы.



Порядок сборки :

- установите на макетку второй индикатор и с помощью семи проводных перемычек соедините выводы A, B, C, D, E, F, G обоих индикаторов. Вывод 3 второго индикатора !!! временно !!! подключите к GND. После подачи питания на обоих индикаторах должен происходить постоянный счёт (числа одинаковые).
- соберите второй генератор на элементах мс К155ЛА3 и установите кнопку KN2.
- для проверки работоспособности второго генератора, обязательно, уберите две перемычки (на GND) от выводов 3 обоих индикаторов и эти выводы индикаторов соедините с выходами генератора (выводы 3 и 6). После подачи питания на обоих индикаторах должен происходить постоянный счёт, а при нажатии кнопки KN2 счёт также будут происходить, но управляемые переключения станут заметны.

[VVZ]

Этап 4. Вывод двухзначного числа (00-99) на индикаторах.

Кратко : Подключение мультиплексора К555КП11 (мс D4): его выходы подключаются к входам дешифратора КР514ИД1 (мс D5); к входам А мультиплексора подключаются выходы счётчика К155ИЕ2 (мс D3) , а к входам В мультиплексора подключаются четыре кнопки.

Подробно : Для вывода на индикаторах двухзначного числа надо, чтобы каждый индикатор выводил свою цифру и поэтому в схему необходимо установить специальную микросхему К555КП11 – мультиплексор (мс D4). Её назначение - менять информацию на входах дешифратора, то есть, сделать так, чтобы во время включения первого индикатора изображалась одна цифра (с входов A мультиплексора), а при включении второго индикатора – другая (с входов B мультиплексора).

Как видно из изображения схемы, у этого мультиплексора две группы входов (A и B) и одна выходов. Состояние управляющего входа “A/B” (вывод 1) определяет, что будет проходить на его выходы (состояния входов A или B). При логическом "0" - на выходы проходят сигналы входов A, а при логической "1" – входов B.



Обратите внимание, что сигнал с вывода 6 генератора (мс D1) одновременно подключён и к общему катодному выводу первого индикатора (VD1, вывод 3) и к управляющему входу мультиплексора (вывод 1, мс D4), поэтому при логическом “0” на выходе 6 индикатор VD1 будет включён, а цифра будет соответствовать состояниям входов A. Когда же на выходе 6 будет логическая "1", то этот момент на выходе 3 мс D1 будет присутствовать логический “0”, который включает второй индикатор, и поэтому на него выводится число с входов B мультиплексора.

Входы A подключены к счётчику D3 и поэтому на первом индикаторе число будет зависеть от состояния счётчика. Входы B подключены к кнопкам, поэтому на втором индикаторе число можно задать состоянием кнопок.

Порядок сборки :

- уберите из сборки четыре проводника, соединяющие выходы счётчика (выводы 12, 9, 8, 11 мс D3) и входы дешифратора (выводы 5, 1, 2, 4 мс D5).
- установите на макетку мультиплексор К555КП11 (мс D4) и подведите к нему питание (вывод 8 – GND, вывод 16 – VCC).
- выполните аккуратно следующие соединения : выходы мультиплексора (выводы 4, 7, 9, 12 мс D4) соедините с соответствующими входами дешифратора (выводы 5, 1, 2, 4 мс D5); вывод 15 (мс D4) подключите к GND; вывод 1 (мс D4) соедините с выходом генератора (вывод 6 мс D1), а выходы счётчика (выводы 12, 9, 8, 11 мс D3) подключите к входам A мультиплексора (выводы 2, 5, 11, 14 мс D4). После подачи питания на первом индикаторе (VD1) должен происходить постоянный счёт, а на втором индикаторе (VD2) сегменты не должны светиться.
- соедините входы B мультиплексора (выводы 3, 6, 10, 13) с кнопками. После подачи питания на первом индикаторе VD1 должен происходить постоянный счёт, а состояние второго индикатора (VD2) будет определяться состоянием кнопок.

[VVZ]

Этап 5. Постоянный числовой счёт (от 0 до 99).

Кратко : Подключение к схеме второго счётчика К155ИЕ2 (мс D2) : счётный вход счётчика (вывод 14) подключается к выходу 11 первого счётчика (D3), а выходы мс D2 подключаются к входам В мультиплексора К555КП11 (!!! вместо кнопок !!!).

Подробно : Один двоично-десятичный счётчик К155ИЕ2 считает от 0 до 9 – это одна цифра, которая выводится на первом индикаторе. Чтобы на индикаторах счёт выводился от 0 до 99 необходимо в схему добавить второй двоично-десятичный счётчик К155ИЕ2, который будет считать не единицы, а десятки для отображения их на втором индикаторе. Для подсчёта десятков счётный вход второго счётчика (вывод 14 мс D2) необходимо соединить последовательно с последним выходом первого счётчика (вывод 11 мс D3). То есть, первый счётчик считает от 0 до 9, а второй - его десятки. Кнопки удаляются с макетки и выходы второго счётчика подключаются к входам B мультиплексора (мс D4).



Порядок сборки :

- уберите с макетки четыре кнопки и удалите проводники, соединяющие кнопки с входами B мультиплексора.
- установите на макетке вторую микросхему К155ИЕ2 и подведите к ней питание (вывод 10 – GND, вывод 5 – VCC).
- соедините выводы 12 и 1 второго счётчика (мс D2).
- счётный вход второго счётчика (вывод 14 мс D2) подключите к последнему выходу первого счётчика (вывод 11 мс D3), а выходы второго счётчика (выводы 12, 9, 8, 11 мс D2) подключите к входам В мультиплексора. После подачи питания на индикаторах должен происходить постоянный счёт от 0 до 99.

[VVZ]

Этап 6. Включение числового счёта от 0 до 23 или от 0 до 83.

Устанавливается вторая мс К155ЛА3 (D6) и элементы R4 (1 кОм), VD4, KN1.

На элементах мс D6 (К155ЛА3, 2И-НЕ) собирается RS-триггер и схема обнуления счёта чисел (после 23 или 83). Для индикации состояния RS-триггера служит светодиод VD4. Кнопка KN1 сбрасывает состояние RS-триггера и запускается счёт. На схеме не показаны подключения входов 12 и 13 мс D6. Они должны соединяться с определёнными выходами счётчиков (мс D2, D3) в зависимости от числа, при котором должно происходить обнуление самих счётчиков и соответственно индикаторов VD1 и VD2.



Порядок сборки :

- на двух элементах мс D6 соберите RS-триггер, установите сопротивление R4, светодиод VD4 и кнопку KN1,
- также, но временно, к свободному выводу 1 мс D6 подключите кнопку KN3 (второй вывод кнопки на GND). После подачи питания на индикаторах должен происходить постоянный счёт от 0 до 99, а состояние светодиода VD4 может быть любым. Но при нажатии кнопки KN3 светодиод VD4 должен включаться, а при нажатии кнопки KN1 – выключаться.
- отсоедините выводы 3 мс D2 и D3 от линии GND. Соедините их между собой и подключите к выводу 3 мс D6. После подачи питания состояние индикаторов и светодиода VD4 может быть любым (включённым или выключенным). Но при нажатии кнопки KN1 светодиод VD4 должен выключаться и на индикаторах выводится счёт, а при нажатии кнопки KN3 – должен включаться светодиод, а на индикаторах происходить обнуление (выводится 00).
- придумайте схему сброса (*) триггера (обнуления счёта) на элементе мс D6(4), соединив выводы 12, 13 мс D6 с соответствующими выходами счётчиков D2, D3. Для проверки работоспособности схемы необходимо вывод 11 мс D6 подключить к выводу 1 мс D6 (кнопку KN3 из сборки уберите). После подачи питания состояние индикаторов и светодиода VD4 может быть любым (включённым или выключенным). Но при нажатии кнопки KN1 светодиод VD4 должен выключаться и на индикаторах выводится счёт до установленного числа (зависит от схемы сброса), при достижении которого должен включаться светодиод VD4, а на индикаторах происходить обнуление (выводится 00).

Успехов !



(*) - Тут всё зависит от подготовки школьника и в отдельных случаях (для начинающих) возможна и подсказка со стороны преподавателя.

[VVZ]

Дополнительная информация о работе мс К155ИЕ2 (пока только картинки) :

Код на выходах счётчика К155ИЕ2 соответствует коду на входах дешифратора КР514ИД1.