Сотворим вместе

0. Вступление.

При проведении работы это важно знать !

Индикатор питания, собранный ранее ("Первые шаги - Задание 1, этап 2") необходимо оставлять на макетке (или вместо него использовать отдельный модуль). Он необходим при проверке работоспособности собираемых схем и при этом, светодиод Индикатора питания должен светиться постоянно.

Если светодиод не светится ?

- не исправлен индикатор питания,
- проблемы с блоком питания,
- разрыв соединительных проводов,
- короткое замыкание в схеме на макетке.

Если при подаче питающего напряжения на макетку светодиод Индикатора питания не светится, то выключите блок питания (батарейный отсек). Проверьте монтаж схемы и поставьте в известность старшего (преподавателя или родителей).

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

Общий план работы :

1. Работа с сопротивлениями, светодиодами и кнопкой.
2. Работа с семисегментными индикаторами.
3. Сборка генератора на мс К155ЛА3.
4. Счётчик импульсов на мс К176ИЕ4 (от 0 до 9 или от 0 до 99).
5. “Бегущие огни” на мс К176ИЕ12.
6. “Бегущие огни” на мс 74HC595.
7. “Бегущие огни” на мс К155ИР13.
8. Дополнение к п. 7 (вторая страница этой темы).
9. Осциллограмма двоичного счётчика.
10. Восьмиканальные “бегущие огни” без микросхем.
11. Электрическая схема и сборка на макетке для игры “Угадай мелодию”.

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

1. Работа с сопротивлениями, светодиодами и кнопкой.

Работа состоит из трёх этапов :

1-1. При нажатии на кнопку должен светиться один светодиод.
1-2. При нажатии на кнопку должно светиться два светодиода.
1-3. При нажатии на кнопку должно светиться произвольное количество светодиодов (попытка уставить свой Рекорд).



На макетке установлено сразу пятьдесят ! светодиодов (Ангелина - 4 класс, Рекорд установлен 28 апреля 2013 года на Фестивале РобоМИР в ЦДХ в рамках Фестиваля “Образование для детей”).

Выполнение работы :

1-1. При нажатии на кнопку должен светиться один светодиод.

Cлева в верхней части изображения к разъёму макетки подключён штекер от блока питания (напряжение 5 вольт), справа – модуль Индикатор питания.



В средней части макетки установлены : сопротивление R1 (1 кОм), светодиод VD1 и кнопка K1. Светодиод Индикатора питания светится, если на макетку подано питающее напряжение. И в этом случае, при нажатии на кнопку K1 должен светиться светодиод VD1.

Электрическая схема сборки :



Задание : Также как и на изображении сборки (и в соответствии со схемой) на своей макетке надо установить три элемента (сопротивление, светодиод и кнопку). При нажатии на кнопку светодиод должен светиться.

Проверка :

- подайте питание на макетку. Светодиод Индикатора питания должен светиться.
- при нажатии на кнопку K1 светодиод VD1 должен светиться.

Если светодиод не светится ?

- проверьте правильность подключения светодиода VD1. У светодиода два вывода и один из них более длинный ! В отличие от сопротивления и кнопки, у которых выводы имеют одинаковую длину, для светодиода имеет значение как он установлен, и поэтому, разверните светодиод на макетке и ещё раз нажмите на кнопку K1.
- проверьте ещё раз правильность подключения всех элементов. Обратите внимание (по сборке и по схеме) - один из выводов сопротивления подключается к контакту плюсовой линии (на макетке красного цвета), а один из выводов кнопки подключается к контакту минусовой линии (на макетке синего цвета). Соединяемые выводы сопротивления и светодиода, светодиода и кнопки находятся на одной линии (в отдельных контактных группах).

Если при нажатии кнопки светодиод светится, то приступайте ко второму этапу работы.

1-2. При нажатии на кнопку должно светиться два светодиода.

- вначале повторите предыдущий этап (на макетке установите ещё одно сопротивление, светодиод и кнопку).
При нажатии на любую из двух кнопок соответствующий светодиод должен светиться.

- уберите вторую кнопку и сделайте так, чтобы при нажатии на кнопку К1 светились сразу оба светодиода (при выполнении можно использовать одну проводную перемычку). Обратите внимание на отличия в схемах и выполните работу.

Было (два раза этап 1-1):




Должно быть (этап 1-2) :



Если при нажатии кнопки светятся оба светодиода, то приступайте к третьему этапу работы.

1-3. При нажатии на кнопку должно светиться произвольное количество светодиодов (попытка уставить свой Рекорд).

Задание : На макетке необходимо дополнительно установить сопротивления и светодиоды таким образом, чтобы при нажатии на кнопку K1 светилось необходимое Вам количество светодиодов. При выполнении работы можно использовать перемычки. Обратите внимание на отличия в схемах и выполните работу.

Было (этап 1-2) :



Должно быть :



1-4. Величина сопротивления и яркость светодиодов.

Вместо пяти верхних по схеме резисторов 1 кОм установите пять разных резисторов из набора в произвольном порядке * (обычно номиналы 330 Ом, 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм, 1 мОм.

- Объясните причину (выскажите предположения) разной яркости светодиодов.
- Установите резисторы в порядке уменьшения яркости светодиодов (сверху вниз).
- Определите по цветовой маркировке номиналы резисторов и запишите их в тетрадь.
- Рассчитайте величины электрического тока протекающего через светодиоды**.
- Определите общую величину электрического тока, протекающего через кнопку**.

* - произвольный порядок, так как установка выполняется до знакомства с цветовой маркировкой резисторов.
** - если знакомы с этапом 3. "Определение величины тока в цепи светодиода" из темы "Первые шаги - Задание 1, этап 3".



Что необходимо знать после выполнения этой части работы ?

- электрический ток течёт от большего уровня напряжения к меньшему (от плюса к минусу).
- правильное включение светодиода – анодный вывод светодиода направлен в сторону плюса, а катодный – в сторону минуса.
- светодиод светится, потому что через него протекает электрический ток.
- при большой величине тока светодиод может сгореть (выйти из строя). Чтобы этого не случилось, последовательно с ним устанавливается токоограничительное сопротивление.
- у светодиода два вывода - анод и катод, анод длиннее катода.

В случае трудностей при работе с пунктом 2 этой темы предварительно выполните пункты 1-13 из темы:
“Простые задачи для светодиода с сопротивлением.”

2. Работа с семисегментными индикаторами.

Работа состоит из трёх этапов :

2-1. Определение выводов индикатора.
2-2. Установка на индикаторе числа 8.
2-3. Установка на индикаторе произвольного числа.

Общие пояснения :

Для работы необходимы любой семисегментный индикатор, который можно установить на макетке и сопротивления 1 кОм. На следующем изображении один из возможных индикаторов и две похожие схемы: левая - уже знакомая по предыдущему этапу, правая – схема светодиодного семисегментного индикатора с общим катодом (ОК, внутри индикатора объединены катодные выводы светодиодов). В индикаторах обычно по несколько общих выводов, здесь - два катодных. В случае использования индикаторов с общим анодом (ОА) в правой схеме изменится положение светодиодов. Каждому светодиоду соответствует один сегмент индикатора. Для отображения любой цифры используются семь светодиодов (сегменты A-G), восьмой светодиод (сегмент DP) в индикаторе является точкой (точка в индикаторах может отсутствовать или их может быть две).



Соответственно, чтобы на индикаторе с общим катодом (ОК) светилась цифра, необходимо к соответствующим анодным выводам светодиодов подключить токоограничивающие сопротивления, второй вывод которых соединить с плюсом, а один из катодных выводов индикатора напрямую соединить с минусом. В случае использования индикаторов с ОА, необходимо к соответствующим катодным выводам светодиодов подключить токоограничивающие сопротивления, второй вывод которых соединить с минусом, а один из анодных выводов индикатора напрямую соединить с плюсом. Но чтобы правильно установить сопротивления необходимо знать номера выводов сегментов индикатора (2-1-2) и его тип (с общим катодом или анодом, пункт 2-1-1).

Выполнение работы :

2-1. Определение выводов индикатора.

На следующем изображении схема для определения выводов светодиодов и сборка на макетке, на которой собранная схема и установлены три типа семисегментных индикаторов и один шкальный.

2-1-1. Возьмите сопротивление 1 кОм и два длинных проводника (10 см, желательно разноцветных, например, красный и синий) и соберите схему.



- Самыми распространёнными недорогими индикаторами являются индикаторы типа VD2, VD3. Установите индикатор на макетке и после тестирования схемы на одиночном светодиоде, выводы проводников 1 и 2 подсоединяйте к любым двум выводам исследуемого индикатора, перебирая разные варианты. Как только засветиться один из сегментов индикатора, то вывод, к которому подключён синий проводник, является катодным, а вывод, к которому подключён красный проводник, является анодным.

- Зарисуйте в рабочей тетрадке используемый индикатор с выводами как показано на следующем изображении. Если сегмент индикатора светится, то напротив соответствующих выводов поставьте знак + или – (А или К). Продолжите исследования до определения всех выводов индикатора и подсчитайте количество выводов по отдельности (плюсовых и минусовых).



У семисегментных индикаторов типа VD2, VD3 обычно десять выводов, два из которых являются общими, а восемь - выводы отдельных сегментов. Соответственно после проведения исследования может быть два варианта: для индикатора с ОК – 2-/8+ (2К/8А), а для индикатора с ОА – 2+/8- (2А/8К)

2-1-2. Определив тип индикатора, продолжите исследование по определению названия сегментов у выводов. Для этого один из проводников (зависит от типа индикатора) подключите к одному из общих выводов, а вторым проводником последовательно определяйте выводы сегментов, записывая их названия на рисунке в тетрадке рядом с выводами (например, +С или -С).

2-1-3. Нарисуйте в тетрадке (как показано на следующем рисунке) внутреннюю схему, используемого в работе, индикатора (ОА или ОК) и, используя предыдущие записи, укажите номера выводов у соответствующих сегментов индикатора.



Файл для скачивания изображения в сообщении : Конкурс "Практика на макетках".

- После определения названия всех выводов индикатора, рядом с его рисунком запишите название индикатора, которое должно быть на его корпусе.

2-2. Установка на индикаторе числа 8.

Разберите схему для определения выводов индикатора. Общий вывод индикатора короткой перемычкой соедините с минусом (для индикатора с ОК) или плюсом (для индикатора с ОА) , а к другим выводам необходимо подключить токоограничивающие сопротивления. Но не забывайте, что среди оставшихся выводов попадётся ещё один общий (10 выводов индикатора - 8 сегментов = 2 общих).

2-3. Установка на индикаторе произвольного числа.



На изображении два типа индикаторов с высотой знака 0.56 (14 мм) и 0.39 дюйма (10 мм). Расстояние между рядами выводов – соответственно 15 и 7.5 мм.

Пример выполнения задания для группы (простое) и индивидуальное (на закрепление знаний, навыков):

- для группы, на фото учащиеся СОШ N1270 г. Москвы (преподаватель А.С.Гурьев):



- индивидуальное, на фото Горшкова Мария (ГБОУ СОШ N 1270, 6б, преподаватель А.С.Гурьев):



Полина Маркова и Карина Петрова (ГБОУ СОШ N 1254):



10 мая 2015 года. ВДНХ. Робошкола на Робостанции. "Неизвестные герои". После выполнения работ забыли записать имена ребят )

3. Сборка генератора на мс К155ЛА3.

Задание : Соберите генератор на мс К155ЛА3. По окончании сборки светодиод VD должен мигать.

Микросхема К155ЛА3 (слева - её функциональная схема, справа – микросхема в корпусе).



Схема генератора и сборка на макетке :



Элементы схемы : D1 - мс К155ЛА3, RC - 200-470 Ом, R - 1 кОм, С1 - 220.0 - 470.0 мкФ, VD - обычный светодиод.

Порядок сборки :

3-1. Подключите перемычки от линий питания макетки к выводам питания мс К155ЛА3 (Куда ? Ответ в первом изображении сообщения !),

3-2. Установите сопротивление R и светодиод VD.
После подачи питания светодиод должен светиться.

3-3. Установите две перемычки между выводами 1-2, 4-5 мс.
После подачи питания светодиод должен светиться.

3-4. Установите перемычку между выводами 3-4 микросхемы.
После подачи питания светодиод не должен светиться.

3-5.Установите сопротивление RС и конденсатор C1.
После подачи питания светодиод должен постоянно мигать.

4. Счётчик импульсов на мс К176ИЕ4 (от 0 до 9 или от 0 до 99).

4-0. Микросхема D2 - десятичный счётчик К176ИЕ4, он же и дешифратор. К его выходам A-G подключается сегментный индикатор (если индикатор с общим катодом, то его вход S необходимо соединить с GND (как в этой схеме), а если индикатор с общим анодом, то вход S соединяется с VCC). Вход R – вход сброса показаний счётчика в ноль (кнопка KR - не нажата, на входе R логическая единица), но если вход R соединить с GND (нажать на кнопку KR), то счётчик будет считать импульсы, которые подаются на счётный вход CF с генератора (вывод 6 мс D1). На выходе P счётчика выделяется каждый десятый импульс, а на выходе 4 – каждый четвёртый. Соединяя выход P мс D2 со счётным входом CF такого же счётчика, второй счётчик будет считать уже десятки (если третий, то сотни и так далее).



Микросхемы D1 - К155ЛА3, D2 - К176ИЕ4, сопротивления RC- 200-470 Ом; R - 1 кОм, RR - 100 кОм, конденсатор C1-470.0 мкФ, VD - обычный светодиод, VD2 - семисегментный индикатор с общим катодом. Индикатор может быть красного цвета (15-20 мКд и выше) или зелёного, но повышенной яркости (50 мКд и выше). Uпит. - 4.5v (батарейный отсек) или 5v (сетевой адаптер).

Вариант сборки :



Порядок сборки :

Перед началом работы должен быть собран генератор импульсов (этап 3). В этом варианте сборки используется индикатор VD2 с общим катодом.

4-1. Подключите перемычки от линий питания макетки к выводам питания мс D2 (7-GND, 14-VCC).
4-2. При использовании индикатора с общим катодом вывод 6 мс D2 соедините с GND.
4-3. Установите сопротивление RR и кнопку KR в соответствии со схемой.

4-4. Определение общего вывода индикатора (смотрите этап 2-1 этой темы). Подключите общий вывод индикатора к GND.

4-5. Подключение выходов A-G мс D2 к соответствующим сегментам индикатора VD2.

Хотя к выводам мс D2 индикатор ещё не подключён, но на её выходах после подачи питания будут состояния соответствующие цифре 0 на индикаторе (кнопка KR не нажата, см. пункт 4-0). В цифре 0 на индикаторе светятся шесть сегментов из семи. Зная назначение выводов для сегментов на мс D2, можно к счётчику подключить индикатор, даже не зная нумерацию его выводов. По схеме вывод 9 мс D2 должен подключаться к сегменту A индикатора.

Подайте напряжение на макетку. Возьмите длинную проводную перемычку (10 сантиметров). Одной стороной установите её к выводу 9, а второй стороной перемычки найдите соответствующий контакт на индикаторе (сегмент A индикатора должен светиться). Определив место соединения сегмента A, вместо длинной перемычки установите перемычку, которая лучше подходит по длине.

И так последовательно повторите для всех сегментов индикатора. Будьте внимательны, при подключении сегмент G светиться не будет. В итоге на индикаторе должна светиться цифра 0.

4-6. И наконец, вывод 6 мс D1 соедините с выводом 4 мс D2.

Если все соединения выполнены правильно, то после подачи питания на макетку и при нажатии на кнопку KR на индикаторе должен наблюдаться постоянный счёт цифр от 0 до 9. При отпускании кнопки KR счёт останавливается, а на индикаторе будет цифра 0.

4-7. Перерисуйте в тетрадь схему и укажите номера всех выводов (A-G, Dp, общих ) индикатора VD2.

Продолжение работы :

4-8. На свободной части макетки можно установить ещё мс К176ИЕ4 (D3) и второй индикатор. Подключив к мс D3 второй индикатор, вывод 2 мс D2 соедините с выводом 4 мс D3.

После подачи питания индикаторы должны считать от 0 до 99 (первый считает единицы, второй - десятки).

Для самостоятельной работы :



Условия задания и файл для скачивания в сообщении : Конкурс "Практика на макетках".

5.“Бегущие огни” на мс К176ИЕ12.

5-1. Количество каналов – 4. На микросхеме К176ИЕ12 собирается тактовый генератор (элементы R5, C1) и к её выводам 3, 1, 15, 2 подключаются светодиоды VD1-VD4 “бегущих огней”. Токоограничивающие сопротивления R1-R4 подключены к GND. Вывод 5 подключён к GND.



Микросхема D1 – К176ИЕ12 (8 - GND; 16 - VCC), сопротивления R1-R4 – 1 кОм, R5* – 1 мОм, конденсатор C1* – 1000 пФ, VD1-VD4 - светодиоды.

Вариант сборки :



После подачи питания "бегущий огонь" одного светодиода выполняет сдвиг вправо.

5-2. Продолжение этапа :

Токоограничивающие сопротивления R1-R4 можно вместо GND подключить к VCC и поменять полярность включения светодиодов VD1-VD4.

После подачи питания "бегущий огонь" будет работать в режиме "бегущей тени".

6.“Бегущие огни” на мс 74HC595.

6-1. Схема 8-ми канальных “бегущих огней” на мс 74HC595 :



В схеме используется тактовый генератор, собранный на этапе 3 этой темы. D2 - мс 74HC595 (Выводы питания : 8 - GND, 16 - VCC). Сопротивления R1-R8 - 300 Ом - 1 кОм. Сборка выполняется в соответствии со схемой.

После подачи питания должен мигать светодиод R тактового генератора, а светодиоды VD1-VD8 должны в начале последовательно включаться, а затем последовательно гаснуть и так постоянно.

Вариант сборки :



В этом варианте сборки зарезервировано место для второго регистра (между первым регистром и светодиодом VD1) и дополнительных светодиодов (правее светодиода VD8).

Дополнения к пункту 6 :

6-2. На макетке можно (место есть) собрать 16-ти канальные "бегущие огни". Для этого необходимо установить ещё один регистр 74HC595 и восемь светодиодов с токоограничительными сопротивлениями.

Изменения в схеме : Перерисуйте в тетрадь исходную схему и дополнительно нарисуйте второй регистр, выходы Q0-Q7 которого соедините с анодами дополнительных светодиодов. Выход 9 мс D2 (первого регистра) отсоедините от входов мс D1 и соедините со входом 14 второго регистра, а выход 9 второго регистра подключается на выводы 9-10 мс D1. Остальные выводы второго регистра подключаются аналогично выводам первого (вывод 10 к VCC, вывод 13 к GND, выводы 11, 12 к выводу 11 мс D1). Попробуйте внести все необходимые изменения в схему и выполнить сборку.

6-3. Далее вариант схемы, где вместо мс К155ЛА3 применяется мс К155ЛП5. Обратите внимание - три вывода (2, 5, 12) элементов мс К155ЛП5 "висят в воздухе", а одному из выводов подключается кнопка KB. Кнопкой можно переключать режимы работы "бегущего огня".

7.“Бегущие огни” на мс К155ИР13.

Количество каналов – 8. Можно изменять направление движения “бегущего огня” и начальное состояние каналов. Перед сборкой этой схемы должна быть собрана схема тактового генератора (пункт 3). Его выходной сигнал С задаёт движение “бегущего огня”.


Микросхема К155ИР13 :



Электрическая схема :


Элементы схемы : D2 - мс К155ИР13, RR, R1-R8 - 1 кОм, VD1-VD8 - обычные светодиоды.

Вариант сборки :



Порядок сборки :

7-1. Подключите перемычки к выводам питания мс D2 (12 - GND, 24 - VCC). Выход тактового генератора (вывод 6 мс D1) соедините с входом C регистра (вывод 11 мс D2).

После подачи питания должен мигать светодиод тактового генератора.

7-2. Установите кнопку KR и сопротивление RR. Для индикации одного канала установите сопротивление R1, светодиод VD1. Катод светодиода с помощью проводного соединения соедините с выводом 4 мс D2.

После подачи питания должен мигать светодиод тактового генератора. Светодиод VD1 светиться не должен. При нажатии кнопки KR светодиод VD1 должен включиться, а при отпускании кнопки KR – светодиод VD1 должен погаснуть.

7-3. Установите остальные светодиоды VD2-VD8, сопротивления R2-R8 и выполните проводной монтаж между выходами регистра (выводы 6, 8, 10, 14, 16, 18, 20) и катодами остальных светодиодов.

После подачи питания должен мигать светодиод тактового генератора. Светодиоды VD1-VD8 светиться не должны. При нажатии кнопки KR светодиоды всех каналов должны включиться, а при отпускании кнопки KR – все светодиоды должны погаснуть.

7-4. Установите перемычку между выводом 3 мс D2 и GND.

После подачи питания должен мигать светодиод тактового генератора и светиться только светодиод VD1. При нажатии кнопки KR светодиоды всех каналов должны включиться, а при отпускании кнопки KR – светодиоды должны погаснуть, кроме VD1.

7-5. Установите кнопки KS0, KS1 и выполните два проводных соединения D2(4)-D2(22) и D2(20)-D2(2).

После подачи питания должен мигать светодиод тактового генератора и светиться светодиод VD1. При нажатии кнопки KR светодиоды всех каналов должны включиться, а при отпускании кнопки KR – светодиоды должны погаснуть, кроме VD1. При нажатии кнопки KS1 движение “бегущего огня”будет от VD1 к VD8, а в при нажатии кнопки KS0 - от VD8 к VD1.

Описание схемы :

С выхода тактового генератора (этап 3) на тактовый вход регистра (вывод 11 мс D2) подаётся сигнал C. Он определяет скорость движения “бегущего огня” и необходим ещё в режиме записи регистра.

VD1-VD8 – светодиоды индикации “бегущего огня”. Катоды светодиодов подключены к выходам регистра, а аноды светодиодов через токоограничительные сопротивления R1-R8 подключаются к плюсовой шине VCC.



KR – кнопка общего включения светодиодов VD1-VD8. Она подключается к выводу 13 регистра и при её нажатии на всех выходах Q0-Q7 регистра устанавливается низкий уровень напряжения (логический ноль) и светодиоды VD1-VD8 должны включаться.

RR – сопротивление, которое подключается к выводу 13 регистра. При его отсутствии “бегущий огонь” может работать со сбоями.

KS0, KS1 – кнопки, задающие режим работы схемы.
Режим 1-1 (отсутствие нажатия) – режим записи.
Режим 1-0 (нажата кнопка KS1) – правый сдвиг. “Бегущий огонь”от VD1 к VD8.
Режим 0-1 (нажата кнопка KS0) – левый сдвиг. “Бегущий огонь”от VD8 к VD1.

Режим записи – в этом режиме задаётся состояние светодиодов VD1-VD8 перед началом движения “бегущего огня”. Включение или выключение светодиодов зависит от состояния входов D0-D7 регистра. Для включения светодиода соответствующий вход необходимо соединить с минусом (GND). По этой схеме вывод 3 (вход D0) соединён с GND и поэтому начальное состояние светодиодов будет “VOOOOOOO”, где V соответствует включённому светодиоду, а O – выключенному. С помощью проводных перемычек его можно задавать и любое другое. Для работы режима записи необходимо, чтобы на входе C обязательно присутствовал тактирующий сигнал (светодиод генератора должен мигать).

7-6. Схема для продолжения :



В схеме добавился только один элемент от мс D1 (выводы 10-9-8).

После подачи питания должен мигать светодиод тактового генератора, а состояние светодиодов VD1-VD8 будет случайным (могут вообще не светиться). После нажатия кнопки KR светодиоды VD1-VD8 должны светиться постоянно. При нажатии кнопки KS1 (и некотором её удержании) должен включиться светодиод VD1, а после отпускания кнопки KS1 будет работать "бегущий огонь". При одновременном нажатии кнопок KS0 и KS1 у "бегущего огня" изменится направление движения.