Сотворим вместе

Электронный конструктор - "K595".

Содержание темы :

1. Вступительная часть.
2. Модули светодиодной линейки K595L1v1(светодиодная линейка) и К5Z8P1v1 (перемычка).
3. Модуль управления K595Z8v2 (для 8-ми лучевой звезды).
4. Модуль K5Z8P5v1(перемычка для угла, вариант 1).
5. Модуль K5Z8P2v1(перемычка для бочки, светодиоды направлены внутрь).
6. Модуль K5Z8P3v1(перемычка для бочки, светодиоды направлены наружу).
7. Модуль K5Z8P4v1(перемычка для угла, вариант 2).
8. Модули-платы K5S0v1, K5S1v9, K5S2v13 для бегущей строки (экрана 120x8).
9. Модуль управления K5M4v24 с мк ATtiny13A.
10. Модуль управления K5M7v2 с мк ATtiny2313A.

Вторая страница темы :

11. Модуль управления K5M6v2 с мк ATMEGA8.
12. Модуль управления K5M2v1 с мк ATtiny13A (+ аккумулятор 3,7 в).
13. Конструктор K595 и работа на макетке с мс 74HC595. .
14. Программа SerialRegUART – программный UART с выводом байта на регистр.
15. Программа SerialShiftCount – вывод светодинамических рисунков.
16. Программа ToothCommandSender для смартфонов с Андроид.
17. Программа ToothCommandSender_v1.01 для смартфонов с Андроид.
18. Светодиодные линейки и индикатор уровня без микроконтроллера. Модуль IU24.
19. Модуль IU100.
20. Модуль IU138.

Третья страница темы :

21. Модуль IU149.
22. Модуль IU133 (IU138+IU149).

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

1. Вступительная часть.

Конструктор К595 представляет собой набор печатных плат, с помощью которых (после монтажа) можно собирать различные устройства, как разной формы, так и назначения (бегущие огни, индикаторы уровня, бегущие строки). Напряжение питания - 5 вольт. Основой конструктора является печатная плата с линейкой светодиодов и регистром 74HC595 (модуль K595L1V1) :



Управление собираемым устройством может быть реализовано с помощью микроконтроллера или схемой на основе логических и аналоговых микросхем. На видео есть пять устройств (среди других), которые в работе используют модули K595L1V1:

Эннио Морриконе - "Chi Mai".

Пять устройств на фото – это NN 2, 3, 4, 6, 7. Во всех устройствах используется по восемь модулей K595L1V1, включённых последовательно. Отличаются конструкции дополнительными модулями и схемами управления :



N 2. “Бегущие огни на 64-е светодиода” (форма ромба, светодиоды направлены прямо). Восемь модулей K595L1V1 могут подключаться к модулю К5M1V1 или к модулю K5M4V24 c мк Attiny13. Для соединения в единую конструкцию используются дополнительные модули-перемычки K5Z8P4V1.

N 3. Бегущая строка. Модули K595L1V1 объединены в общую конструкцию дополнительными платами K5S0v1, K5S1v9, K5S2v13 (здесь минимум). На плате управления K5M6v2 установлен мк ATMEGA8.

N 4. Индикатор уровня (64 светодиода, двойной индикатор по 32 уровня, от центра к краям по 32 светодиода). Восемь модулей K595L1V1 подключены к модулю управления К5M1V1 c мк Attiny13 (от варианта N2 отличаются программой). Для соединения в единую линию дополнительные платы не используются.

N 6. 8-ми лучевая звезда. Восемь модулей K595L1V1 объединены в форму звезды и подключены к модулю К595Z8V1 (файл для скачивания тут) или K595Z8V2 c мк Attiny13 (программа - как и для варианта N2).

N7. “Бегущие огни на 64-е светодиода” (конструкция квадратной формы, светодиоды направлены вдоль стены). В конструкции восемь модулей K595L1V1. Управление происходит от схемы на логической микросхеме из темы "Первая работа"(модуль K595D1V1). Для соединения в единую конструкцию используются дополнительные модули-перемычки K5Z8P5V1.

На следующих фото ещё два варианта использования модулей с регистрами 74HC595 :





В обоих случаях может применяться модуль управления К595Z8V1 (как и в устройстве N6, файл для скачивания тут) или как на фото модуль K595Z8V2 c мк Attiny13 и дополнительные модули-перемычки K5Z8P5V1, K5Z8P2V1 (светодиоды направлены внутрь конструкции) или K5Z8P3V1 (светодиоды направлены во вне от конструкции).

Анонс конструктора был в сообщении из темы "Технические кружки". Там же можно скачать отдельные файлы печатных плат для модулей.

2. Модули K595L1V1 и К5Z8P1V1.

Светодиодная линейка - модуль K595L1V1 является основным модулем конструктора. В схеме модуля используется регистр 74HC595, на плате также установлены восемь светодиодов VD1-VD8, восемь токоограничивающих сопротивлений R1-R8 и два разъёма X1, X2 :



Печатная плата односторонняя, разведена в нижнем слое. На фото показана часть платы, где установлены пять проводных перемычек.

Электрическая схема модуля :

Микросхема 74HC595 – 8-ми разрядный сдвиговый регистр с защёлкой. При данном его включении (MR=VCC; OE=GND) состояние на входе DS при каждом положительном перепаде на входе SH записывается в первый разряд внутреннего регистра микросхемы (с DS в 1-ый разряд), а записанные данные последовательно сдвигаются по разрядам (с 1-го во 2-ой разряд, с 2-го в 3-ий и так далее). Всё как при работе с регистром К155ИР13. Но эти состояния на выходах Q0-Q7 мс D1 появятся только при положительном перепаде на входе ST (защёлка).



D1 - мс 74HC595; R1-R8 - 1 кОм; C1 - 0,1 мкФ; X1 - PLS-8 (отрезки по 8 контактов от PLS-40), X2 - PBS-08R.

Состояние последнего разряда внутреннего регистра микросхемы с вывода 9 мс D1 поступает на вывод 5 разъёма X2. Эти данные являются входными данными для последующих модулей. При необходимости “вернуть данные в начало” на плате служит линия NQ, для этого необходимо соединить выводы 5-6 разъёма X2. Чтобы их соединить, используется модуль K5Z8P1V1 (топология печатной платы модуля есть в файле для скачивания, вместе с платой модуля K595L1V1).



На временной диаграмме показана запись в микросхему одного байта. В момент времени t1 состояние “1” запишется в первый разряд внутреннего регистра микросхемы. В последующие положительные перепады на SH эта “1” будет последовательно сдвигаться и на момент времени t8 окажется в восьмом разряде внутреннего регистра микросхемы, а после защёлки (положительный перепад на ST, момент времени tz) на выводах Q0-Q7 мс D1 соответственно будет состояние “00000001”.

В файле с платой модуля K595L1V1 расположена и топология печатной платы-заглушки (модуль K5Z8P1V1).

3. Модуль K595Z8V2.

Модуль K595Z8V2 используется в качестве управляющего для построения конструкций разных устройств с использованием основного модуля K595L1V1 (светодиодная линейка). На плате установлен микроконтроллер ATtiny13A. В отличие от первой версии платы (K595Z8V1), на этой плате много “лишнего” :

- добавлены два варианта подачи питания (X12, X13);
- разъёмы для подключения программатора (X10, X11);
- разъём X9 для подключения внешних модулей; подачи от них сигналов к разрядам PB3, PB4 микроконтроллера;
- перемычка J1 (питание от программатора или на программатор);
- штыревой разъём X14 (используется для построения отдельных решений);
- по периметру платы добавлены отверстия, которые могут пригодиться для организации крепления в создаваемых конструкциях;
- при монтаже печатной платы можно использовать сопротивления и конденсатор двух типов (выводные или smd_0805).



Печатная плата односторонняя, разведена во втором слое (есть четыре перемычки).

Варианты решений при использовании модуля K595Z8V2 такие же, как и при использовании модуля K595Z8V1(см. фото) :

1 - сборка основного варианта (8-ми лучевой звезды); 2 - окончание луча с установленным модулем-перемычкой K5Z8P1V1. Они обеспечивают последовательное соединение регистров по схеме.



Другие варианты :
3 - линия из двух ветвей (по четыре модуля); 4 - одна линия (восемь модулей в линии) :



5 - форма креста (по два модуля в каждой ветви); 6 - форма полукруга (три ветви по два модуля и две - по одному) :



При сборке конструкций с модулями K595L1V1 необходимо не забывать устанавливать в нужных местах модули-перемычки K5Z8P1V1, которые обеспечивают последовательную передачу данных между регистрами.

Программа для микроконтроллера - автоматическая смена светодинамических рисунков в расчёте использования 8-ми модулей K595L1V1.
Фьюзы – по умолчанию, но меняется частота на 9,6 мГц

4. Модуль K5Z8P5V1 (перемычка для угла).

Печатная плата модуля K5Z8P5V1 по сути очень схожа с частью обычной макетной платы :



Далее на фото варианты конструкций, в которых используются модули K5Z8P5V1. В этих вариантах необходимы основные модули с регистром и один из вариантов модулей управления (с микроконтроллером или на логике) :





На следующих фото ещё две конструкции, в которых также используются модули K5Z8P5V1. Информация об этих конструкциях в следующих сообщениях :

5. Модуль K5Z8P2V1.

Модуль K5Z8P2V1 по сути является набором модулей K5Z8P1V1. Модуль K5Z8P2V1 очень схож с модулем K5Z8P3V1 (в следующем сообщении). Явным отличительным признаком на плате модуля является внутренняя окружность большого диаметра, используя которую при желании можно вырезать отверстие на плате.



Модуль также обеспечивает устойчивость собираемой конструкции, которая на следующем фото. Обратите внимание, что светодиоды направлены внутрь конструкции :



При сборке конструкции использовались по восемь модулей K595L1V1 и K5Z8P5V1, один модуль K5Z8P2V1 (из этого сообщения) и модуль управления K595Z8V2.

6. Модуль K5Z8P3V1.

Модуль K5Z8P3V1 по сути также является набором модулей K5Z8P1V1. Модуль K5Z8P3V1 очень схож с модулем K5Z8P2V1 (из предыдущего сообщения). Явным отличием на плате модуля является отсутствие внутренней окружности большого диаметра :



Модуль также обеспечивает устойчивость собираемой конструкции, которая на следующем фото. Обратите внимание, что светодиоды направлены наружу :



При сборке конструкции использовались по восемь модулей K595L1V1 и K5Z8P5V1, один модуль K5Z8P3V1 (из этого сообщения) и модуль управления K595Z8V2.

7. Модуль K5Z8P4V1 (перемычка для угла, вариант 2).

Модуль K5Z8P4V1 также , как и модуль K5Z8P5V1, формирует угол между модулями K595L1V1, но он отличается (обратите внимание на направление светодиодов) :

Тут пример с K5Z8P4V1:



Далее два примера с K5Z8P5V1:

8. Модули-платы K5S0v1, K5S1v9, K5S2v13 для бегущей строки (экрана 120x8).

На следующих фото показана бегущая строка на 120-ти модулях K595L1v1 (или экран с разрешением 120x8 px, все платы изготовлены ЛУТом). В строке также используются модули-платы K5S0v1 (2 штуки), K5S1v9 (20 штук), K5S2v13 (18 штук); все они формируют её единую конструкцию длинной более 4-х метров. Управление строкой можно обеспечить различными решениями на микроконтроллерах или без них. Конструкция и схемное решение экрана позволяет выводить на него различную информацию различными способами, в том числе и побайтно. Длина строки может быть и меньше (минимум - 6 модулей K595L1v1).



На фестивале Робофест-2015 в строке использовалось 60 модулей с регистрами :



Модули K5S0v1 и K5S2v13 отличаются между собой наличием буферных элементов (здесь 74AC08). В данном решении сразу после микроконтроллера подключены два модуля K5S0v1 (без буферных элементов) :



затем 18 модулей K5S2v13 с буферными элементами :



Модуль K5S1v9 является набором простых модулей-заглушек K5Z8P1v1, которые обеспечивают последовательную передачу данных от регистра к следующему регистру.

Разъёмы X1 – DJK-02A (устанавливается только на первом модуле K5S0v1); X2 – PBS-8 (на первом модуле), PLS-8 (на следующих); X3 – PBS-8R (шесть штук); X4 – PLS-3; X5 – PLS-8R (шесть штук); X6 – PBS-3R; X7 – PBS-8R; R1 – 10кОм; C1 – 0.1 мкФ; D1 – КР1554ЛИ1 (74AC08).

Печатные платы модулей :





Все платы односторонние (вид сквозь стеклотекстолит). Зелёным цветом показаны перемычки. На плате модуля K5S2v13 рядом с мс D1 расположены площадки двух SMD элементов 0805 (на изображении желтого цвета). При использовании мс 74AC08 (КР1554ЛИ1) в одном месте согласно схеме устанавливается перемычка на VCC, во втором можно установить SMD конденсатор 0.1 мкФ. При использовании мс 74AC32 (КР1554ЛЛ1) на месте перемычки устанавливается конденсатор, а на месте конденсатора — перемычка на GND.

Далее архивный файл с печатными платами.

9. Модуль управления K5M4v24 с мк ATtiny13A.

На изображении электрическая схема модуля и топология печатной платы (плата односторонняя, вид сквозь стеклотекстолит).



Разъёмы X1 – DJK-02A; X2 – PBS-4; X3 – PBS-8R или PLH-8; R1, R2 – 10кОм; C1, C2 – 0.1 мкФ.

На следующем фото два варианта монтажа печатной платы. Слева - для подключения линейки модулей с регистрами, справа - монтаж при использовании с бегущей строкой (тут можно не устанавливать разъём питания X1, но устанавливается разъём X2 для подключения модуля HC-06. Восклицательным знаком (!) отмечены дополнительные разъёмы (устанавливаются два разъёма PLH-3 и ответные части PBS-3). На платах рядом с панелькой микроконтроллера устанавливаются два разъёма PBS-4 (подключение модуля для шлейфа от программатора).




Текущие версии программ для Attiny13A :

1. Программа SerialShiftCount – программа-автомат, выводит последовательно различные светодинамические рисунки через программный SPI на восемь модулей K595L1v1 с регистрами 74HC595 (8x8 – 64 светодиода). Тактирование рисунков - внутреннее (здесь скорость постоянная). Эта программа может использоваться для любых вариантов соединения модулей, в том числе и для варианта "бегущая строка".

2. Программа SerialRegUART — приём по последовательному каналу байта (скорость 9600, по-умолчанию для модулей HC-06) и вывод его через программный SPI на регистр 74HC595.

Для реализации бегущей строки с этой программой на микроконтроллер (с телефона или другого устройства) передаются не цельные буквы или цифры, а тут необходимо передавать поток столбцов от соответствующих букв и цифр. То есть, если в знакогенераторе любого символа 5x7 находится пять столбцов, то передача одной буквы содержит не один байт, а пять. В этом случае скорость движения строки определяется скоростью передачи столбцов.

Текущие версии программы для телефона под Android :

- Программа ToothCommandSender для смартфонов с Андроид.

- также, как вариант, для тестирования (передача одного байта с телефона по блютуз каналу) можно использовать программу из сообщения "Программый конструктор". В папке bin есть файл с расширением *.apk. Программа устанавливается на телефон. Через кнопку телефона "Меню" и зайдя в настройки программы, необходимо прописать название блютуз-модуля HC-06 (часто встречаются названия linvor, HC-06; имя определяется через блютуз-настройки телефона).

10. Модуль управления K5M7v2 с мк ATtiny2313A.

На изображениях электрическая схема модуля и топология печатной платы (плата односторонняя, вид сквозь стеклотекстолит).



Разъёмы X1 – DJK-02A; X2 – PBS-4 (для подключения модуля HC-06); X3 – PBD-12 (подключение модуля ZG-01 - внешний тактовый сигнал); X4 – PBS-8R (для управления модулями в линию) или PLH-8 (для бегущей строки); R1-R4 – 10кОм; C1, C2 – 0.1 мкФ.



На плате рядом с панелькой микроконтроллера устанавливаются два разъёма PBS-4 (подключение модуля для шлейфа от программатора).




Текущие версии программ для Attiny2313A :

1. Вариант более краткой программы приводится вот ТУТ (требуется только установить необходимую скорость приёма UARTа). Этот вариант программы аналогичен второму варианту для Attiny13 (там программный UART), но проще, так как в Attiny2313 есть аппаратный UART. И поэтому здесь только необходимо принятый байт отправить по SPI на первый модуль с регистром.