Задание 6 "Управление светодиодной матрицей" (АРХИВ)

[ZuykovAV MEPhI]

Внимание !
Схема этого задания может уместиться на макетках WBU-108, WBU-208, WBU-206, а также WBU-204.
Обратите внимание на тему : 6-ое задание на макетке WBU-204

Перед началом работ по этому заданию рекомендуется просмотреть темы :
Выводы матричного индикатора
Матричный индикатор и "рисунки" включения светодиодов

Схема шестого задания состоит их двух частей: схемы 6-01 – это несколько изменённый цифровой автомат на К155ИР13 (5-е задание) и схемы 6-02 – дополнительная часть, необходимой для управления светодиодной матрицей.



В схеме 6-01 появилась ещё одна микросхема К155ИЕ5 (D7). Элементы R1-R8 и VD1-VD8 на макетке не устанавливаются !



При этом важно понимать, что светодиодный индикатор VD11 здесь необходим исключительно для проверки работоспособности схемы управления и не очень подходит к роли светодинамического экрана в готовом изделии. Варианты экранов с матричной схемой расположения светодиодов могут быть разными: квадратной, прямоугольной формы или например, в виде шестнадцати лучевой звезды, как показано на рис. 6-05 :



Этот экран состоит из шестнадцати лучей, в каждом - по восемь светодиодов; всего 128 светодиодов (16x8=128). Схема этого экрана состоит из двух светодиодных матриц (2x64=128; 16x8=8x8+8x8=64+64=128). Может быть вариант и восьми лучевого экрана, в нём только одна матрица 8x8 (смотрите схему 6-03). Но если к контактам 1A-8A и 1K-8K схемы 6-03 подключить параллельно вторую матрицу, то и получится схема шестнадцати лучевого экрана на рис. 6-05.



Итак ! Собираются схемы управления 6-01 + 6-02, которые также подходят для экрана на изображении 6-05.
Обратите внимание на вариант расстановки элементов на макетных платах WBU-108 или WBU-208:



Примеры светодинамических рисунков:



Старайтесь не занимать место в верхней части макетки, наверняка и для этого варианта будет продолжение.

Общий план сборки :

1. Разводка на макетке цепей питания по шинам.
2. Установка 8-ми перемычек и светодиодного индикатора VD11.
3. Определение назначений выводов индикатора VD11.
4. Определение месторасположения микросхем D8-D11, транзисторов VT1-VT16 и их установка.
5. Разводка анодных цепей (мс. D10-11) и их проверка.
6. Разводка катодных цепей (мс. D8-9) и их проверка.
7. Подключение сигналов 1A-8A к индикатору и проверка.
8. Подключение сигналов 1K-8K к индикатору.
9. Общая проверка схемы 6-02.
10. Сборка схемы 6-01. Последовательность сборки по аналогии 5-го задания.

[ZuykovAV MEPhI]

1. Разводка на макетке цепей питания по шинам.

Саму разводку можно подсмотреть на схеме 6-04.

2. Установка 8-ми перемычек и светодиодного индикатора VD11.

На макетке требуется установить восемь перемычек. Обратите внимание на точность их расположения.





3. Определение назначений выводов индикатора VD11.

Светодиодный индикатор матрицы 8x8 имеет 16 выводов, восемь анодов и восемь катодов.
На индикаторе, который на изображении, вообще обозначения нет. Как быть ?

Один провод (синий на изображении) соединяете с землёй, второй (красный на изображении), обязательно !!! через сопротивление 1 кОм, соединяете с +5 v. Если не будет сопротивления, то сгорит один из светодиодов индикатора.



Далее определяете анодные и катодные выводы индикатора.

Порядок поиска :
- Свободные концы синего и красного проводов в произвольном порядке соединяете с любой парой из шестнадцати контактов индикатора, до момента, пока не включится один из светодиодов индикатора. Горящий светодиод говорит о том, что определилось назначение одного анодного и одного катодного выводов индикатора. Номер анода и катода определяется по его расположению в матрице (порядковый номер сверху вниз – это номер анодного вывода, а порядковый номер от левого до правого края – это номер катодного вывода). На индикаторе включился светодиод, расположенный на пересечении катодной линии 2K и анодной линии 6A.



- Синий (катодный) провод оставляете соединённым с катодным выводом, а красным (анодным) проводом последовательно опрашиваете оставшиеся четырнадцать контактов. Горящий светодиод говорит о том, что определилось назначение следующего анодного вывода из оставшихся семи. Не забудьте записать и далее определяете остальные анодные выводы.

- Красный (анодный) провод оставляете соединённым с любым анодным контактом, а синим (катодным) проводом последовательно опрашиваете оставшиеся семь контактов. Горящий светодиод говорит о том, что определилось назначение следующего катодного вывода. Определяете остальные катодные линии, опрашивая оставшиеся контакты индикатора.



Забегая чуть вперёд, на этом изображении уже показана разводка анодных и катодных цепей схемы индикатора.

[ZuykovAV MEPhI]

4. Определение месторасположения микросхем D8-D11, транзисторов VT1-VT16 и их установка.

Установите указанные микросхемы, транзисторы и подведите к ним землю (цепь GND - синий цвет) и +5v (цепь VCC - красный цвет) по схеме 6-02. При установке элементов на макетке старайтесь максимально приблизиться к расположению элементов на изображении :



Вид сбоку на правый ряд транзисторов :



5. Разводка анодных цепей (мс. D10-11) и их проверка.

Работа этого этапа делится на две части: проверка работы транзисторных ключей (VT1-VT8) и проверка работы логических элементов мс D10-D11.

- Для первой анодной линии (транзистор VT1) установите сопротивления R21 по схеме 6-02 и два сопротивления 1 кОм для проверки. Одно сопротивление одним выводом соединяется с цепью GND, второе - с цепью VCC (см. изображение ниже).
- Возьмите красный светодиод и подключите (установите на макетку) его стороной анода к контакту 1A (вывод R21), а катодом на землю.



- Подайте питание - светодиод не должен светиться. Возьмите перемычку (на изображении она зелёного цвета). Одной стороной подсоедините провод к базе транзистора, а второй вывод провода поочередно соединяйте с выводами сопротивлений 1 кОм. При подсоединении к нижнему сопротивлению (см. изображение) светодиод должен загораться, а при подсоединении к верхнему - он не должен гореть.

Светодиод загорается, потому что открывается транзистор VT1, на базу которого через ограничивающее сопротивление 1 кОм подводится земля. Транзистор VT1 (тип PNP) работает в ключевом режиме (открыт-закрыт) и он открывается, если потенциал на его базе будет на 0.7 вольта меньше, чем на его эмиттере. На эмиттере транзистора присутствует +5v, следовательно, при появлении земли (логического "0") на базовом сопротивлении транзистор должен открыться и светодиод засветиться, а при соединении с +5v (VCC) транзистор закроется и светодиод не будет гореть.

Если землю подать прямо на базу транзистора, минуя ограничивающее сопротивление 1 кОм, то транзистор сгорит.

- Повторите все предыдущие действия этого пункта к остальным анодным линиям.
На следующем изображении проверка транзисторного ключа анодной линии 8A.



- Выполните разводку цепей микросхем D10, D11 (объедините входы 2-5 и 9-12) по схеме 6-02 ().
- Проверку опять начните с анодной линии 1A, установив сопротивления R13, R37 по схеме 6-02 и светодиод для проверки.
- Ранее выяснили, что транзисторы открываются при наличии логического “0” на базовом сопротивлении. После установки сопротивлений R13, R37 этот “0” по схеме уже идёт с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ, так как его входы висят в воздухе. Следовательно, транзистор откроется, и светодиод должен загореться:



- Чтобы потушить светодиод, на входы 2, 3 мс D10 необходимо подать логические “0”.
Для этого сигналы C8-A (вход 2) и K1 (вход 3) соедините с землёй.



- Сигнал C8-А общий для всех анодных цепей, а сигнал K1 идёт от конкретного канала и, меняя его состояние (замыкая с землёй и размыкая), можно управлять светодиодом.
- Проверьте логические элементы на анодных линиях 2A-8A.



Сигнал C8-A подключён к земле, но светодиод горит, так как вход 8 мс. D11 (сигнал K8) висит в воздухе.

[ZuykovAV MEPhI]

6. Разводка катодных цепей (мс. D8-9) и их проверка.

Этот этап также можно разделить на две части:
проверка работы транзисторных ключей (VT9-VT16) и проверка работы логических элементов мс D8-D9.

- Возьмите красный светодиод и подключите (установите на макетку) его стороной анода к + 5v, а катодом через сопротивление 1 кОм на сигнал 1K (коллектор VT9). Если светодиод подключите без сопротивления, то сгорит или светодиод или транзистор или оба.
- Подайте питание - светодиод не должен светиться.
- Возьмите длинную перемычку. Одной стороной подсоедините её к базе транзистора VT9, а второй вывод провода поочередно соединяйте, через ранее установленные сопротивления 1 кОм, или с контактом земли или с питанием +5v (VCC). При подсоединении к одному сопротивлению (на VCC) светодиод должен загораться (см. изображение), а при подсоединении к другому (на землю) он не должен гореть.



Светодиод загорается, потому что открывается транзистор VT9. Транзистор открывается, так как к ограничивающему ток базы сопротивлению подводится +5v (VCC). Транзистор VT9 (тип NPN) работает в ключевом режиме (открыт-закрыт) и он открывается, если потенциал на его базе будет на 0.7 вольта больше, чем на его эмиттере. Так как на эмиттере транзистора присутствует земля (0 вольт), следовательно, при нуле на базовом сопротивлении транзистор должен закрыться и светодиод не горит, а при соединении с +5v (VCC) транзистор откроется и светодиод светится.
Если +5v подать прямо на базу транзистора, минуя ограничивающее сопротивление, то транзистор сгорит.
- Повторите предыдущие действия этого пункта к транзисторам VT10-VT16.

- Выполните разводку микросхем D8, D9 (объедините входы 2-5 и 9-12) по схеме 6-02.
- Проверку опять начните с катодной линии 1K, установите базовое сопротивление R29 по схеме 6-02. К коллектору транзистора VT9 через ограничивающее сопротивление 1 кОм подключите светодиод.
- Подайте питание - светодиод должен светиться. При проверке транзисторов выяснили, что транзистор открывается при наличии логической “1” на базовом сопротивлении. А “1” по схеме уже идёт с логического элемента 2ИЛИ, так как после разводки цепей микросхемы её входы висят в воздухе, следовательно, транзистор откроется, и светодиод должен загореться.



- Чтобы потушить светодиод, на входы 1, 2 мс D8 необходимо подать логические “0”. Для этого сигналы C7-K (вход 2) и K1 (вход 1) соедините с землёй. Сигнал C7-K общий для всех катодных цепей, а сигнал K1 идёт от конкретного канала и, меняя его состояние (замыкая с землёй и размыкая), можно управлять светодиодом.
- Проверьте логические элементы на остальных катодных линиях. На изображении проверка катодной линии 8K.



Сигнал C7-K подключён к земле, но светодиод горит, так как вход 10 мс. D9 (сигнал K8) висит в воздухе.

[ZuykovAV MEPhI]

7. Подключение анодных сигналов 1A-8A к индикатору и проверка.

Что было выполнено на начало этого этапа ?
- выяснили назначение выводов индикатора (должно быть записано в тетрадке);
- собрали и проверили анодные и катодные цепи управления индикатором.
Теперь надо соединить анодные и катодные линии управления с соответствующими выводами индикатора.

На этом этапе подключаете анодные линии:

- возьмите перемычку, один вывод которой замкните на землю, а второй подключите к катодному выводу 1K индикатора, то есть, подсоедините катодный вывод 1K индикатора к земле. Возьмите перемычку нужной длины и соедините анодную линию 1A (от сопротивлений R21) с выводом 1A индикатора.
- подайте питание. Должен загореться верхний светодиод в первой вертикале индикатора. Выполняя соединения, одновременно выверяется правильность определения назначения контактов индикатора и правильность разводки цепей управления.



- повторите действия для остальных анодных линий 2A-8A.

8. Подключение катодных сигналов 1K-8K к индикатору.

Подключив анодные линии 1A-8A, подключаете катодные линии 1K-8K:

- уберите ранее установленную перемычку с линии 1K на землю.
- возьмите перемычку нужной длины и соедините катодную линию 1K (от коллектора транзистора VT9) с выводом 1K индикатора.
- подайте питание. Должна загореться вся первая вертикаль индикатора.



- повторите действия для остальных катодных линий 2K-8K.

[ZuykovAV MEPhI]

9. Общая проверка схемы 6-02.

Все светодиоды индикатора светятся, так как все транзисторы открыты. Транзисторы открываются уровнями выходных сигналов с микросхем. Логическим “0” открываются анодные транзисторы VT1-VT8 (PNP), а при логической “1” открываются катодные транзисторы VT9-VT16 (NPN). Эти уровни устанавливаются в соответствии с логикой работы самих микросхем D8-D11. Обратите внимание, что входы всех микросхем висят в воздухе. Для того чтобы погасить экран необходимо на все входа микросхем подать логические “0” или соединить их с землёй.

- восемью перемычками объедините цепи сигналов K1-K8, поступающие на входы микросхем D8, D9 и D10, D11.
- перемычками соедините с землёй сигналы С7-K и С8-A;
- перемычкой соедините с землёй сигнал K1 (левое изображение) - погаснет первая вертикаль и первая горизонталь на индикаторе;
- перемычкой соедините с землёй сигнал K8 (правое изображение)- погаснет восьмая вертикаль и восьмая горизонталь на индикаторе;



- перемычкой, один вывод которой соединён с землёй, пройдите (вторым выводом) последовательно по сигналам K2-К7 (см. схему 6-02). При подсоединении к ним соответствующие вертикали и горизонтали должны гаснуть.

- посмотрите на следующее изображение (поз. 1) и установите на макетке перемычки так, чтобы получить это изображение :



- посмотрите на изображения (поз. 2, 3) и установите на макетке перемычки так, чтобы получить эти изображения.

А вот как это выглядит на небольшом светодиодном экране. Экран состоит из двух светодиодных матриц (описание в начале темы).



Или почти вот так должно выглядеть на светодиодном экране с размахом лучей около 70 см:



10. Сборка схемы 6-01. Последовательность сборки по аналогии 5-го задания.

На макетке можно не устанавливать светодиоды VD1-VD8 и сопротивления R1-R8. Вместо светодиодов для индикации каналов надо использовать матричный индикатор VD11. Для этого сигнал С7-К или С8-А соедините с землёй, а при выполнении пунктов 5-го задания сигналы К1-К8 с регистра сразу подавайте на схему 6-02. После выполнения пункта 5.14 установите на макетку дополнительную микросхему D7 и выполните разводку цепей микросхем D1, D5 и D7 в соответствии со схемой 6-01.



На изображении собранные схемы 6-01 и 6-02 :



Поясните схему включения микросхемы D5 ?

[GromovAM 1523]

Здравствуйте.
Должны ли быть в схеме 6-ого задания ***? На показанных в классе платах они были, а тут нету. Если они нужны, то можно собрать без них?

[VVZ]

Добрый вечер !

Должны ли быть в схеме 6-ого задания ***?

НЕТ. Это "секретные" элементы 8-го задания.

При выполнении 6-го задания с маленьким индикатором (20x20 мм) при расстановке элементов следует ориентироваться вот на эту картинку:

[GromovAM 1523]

Василий Васильевич, а почему разъединены 17 и 19 с 21? Какой то там странный рисунок получается.

[VVZ]

Василий Васильевич, а почему разъединены 17 и 19 с 21? Какой то там странный рисунок получается.

В 5-ом задании входы регистра 17-19-21 подходят к земле. В 6-ом задании схема цифрового автомата отличается от 5-го задания. В 6-ом (то есть, в этом) 17 и 19 идут на выход 8 счётчика D7, а 21 на землю (схема 6-01 в этой теме).

Начальные состояния регистра по схеме 6-го задания :

1 - 10000000
2 - 11110000
3 - 10001000
4 - 11111000
5 - 10000110
6 - 11110110
7 - 10001110
8 - 11111110

В этом списке появилась "тень" - 11111110 (11111110). Состояния 5,6,7 из списка можно считать странными, их как раз предлагается убрать (подкорректировать схему самому), оставляя тень, при выполнении 8-го задания. При этом, каждый может предложить свой схемный вариант формирования начальных состояний.

Рисунок на индикаторе (изображение сборки 206 макетки) - начальное состояние регистра 11110000, движение по диагонали, 6-ой такт правого сдвига.