Многофункциональное светодинамическое устройство "бегущий огонь"

Одинец Александр Леонидович, г. Минск, Беларусь E-mail: [email protected]

Рисунки:

Аннотация

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

В последнее время в компьютерном мире большую популярность приобрело такое направление как моддинг (в переводе с английского "mod", как прилагательное, означает «ультрасовременный; стильный, утонченный»). Основная цель моддинга — придание эстетичного вида и получение удовольствия от любимой вещи. Одним из способов создания эстетического эффекта является оснащение системного блока светодинамическим устройством (СДУ). Такое устройство может быть выполнено, как в виде интерфейсной платы, получающей управление от компьютера, так и в виде отдельного автономного устройства. Во втором случае изменений в конструкцию системного блока вносить не потребуется. Кроме того, СДУ в индивидуальном исполнении может найти применение, к примеру, для управления автомобильными стоп-сигнальными "огнями" или оформления праздничной иллюминации. В данной статье рассматривается многофункциональное светодинамическое устройство "Бегущий огонь", позволяющее выбирать с помощью всего двух кнопок не только число повторений, но и порядок следования режимов работы.

Принцип работы

Схема электрическая принципиальная первого варианта устройства приведена на рис. 1. Это устройство является усовершенствованным вариантом конструкции, рассмотренной в [1] и [2], и выполнено на современной элементной базе (КМОП микросхемах серии КР1564, а не ТТЛШ — КР1533), а также дополнено функциями индикации текущего режима работы и установки исходного рабочего режима при включении питания. Рассмотрим принцип работы устройства. При включении питания интегрирующая цепочка C3R7 формирует на входе элемента DD2.4 короткий отрицательный импульс, который, инвертируясь, устанавливает счетчик DD4.1 в исходное "нулевое" состояние. Уровни логических "нулей" с его выходов "1" и "2" (выводы 3 и 4, соответственно) определяют режим работы устройства, как "двунаправленное" переключение светодиодов. Этот режим индицирует одновременное свечение двух светодиодов HL1 (зеленый) и HL2 (красный). Исходное направление "бегущего" огня определяется начальным состоянием RS-триггера, собранного на элементах DD3.3, DD3.4, и, в случае его установки в исходное "нулевое" состояние (условимся, что при этом на выходе элемента DD3.3 — уровень "нуля"), установится режим "вычитания" реверсивного счетчика DD5, что будет соответствовать движению "бегущего" огня в условном направлении "назад". Выходные двоичные комбинации счетчика DD5 декодируются дешифратором DD6, состояния которого отображаются линейкой светодиодов HL3…HL18. При достижении "бегущим" огнем "первой" позиции, на выходе "0" дешифратора появляется отрицательный перепад (что соответствует включению светодиода HL3), который, "проходя" через элемент DD3.2 и инвертируясь, "перебрасывает" RS-триггер (DD3.3, DD3.4) в противоположное ("единичное") состояние. Теперь реверсивный счетчик DD5 начинает работать в режиме "сложения", поскольку "прохождение" счетных импульсов разрешено, теперь уже, через элемент DD1.3 на суммирующий вход "+" DD5 (вывод 5). При достижении счетчиком DD5 максимального "пятнадцатого" состояния на его выходах формируется кодовая комбинация "1111", которая, после декодирования дешифратором, вызывает появление на выходе его старшего разряда "15" (вывод 17) уровня "нуля". Этот уровень, "проходя" через элемент DD3.1 и инвертируясь, "перебрасывает" RS-триггер обратно в "нулевое" состояние. Теперь направление "бегущего" огня меняется вновь на "обратное". Такой "двунаправленный" режим будет сохраняться до момента первого нажатия кнопки SB1. Напомним, что управляющие сигналы с выходов кнопок и переключателей должны вводится в цифровые устройства с помощью RS-триггеров, устраняющих "дребезг" или многократное переключение контактов, при нажатии кнопки. С этой целью в устройство введен RS-триггер, собранный на элементах DD2.1, DD2.2. В исходном состоянии кнопки SB1, показанном на схеме, на выходе элемента DD2.1 формируется статический уровень логической "единицы". Следовательно, выводы конденсатора C2 оказываются подключенными к шине питания: левый вывод — через элемент DD2.1, а правый вывод — через "подтягивающий" резистор R6. Таким образом, конденсатор оказывается разряженным, и на счетном входе "CN" DD4.1 формируется уровень логической "единицы". Нажатие кнопки SB1 вызывает появление на выходе элемента DD2.1 импульса отрицательной полярности, равного по длительности времени удержания кнопки. Отрицательный перепад этого импульса вызовет появление на выходе дифференцирующей цепочки C2R6 короткого отрицательного импульса, который своим положительным перепадом вызовет увеличение состояния счетчика DD4.1 на единицу. Теперь уровень логической "единицы" с выхода его младшего разряда "1" (вывод 3) запретит прохождение импульсов установки RS-триггера (DD3.3, DD3.4) через элемент DD3.2, что будет означать переход устройства в режим переключения "бегущего" огня в условном направлении "назад". Зеленый светодиод HL1 выключается, но остается включенным красный — HL2. В этом режиме первый же отрицательный импульс с выхода старшего разряда "15" (вывод 17) дешифратора DD6, "проходя" через элемент DD3.1 и инвертируясь, установит RS-триггер (DD3.3, DD3.4) в условное "нулевое" состояние. Прохождение счетных импульсов будет разрешено только через элемент DD1.4 и режим работы реверсивного счетчика DD5 будет определен, как "вычитание".

Второе нажатие кнопки SB1, считая с момента включения питания, увеличит состояние счетчика DD4.1 еще на единицу и установит его, теперь уже, во "второе" состояние. Уровень "единицы" на его выходе "1" (вывод 3) сменится "нулем", а на выходе "2" (вывод 4) появится уровень логической "единицы". Это состояние отображается выключением красного светодиода HL2 и включением зеленого — HL1. Теперь прохождение импульсов установки через элемент DD3.1 будет запрещено, а через DD3.2 — вновь разрешено. Поскольку непосредственно перед нажатием SB1 был установлен режим "вычитания", первый же отрицательный импульс с выхода "0" (вывод 1) дешифратора DD6, "проходя" через элемент DD3.2 и инвертируясь, вызовет установку RS-триггера (DD3.3, DD3.4) в "единичное" состояние, что будет соответствовать переходу устройства в режим "сложения". В этом режиме "прохождение" счетных импульсов будет разрешено через элемент DD1.3 на суммирующий вход "+" (вывод 5) реверсивного счетчика DD5.

Третье нажатие кнопки SB1, считая с момента включения питания, увеличит состояние счетчика DD4.1 еще на единицу и установит его, теперь уже, в "третье" состояние. Уровни логических "единиц" с его выходов "1" и "2", приходя на входы элемента DD2.3, приведут к появлению на его выходе уровня логического "нуля", и, следовательно, на выходе DD2.4 — уровня "единицы". Этот уровень приведет к установке счетчика DD4.1 в исходное "нулевое" состояние, что будет соответствовать переходу устройства в исходный режим "двунаправленного" переключения "бегущего" огня. Этот режим, как сказано выше, индицирует включение светодиодов HL1, HL2.

Приведенное выше описание предназначено для лучшего понимания принципа работы усовершенствованного варианта данного устройства, реализующего возможность выбора числа повторений, а также автоматическое переключение режимов работы. Схема электрическая принципиальная многофункционального "Бегущего огня" с двухкнопочным выбором режима, которое сочетает в себе схемотехнические решения предыдущего варианта и конструкций, рассмотренных в [3] и [4], приведена на рис. 2. Устройство содержит: НЧ-генератор (элементы DD1.1, DD1.2, C1, R1…R3), RS-триггеры подавления дребезга контактов кнопок SB1, SB2 (DD2.1, DD2.2 и DD2.3, DD2.4), схему выбора последовательности режимов и числа повторений в каждом режиме (DD4.1, DD4.2, DD5.1…DD5.4, DD7.1… DD7.4, DD8), счетчики числа повторений в каждом режиме (DD3, DD9), схему совпадения (DD6.1…DD6.3), счетчик-формирователь последовательности режимов (DD11.1), RS-триггер-формирователь текущего направления "бегущего" огня (DD10.3, DD10.4), реверсивный счетчик текущей позиции (DD12) и дешифратор его состояний (DD13).

Рассмотрим работу многофункционального светодинамического устройства (см. рис. 2) в режиме, соответствующем включению питания. Рабочий режим индицируют светодиоды: HL1…HL3 — зеленые и HL4 — красный. Начальная установка режима происходит благодаря двум интегрирующим цепочкам C2R9 и C5R13. Необходимым условием правильной установки рабочего режима является различие постоянной времен этих цепочек в несколько раз. Указанным на схеме номиналам соответствует различие постоянной времен этих цепочек примерно в три раза. Начальному режиму работы соответствует установка счетчика DD8 в третье состояние (HL1, HL2 — включены, HL3, HL4 — выключены). Происходит это по следующей причине. Как сказано выше, асинхронная установка происходит благодаря подаче на вход "С" (вывод 11) уровня логического "нуля", при подаче на входы предустановки "D0"…"D3" необходимой двоичной комбинации. В момент включения питания конденсаторы C2 и C5, соответствующих интегрирующих цепочек, разряжены, поэтому на их нижних, по схеме, обкладках формируются потенциалы практически равные напряжению источника питания (5В), которые интерпретируются элементами DD4.1 и DD5.2, как уровни логических "единиц". Такой логический уровень, с выхода интегрирующей цепочки C5R13, дважды инвертируясь элементами DD5.2 и DD5.1, приходит на вход предустановки "D1" (вывод 1) счетчика DD8, и совместно с таким же уровнем на входе "D0" и уровнями логических "нулей", приходящими на входы "D2" и "D3" с выхода элемента DD5.4, приводят к установке на этих информационных входах комбинации "1100". Одновременно, короткий положительный импульс, формирующийся на выходе интегрирующей цепочки C2R9, приводит к появлению на выходе элемента DD4.1 импульса отрицательной полярности, который и вызывает установку начального состояния счетчика DD8. Поскольку постоянная времени интегрирующей RC-цепочки C5R13 примерно в три раза больше, чем цепочки C2R9, отрицательный импульс предустановки на входе "С" (вывод 11) счетчика DD8 закончится раньше, чем на входе "D1" (вывод 1) DD8 появится уровень логического "нуля". Именно это условие и обеспечит установку исходного состояния счетчика "1100", а не "1000". Далее конденсатор С5 зарядится почти до напряжения источника питания (с учетом падения напряжения на R13), и на его нижней обкладке сформируется потенциал близкий к нулю, что будет означать появление на соответствующем входе элемента DD5.2 "нулевого" логического уровня, который, дважды инвертируясь элементами DD5.2 и DD5.1, приведет к появлению такого же уровня и на выходе последнего. В результате описанной процедуры "предустановки" на выходах счетчика DD8 зафиксируется кодовая комбинация "1100", которую будут отображать два включенных зеленых светодиода HL1 и HL2. Кроме входов элемента DD4.2, эта комбинация поступит на информационные входы "D0"…"D2" реверсивных счетчиков DD3 и DD9, которые работают только в режиме вычитания. Одновременно с предустановкой счетчика DD8 происходит предустановка и счетчиков DD3 и DD9. Происходит это благодаря формированию на выходе элемента DD6.3 короткого отрицательного импульса, определяемого постоянной времени интегрирующей RC-цепочки C5R13. Поскольку импульс предустановки счетчиков DD3 и DD9 заканчивается значительно позже импульса предустановки счетчика DD8, двоичная комбинация, сформированная на его выходах "0"…"3", поступит и будет записана по входам "D0"…"D3" во внутренние разряды счетчиков DD3 и DD9. В результате рассмотренной процедуры предустановки счетчиков DD3, DD8, DD9 установится режим работы с трехкратным повторением. Последовательность режимов в каждом цикле определяется формулой: 3-3-3-2-3-3. Это означает, что сначала происходит по три повторения в каждом из режимов: двунаправленный "бегущий" огонь, "бегущий" огонь в направлении "вперед" и бегущий огонь в направлении "назад", а во второй половине цикла происходит: два двунаправленных "бегущих" огня, а затем, — по три в направлении "вперед" и "назад".

Выбор последовательности режимов и числа повторений производится последовательным нажатием двух кнопок SB1 — "минус одно", SB2 — "плюс одно". Последовательность режимов отображает свечение красного светодиода HL4: выключен — исходный режим; включен — инверсный режим. Во втором случае, последовательность режимов "бегущий огонь вперед" и "бегущий огонь назад" изменяется на обратную, но количество повторений всегда определяется формулой x-x-x-(x-1)-x-x, где x может принимать значение от 1 до 8. В случае установки минимального числа повторений, т.е. равного 1, устройство работает только в режиме чередования переключений "бегущего" огня в направлениях "назад" и "вперед". Происходит это по причине исключения во второй половине цикла "двунаправленной" последовательности (т.к. при x=1 следует: x-1=0), и происходит непрерывное чередование двух указанных режимов.

Однократное нажатие кнопки SB1 вызывает уменьшение состояния счетчика DD8 на единицу, а нажатие SB2 — увеличение. Благодаря введению в схему элементов DD4.1, DD4.2, DD5.1, DD5.2 и DD5.4, исключен циклический режим работы счетчика DD8. Это означает возврат счетчика в "единичное" состояние при переходе из "единичного" в "нулевое" состояние в режиме "вычитания" и возврат из "пятнадцатого" в "четырнадцатое" состояние при переполнении в режиме "сложения". В первом случае, многократное последовательное нажатие кнопки SB1 приводит к фиксации счетчика DD8 в "первом" состоянии. Во втором случае, многократное последовательное нажатие кнопки SB2, при достижении счетчиком DD8 "пятнадцатого" состояния, приводит к его переходу в предыдущее "четырнадцатое" состояние, затем, опять в "пятнадцатое", и так далее.

Рассмотрим более подробно первый случай. Если непосредственно перед очередным нажатием кнопки SB1 счетчик DD8 находился в "первом" состоянии, то короткий отрицательный импульс с выхода дифференцирующей цепочки C3R10 вызовет (положительным перепадом) переключение счетчика DD8 в "нулевое" состояние. Только кодовая комбинация "0000", формирующаяся на его выходах "0"… "3" приведет к появлению уровня логической "единицы" на выходе элемента DD4.2. Этот уровень, воздействуя на входы (выводы 11 и 12) элемента DD4.1 вызовет появление на его выходе уровня логического "нуля", независимо от логических уровней, присутствующих на двух других его входах. Поскольку на выходе "+CR" (вывод 12) счетчика DD8 установлена "единица", это вызовет появление на выходе элемента DD5.1, а значит и на входе "D1" счетчика DD8, — уровня "нуля". Отрицательный импульс, формирующийся на входе предустановки "С" (вывод 11) счетчика DD8, приведет к записи по входам "D0"…"D3" комбинации "1000". При последующих нажатиях кнопки SB1 состояние счетчика DD8 изменяться не будет. Фактически это означает его фиксацию в "первом" состоянии.

Во втором случае, последовательное нажатие кнопки SB2 приведет к установке счетчика DD8 в "пятнадцатое" состояние, а еще одно нажатие — в "четырнадцатое", затем, опять, — в "пятнадцатое" и т.д. Возврат в "четырнадцатое" состояние происходит благодаря формированию на выходе "+CR" счетчика DD8 короткого отрицательного импульса переноса. Появление уровня логического "нуля" на указанном выходе счетчика вызывает появление на выходе элемента DD5.4 уровня "единицы", которая после инвертирования, приведет к появлению на выходе элемента DD4.1 отрицательного импульса предустановки счетчика DD8. Отрицательный импульс переноса на выходе "+CR" формируется практически синхронно и повторяет по длительности импульс на счетном суммирующем входе счетчика "+" (вывод 5). Поскольку время задержки распространения сигнала в двух последовательно включенных элементах DD5.2 и DD5.1 примерно в два раза превышает время задержки переключения элемента DD4.1, то на выходе элемента DD5.1 еще несколько наносекунд (обычно 10…12 нс) будет поддерживаться уровень логического "нуля". Но, учитывая, что низкий логический уровень предустановки счетчика DD8 поступил на его вход "C" (вывод 11) до момента смены низкого логического уровня на выходе элемента DD5.1 на высокий, то по входам "D0"…"D3" будет записана двоичная комбинация "1011" (а не "1111"), соответствующая "тринадцатому" (а не "пятнадцатому") состоянию. Через 10…12 нс уровень логического "нуля" на выходе элемента DD5.1 сменится уровнем "единицы", а на "суммирующем" входе "+" (вывод 5) счетчика DD8 завершится формирование отрицательного счетного импульса, приходящего с выхода дифференцирующей цепочки C4R11. Еще через некоторое время, определяемое задержкой распространения (временем переноса) сигнала от входа "+" до выхода "+CR" (обычно 15…20 нс), на указанном выходе появится положительный перепад, который, инвертируясь элементом DD5.4, установит на входах "D1"…"D3" счетчика DD8 уровни логических "нулей". Поскольку счетный вход "+" (вывод 5), как сказано выше, находился в состоянии логического "нуля" в течение процедуры "предустановки", то последующий положительный перепад, после завершения "предустановки", воспринимается как действительный счетный импульс и приводит к увеличению состояния счетчика на единицу, что, в данном случае, означает переход из "тринадцатого" состояния в "четырнадцатое". Таким образом, переполнения счетчика не происходит и, в результате рассмотренной процедуры, он переключается из "пятнадцатого" состояния в "четырнадцатое", а не в "нулевое". Перевод устройства в другой режим работы возможен в любой момент времени последовательным нажатием кнопок SB1 или SB2. Предустановка реверсивных счетчиков DD3 и DD9 произойдет автоматически при достижении любым из них "нулевого" состояния.

Рассмотрим работу устройства в режиме, устанавливающемся при включении питания с числом повторений равным трем. В результате процедуры предустановки, как сказано выше, на выходах реверсивных счетчиков DD3, DD8 и DD9 устанавливаются кодовые комбинации "1100". Исходное направление переключения "бегущего" огня определяется начальным состоянием элементов памяти: двоичного счетчика DD11.1, реверсивного DD12 и RS-триггера, собранного на элементах DD10.3, DD10.4, которые, вообще говоря, при включении питания могут установиться в произвольное состояние. Но поскольку устройство работает по замкнутому циклу, то, в какой-то момент времени, счетчики DD11.1 и DD12 установятся в "нулевое" состояние, а RS-триггер — в "единичное". Для дальнейшего рассмотрения работы, условимся считать "единичным" состоянием RS-триггера появление на выходе элемента DD10.3 уровня логической "единицы", а на выходе DD10.4 — "нуля".

В таком случае, режим работы устройства определяется как двунаправленное переключение светодиодов с начальным направлением переключения "вперед" (маркер "1" на рис. 3а). Для дальнейшего рассмотрения работы устройства условимся считать режим "сложения" реверсивного счетчика DD12 соответствующим направлению переключения светодиодов в условном направлении "вперед", а режим "вычитания" — в направлении "назад". Как сказано выше, первоначально счетчик DD12 находится в "нулевом" состоянии (на его выходах "0"—"3" — код "0000"). Этому состоянию счетчика DD12 соответствует появление на выходе "0" (вывод 1) дешифратора DD13 уровня логического "нуля". Поскольку RS-триггер находится в "единичном" состоянии (на выводе 10 элемента DD10.3 — уровень "единицы", а на выходе DD10.4 — "нуля"), то уровень "единицы" с выхода элемента DD10.3 разрешает прохождение счетных импульсов через элемент DD1.3 на вход сложения "+" реверсивного счетчика DD12. Завершение первого отрицательного импульса на суммирующем входе "+" счетчика DD12 (положительным перепадом) приведет к установке его в "первое" состояние (на выходах "0"—"3" — код "1000"), что вызовет появление на выходе "0" (вывод "1") дешифратора DD13 уровня "единицы", а на выходе "1" (вывод 2) — "нуля". Далее будет происходить "перемещение" уровня логического "нуля" в направлении возрастания номеров выходов дешифратора DD13.

По завершению (положительному перепаду) пятнадцатого импульса счетчик DD12 установится в "пятнадцатое" состояние (на выходах "0"—"3" — код "1111", маркер "2" на рис. 3а). Соответственно, уровень "нуля" появится и на выходе "15" (вывод 17) дешифратора DD13. Этот уровень поступит на вход дифференцирующей цепочки C7R15 и на вход (вывод 3) элемента DD10.1 и, в сочетании с таким же уровнем "нуля", приходящим на его второй вход (вывод 2), приведет к установке RS-триггера в "нулевое" состояние (на выходе DD10.3 (вывод 10) — уровень "нуля"). Теперь прохождение счетных импульсов будет разрешено (уровнем "единицы" с выхода DD10.4) через элемент DD1.4, но уже на вычитающий вход "-" (вывод 4) реверсивного счетчика DD12. Положительный перепад очередного счетного импульса на вычитающем входе последнего приведет к его установке в "четырнадцатое" состояние. Значит, вместо HL20 включится HL19. Это будет означать смену направления переключения на противоположное. Одновременно на выходе дифференцирующей цепочки C7R15 сформируется короткий отрицательный импульс, который своим положительным перепадом вызовет уменьшение состояния счетчика DD9 на единицу.

Последовательно сменяющие друг друга режимы переключения светодиодов "вперед" и "назад" будут приводить к уменьшению состояний соответствующих счетчиков DD9 и DD3. Но первым из них "нулевого" состояния достигнет DD9 (маркер "3" на рис. 3а). На его выходах "0"…"2" (выводы 3, 2 и 6) сформируются уровни "нулей", которые приведут к срабатываю схемы совпадения (в данном случае это элементы DD6.2 и DD6.3) и предустановки уровнем "нуля" по входам "С" (выводы 11) двух счетчиков DD3 и DD9. Одновременно, короткий отрицательный импульс с выхода элемента DD6.3, равный по длительности сумме времен задержек распространения сигнала счетчика DD9 и элементов DD6.2, DD6.3, приведет к увеличению состояния счетчика DD11.1 на единицу. Теперь прохождение импульсов с выхода "15" (вывод 17) дешифратора DD13 через элемент DD10.1 будет запрещено, а через элемент DD10.2, по-прежнему, — разрешено. Инверсию выходных состояний счетчика DD11.1 производят элементы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" DD7.3 и DD7.4, благодаря поступлению уровня логической "единицы" на их вторые входы с выхода элемента DD5.3. (При подаче управляющего уровня логического "нуля" такие элементы будут повторителями сигнала по второму входу).

Первый же отрицательный импульс с выхода "0" (вывод 1) дешифратора DD13, "проходя" через элемент DD10.2, приведет к установке RS-триггера в "единичное" состояние (маркер "4" на рис. 3а) и смене направления переключения на противоположное. Одновременно, состояние счетчика DD3 будет уменьшено на единицу. Третий отрицательный импульс с выхода "0" (вывод 1) дешифратора DD13, "проходя" через дифференцирующую цепочку C6R14, приведет к установке счетчика DD3 в "нулевое" состояние, что, в свою очередь, приведет к срабатыванию схемы сброса (в данном случае это элементы DD6.1 и DD6.3) и повторной предустановке счетчиков DD3 и DD9 — в "третье" состояние с одновременным увеличением состояния счетчика DD11.1 на единицу (маркер "5" на рис. 3а). Переход счетчика DD11.1 во "второе" состояние запретит прохождение импульсов установки RS-триггера в "единичное" состояние через элемент DD10.2, а прохождение импульсов сброса (RS-триггера) в "нулевое" состояние, через элемент DD10.1, — будет вновь разрешено.

Еще через пятнадцать тактов (импульсов) задающего генератора на выходе "15" (вывод 17) дешифратора DD13 сформируется отрицательный перепад, который установит RS-триггер в "нулевое" состояние и приведет к смене направления переключения на "обратное" (маркер "6" на рис. 3а). Еще через 32 такта первая половина цикла работы будет завершена (маркер "7" на рис. 3а).

Во второй половине цикла последовательность повторения режимов работы сохраняется, но с тем отличием, что происходит не три, а два повторения "двунаправленного" переключения светодиодов.

Достигается это за счет того, что первым в "нулевое" состояние устанавливается счетчик DD3 (см. маркер 8 на рис. 3б), а не DD9, как в первой половине цикла (см. маркер 3 на рис. 3а), поэтому RS-триггер (DD10.1-DD10.2) устанавливается в "единичное" состояние по завершению именно второго "двунаправленного" переключения светодиодов (см. маркер 8 на рис. 3б), что сопровождается увеличением состояния счетчика DD11.1 на единицу и переходом устройства в режим переключения "бегущего" огня в условном направлении "вперед".

По отрицательному перепаду третьего импульса с выхода "15" (вывод 17) дешифратора DD13, счетчик DD9 установится в "нулевое" состояние и, соответственно, во "второе" состояние перейдет и счетчик DD11.1 (маркер "9" на рис. 3б). Теперь, уровнем "единицы" с выхода "2" (вывод 4) счетчика DD11.1 будет запрещено "прохождение" импульсов установки RS-триггера в единичное состояние, а через элемент DD10.1 прохождение импульсов сброса в "ноль" — будет разрешено. В таком состоянии, первый же отрицательный импульс с выхода "15" (вывод 17) дешифратора DD13, "пройдя" через элемент DD10.1, установит RS-триггер в "нулевое" состояние и изменит режим работы устройства на переключение в условном направлении "назад" (маркер "9" на рис. 3б). После трехкратного повторения направления "назад" (маркер "10" на рис. 3б) счетчик DD11.1 перейдет в "третье" состояние, и, благодаря схеме сброса на элементах VD1, VD2, R20 — сбросится в "ноль". Далее цикл работы устройства полностью повторится.

Как сказано выше, количество повторений, и последовательность режимов выбирается последовательным нажатием кнопок SB1 ("минус одно") и SB2 ("плюс одно"). Исходному режиму соответствует диапазон адресов счетчика DD8 "1000" — "1110", которые индицируют три зеленые светодиода HL1…HL3. Инверсному режиму соответствует диапазон адресов счетчика DD8 "0001" — "1111", которые также индицируют три указанные зеленые светодиода HL1…HL3, но совместно с красным HL4. В таком случае, уровень логической "единицы" с выхода старшего разряда "3" (вывод 7) счетчика DD8 устанавливает на выходе элемента DD5.3 (вывод 13) постоянный уровень логического "нуля", который установит режим работы элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" — DD7.3 и DD7.4, как "повторение" входных уровней. Теперь выходные сигналы счетчика DD11.1 будут поступать на входы элементов DD10.1 и DD10.2, "проходя" элементы DD7.3 и DD7.4 без инвертирования. В данном случае количество повторений не изменится, и также будет соответствовать вышеприведенной формуле, но последовательность воспроизведения режимов "вперед" и "назад" изменится на противоположную.

Конструкция и детали

Первый вариант устройства собран на печатной плате (рис. 4) из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 60 x 100 мм, а второй вариант (рис. 5) — 85 x 135 мм. В устройствах применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, переменные — СП3-38б, неполярные конденсаторы типа К10-17, электролитические — К50-35. Линейка составлена из светодиодов четырех цветов диаметром 5 мм, размещенных в чередующейся последовательности: красного, желтого, зеленого и синего. Возможны, конечно, и другие варианты сочетания светоизлучающих элементов. Изменить яркость свечения можно подбором токоограничительных резисторов R10 (рис. 1) и R21 (рис. 2). Следует лишь помнить о максимальной нагрузочной способности дешифратора КР1564ИД3 и предельно допустимом токе светодиодов. Для использования в гирлянде более мощных световых элементов (например, ламп накаливания или гирлянд параллельно включенных светодиодов) необходимо использовать транзисторные или симисторные ключи.

Все микросхемы серии КР1564 (74HCxx) допускают непосредственную замену на соответствующие функциональные аналоги серий КР1554 (74ACxx) и КР1594 (74ACTxx), а также ТТЛШ-серий КР1533, К555, К531 и даже ТТЛ — К155. В случае применения ТТЛШ и ТТЛ-серий нужно учитывать различия в быстродействии микросхем для каждого конкретного случая. К примеру, реверсивный счетчик КР1564ИЕ7 (74HC193) и дешифратор КР1564ИД3 (74HC154) можно заменить КР1533ИЕ7 и КР1533ИД3, соответственно. Неприменимы в данном устройстве только микросхемы серий К561 и КР1561, поскольку очень большие задержки распространения сигнала в элементах таких микросхем приведут к неправильной работе устройства. Примером может служить микросхема К561ЛЕ6, содержащая два одинаковых четырехвходовых элемента ИЛИ-НЕ, которая является полнофункциональным аналогом КР1564ЛЕ9 (74HC4002). Во втором варианте устройства (рис. 2) ИС К561ЛЕ6 неприменима, поскольку чрезмерная задержка распространения сигнала (порядка 250 нс) приведет к запаздыванию отрицательного импульса (на выходе элемента DD4.1) предустановки счетчика DD8 и переполнению последнего при работе в режиме "сложения".

Микросхема КР1564ЛА3 заменима на КР1564ТЛ3, которая содержит в своем составе четыре триггера Шмитта, и даже КР1533ЛА3 (ТЛ3). При использовании в устройствах на месте микросхемы генератора DD1 — КР1533ЛА3 (ТЛ3) — необходимо подобрать элементы C1 и R2, а резисторы R1 и R3 заменить перемычками. Рекомендуемые номиналы: С1 — 100 мкФ, R2 — 1 кОм. Следует помнить, что входы микросхем ТТЛШ-структуры нельзя подключать к шине питания непосредственно. Поэтому, при использовании на месте реверсивного счетчика (DD5 (рис. 1) и DD12 (рис. 2)) — КР1533ИЕ7 — его вход установки "С" (вывод 11) необходимо подключить к шине питания через резистор сопротивлением 1 кОм.

Напряжение источника питания может быть выбрано в широких предела и находиться в диапазоне 9 — 15 В. Поскольку устройства достаточно экономичны (большая часть потребляемой мощности приходится на светодиоды), их можно питать от маломощной батареи напряжением 4,5 В, ресурса которой будет достаточно для нескольких десятков часов работы. При этом интегральные стабилизаторы (DA1 (рис. 1 и рис. 2)) и защитные диоды (VD1 (рис. 1) и VD3 (рис. 2)) необходимо исключить. В налаживании устройства практически не нуждаются. Собранные из исправных деталей и без ошибок, они начинают работать сразу при включении. Скорость переключения светодиодов можно изменять подстройкой резисторов R2, а выбрать желаемый режим работы — с помощью соответствующих кнопок SB1 (рис. 1) или SB1, SB2 (рис. 2).

Литература

Одинец А. Л. "Светодинамическое устройство "Бегущий огонь": автоматический режим". — "РАДИОЛЮБИТЕЛЬ" 2005г., №5, с.6.
Одинец А. Л. "Бегущие огни" на КМОП-микросхемах". — "РАДИОМИР" 2005г., №11, с.18-19; №12, с.14-17.