Бегущие огни на светодиодах

Делаем бегущие огни на светодиодах своими руками

Среди десятков разнообразных светодиодных мигалок достойное место занимает схема бегущих огней на светодиодах, собранная на микроконтроллере ATtiny2313. С её помощью можно создавать различные световые эффекты: от стандартного поочерёдного свечения до красочного плавного нарастания и затухания огня. Один из вариантов того, как сделать своими руками бегущий огонь на светодиодах под управлением МК ATtiny2313, рассмотрим на конкретном примере.

  • Сердце бегущих огней
  • Схема и принцип её работы
  • Печатная плата и детали сборки
  • Прошивка

Сердце бегущих огней

То, что AVR микроконтроллеры Atmel обладают высокими эксплуатационными характеристиками – всем известный факт. Их многофункциональность и лёгкость программирования позволяет реализовывать самые необыкновенные электронные устройства. Но начинать знакомство с микроконтроллерной техникой лучше со сборки простых схем, в которых порты ввода/вывода имеют одинаковое назначение.

Одной из таких схем являются бегущие огни с выбором программ на ATtiny2313. В данном микроконтроллере есть всё необходимое для реализации подобных проектов. При этом он не перегружен дополнительными функциями, за которые пришлось бы переплачивать. Выпускается ATtiny2313 в корпусе PDIP и SOIC и имеет следующие технические характеристики:

  • 32 8-битных рабочих регистра общего назначения;
  • 120 операций, выполняемых за 1 тактовый цикл;
  • 2 кБ внутрисистемной flash-памяти, выдерживающей 10 тыс. циклов запись/стирание;
  • 128 байт внутрисистемной EEPROM, выдерживающей 100 тыс. циклов запись/стирание;
  • 128 байт встроенной оперативной памяти;
  • 8-битный и 16-битный счётчик/таймер;
  • 4 ШИМ канала;
  • встроенный генератор;
  • универсальный последовательный интерфейс и прочие полезные функции.

Энергетические параметры зависят от модификации:

  • ATtiny2313 – 2,7-5,5В и до 300 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц;
  • ATtiny2313А (4313) – 1,8-5,5В и до 190 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц.

В ждущем режиме энергопотребление снижается на два порядка и не превышает 1 мкА. Кроме этого данное семейство микроконтроллеров обладает целым рядом специальных свойств. С полным перечнем возможностей ATtiny2313 можно ознакомиться на официальной страничке производителя www.atmel.com.

Схема и принцип её работы

В центре принципиальной электрической схемы расположен МК ATtiny2313, к 13-ти выводам которого подключены светодиоды. В частности, для управления свечением полностью задействован порт В (PB0-PB7), 3 вывода порта D (PD4-PD6), а также PA0 и PA1, которые остались свободными из-за применённого внутреннего генератора. Первый вывод PA2 (Reset) не принимает активного участия в схеме и через резистор R1 соединён с цепью питания МК. Плюс питания 5В подаётся на 20-й вывод (VCC), а минус – на 10-й вывод (GND). Для исключения помех и сбоев в работе МК по питанию установлен полярный конденсатор С1. С учётом небольшой нагрузочной способности каждого вывода подключать следует светодиоды, рассчитанные на номинальный ток не более 20 мА. Это могут быть как сверхъяркие led в DIP корпусе с прозрачной линзой, так и smd3528. Всего их в данной схеме бегущих огней 13 шт. В качестве ограничителей тока выступают резисторы R6-R18.

Нумерация светодиодов на схеме указана в соответствии с прошивкой.

Через цифровые входы PD0-PD3, а также с помощью кнопок SB1-SB3 и переключателя SA1 производится управление работой схемы. Все они подключены через резисторы R2, R3, R6, R7. На программном уровне предусмотрено 11 различных вариаций мигания светодиодов, а также последовательный перебор всех эффектов. Выбор программы задаётся кнопкой SB3. В пределах каждой программы можно изменять скорость её выполнения (мигания светодиодов). Для этого переключатель SA1 переводят в замкнутое положение (скорость программы) и кнопками увеличения (SB1) и уменьшения (SB2) скорости добиваются желаемого эффекта. Если SA1 разомкнуть, то кнопки SB1 и SB2 будут регулировать яркость светодиодов (от слабого мерцания до свечения на номинальной мощности).

Читайте также:  Сколько стоил бензин в СССР в 1960, 1970, 1980 году

Печатная плата и детали сборки

Специально для начинающих радиолюбителей предлагаем два варианта сборки бегущих огней: на макетной и на печатной плате. В обоих случаях рекомендуется использовать микросхему в PDIP корпусе, устанавливаемую в DIP-20 панельку. Все остальные детали также в DIP корпусах. В первом случае достаточно будет макетной платы 50х50 мм с шагом 2,5 мм. При этом светодиоды можно разместить, как на плате, так и на отдельной линейке, соединив их с макетной платой гибкими проводами.

Печатную плату в формате .lay6 можно скачать здесь.

Если бегущие огни на светодиодах предполагается активно использовать в дальнейшем (например, в автомобиле, велосипеде), то лучше собрать миниатюрную печатную плату. Для этого понадобится односторонний текстолит размером 55*55 мм, а также радиоэлементы:

  • С1 – 100 мкФ-6,3В;
  • DD1 – ATtiny2313;
  • HL1-HL13 – LED любого цвета диаметром 3 мм;
  • R1 – 10 кОм-0,25 Вт±5%;
  • R2-R18 – 1 кОм-0,25 Вт±5%;
  • SB1-SB3 – тактовая кнопка KLS7-TS6601 (любая аналогичная);
  • SA1 – трёхвыводной движковый переключатель ESP1010.

Для тех, кто имеет опыт изготовления печатных плат, лучше использовать ATtiny2313 форм-фактора SOIC, а также smd резисторы. Это позволит уменьшить размеры устройства примерно в 2 раза. Также можно взять сверхъяркие smd светодиоды и разместить их отдельным блоком.

Прошивка

Для прошивки МК ATtiny2313 следует использовать самодельный программатор, подключаемый к RS-232 компьютера и известный многим PonyProg2000. Перед прошивкой необходимо выставить фьюзы в соответствии с таблицей.

Прошивку для бегущих огней на ATtiny2313 можно скачать здесь.

Бегущие огни с выбором программ

Для более четкого представления о работе прибора рассмотрим некоторые его основные узлы. Начнём рассматривать работу бегущих огней с микросхемы К155ЛА3 которая является набором из четырёх логических элементов 2И-НЕ изображённого на первом рисунке:

1,2,4,5,9,10,12,13 – входы X1-X8;

14 – напряжение питания;

Мы используем только два элемента 2И-НЕ. Ниже приведённая схема генератора выдаёт чередование прямоугольных импульсов логического нуля и логической единицы показанных на графике.

На генераторе предусмотрена регулировка скорости и продолжительности чередования логических импульсов с помощью R1 и C1.

Если к выводу 6 подключить светодиод через резистор 1 кОм – то мы увидим, что у нас получилась простая мигалка на микросхеме с регулируемой скоростью мерцания.

Далее рассмотрим микросхему К155ТМ2 – которая включает в себя два независимых D-триггера, срабатывающих по положительному фронту тактового сигнала, к ней и осуществим подключение тактового генератора.

Условное графическое обозначение К155ТМ2 приведено на рис.2. На рис.3 приведена структурная схема и таблица истинности одного из элементов микросхемы, где каждый элемент состоит из четырёх элементов 2И-НЕ.

А ниже приводится «расшифровка” выводов микросхемы:

1 – инверсный вход установки «0″ R1;

3 – вход синхронизации C1;

4 – инверсный вход установки «1″ S1;

6 – выход инверсный Q1;

8 – выход инверсный Q2;

10 – инверсный вход установки «1″ S2;

11 – вход синхронизации C2;

Читайте также:  Замена порогов ВАЗ 2114 — как переварить гнилое днище своими руками (пошаговая инструкция)

13 – инверсный вход установки «0″ R2;

14 – напряжение питания;

Далее мы кратко рассмотрим работу одного каскада триггера изображённого на рис.4.

Подключим вывод 2 к инверсному выводу 6 и подключим к выводу 3 тактовый генератор. При поступлении логической единицы на вывод 3 на выводе 5 будет переключение на логическую единицу, при прохождении очередной логической единицы на вывод 3 – произойдёт переключение на логический ноль (вывод 5) и так будет происходить переключение до бесконечности. На выводе 6 (который является инверсным) будет зеркальное значение 5-го вывода.

А бегущие огни составим из тактового генератора и четырёх элементов триггера (2 микросхемы К155ТМ2) рис.5

На схеме мы видим не фиксируемую кнопку S2 которая служит для переключения подпрограмм и селектор S1 которым осуществляется переключение основных программ. Если сделать небольшие изменения в схеме – отсоединить вывод идущий к 13 ноге D1.2 и подключить его к выводу 10 D1.2 и сделать то же самое на второй микросхеме, то изменятся и программы индикации (изменение отмечено на схеме пунктиром). Если использовать многосекционный селектор S1, то можно подключить отмеченное пунктиром изменение к селектору и тем самым увеличить число программ.

В схеме используются лампочки напряжением 2.5-3.6 вольта, но если использовать светодиоды, то надобность в транзисторах отпадает (на схеме отмечено красным квадратом) и подключение светодиодов осуществляется к Т,Т1,М,М1,Р,Р1,F,F1 рис.5а.

Если использовать лампы на 220 вольт, то вместо транзисторов нужно подключить симисторы или как их ещё называют симметричные тиристоры, триодный тиристор или триак. Условное графическое обозначение симистора на рис.6

Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих направлениях. Симистор имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис.6а. На рис.6 б внешний вид симистора КУ208.

Здесь показана схема бегущих огней с симисторным управлением:

Внешний вид устройства:


Используемые детали в бегущих огнях можно заменить на импортные и отечественные аналоги: К155ЛА3 на SN7400, К155ТМ2 на SN7474N, транзисторы КТ315 на КТ342; КТ503; КТ3102; 2N9014; ВС546В, а КУ208 на BT134; BT136. Светодиоды можно применять любые. Стоимость деталей приблизительно составляет 60 – 100 рублей.

Данную схему легко переработать и изменить алгоритм работы.

Сама схема имеет минимум легкодоступных деталей, легка в сборке и при правильном монтаже в наладке не нуждается.

Бегущие огни на светодиодах своими руками

В продаже имеется огромное количество различных мигающих цветными огоньками светодиодных девайсов, способных сделать ярче любой праздник. Зачем покупать стандартные светодиодные мигалки, когда намного интереснее за несколько часов своими руками собрать оригинальное и полностью функциональное устройство, способное переключать светодиоды в определенной последовательности, тем самым создавая эффект бегущих огней. Для начинающих радиолюбителей, эта самоделка будет замечательным проектом выходного дня.

На этом рисунке изображена схема бегущих огней на светодиодах.

Схема бегущих светодиодных огней на микросхеме NE555, CD4017, CD4022

Устройство состоит из двух микросхем, принцип работы очень простой. Задающий генератор импульсов выполнен на универсальной микросхеме NE555. Сигнал с генератора поступает на вход двоичного счетчика дешифратора CD4017 или CD4022 эти микросхемы аналогичные и полностью взаимозаменяемые. Микросхема имеет 10 выходов, к которым подключены светодиоды. При подаче тактовых импульсов с генератора импульсов на вход счетчика происходит последовательное переключение между выходами микросхемы.

Читайте также:  ГУР Альмера Классик ремонт, замена жидкости, подшипника, сальника

Светодиоды зажигаются в строгой последовательности от 1 до 10 и поэтому получается эффект бегущих огней. Скорость переключения светодиодов регулируется за счет изменения частоты задающего генератора импульсов подстроечным резистором P1. Напряжение питания светодиодов устанавливается подбором сопротивления резистора R1. Схема питается напряжением от 5 до 15 вольт. Так же обратите внимание на нумерацию светодиодов на схеме. Если вы хотите, чтобы светодиоды зажигались один за другим, то разместите их по порядку указанном на схеме.

На этом рисунке изображена печатная плата бегущих светодиодных огней на двух микросхемах.

Печатная плата бегущих светодиодных огней на двух микросхемах своими руками

Детали устройства легко помещаются на печатной плате размером 65х45 мм. Микросхемы для удобства я установил в DIP панельки, стоят копейки, в случае замены микросхемы не надо ничего паять.

Светодиоды с платой соединяются проводами. На каждый канал микросхемы можно подключить не более трех светодиодов. В своей самоделке решил поставить по два светодиода на каждый канал и разместить светодиоды один на против другого таким образом, чтобы получился круговой эффект вращения из двух точек. Вы можете размещать светодиоды в любой последовательности, создавать фигуры, вариантов много, фантазируйте…

Хочу заострить ваше внимание на том, что если будете ставить разноцветные светодиоды. На один канал можно ставить светодиоды, только одного цвета. Все потому, что у разноцветных светодиодов разное сопротивление и поэтому будет светиться только, тот у которого меньшее сопротивление. Конечно можно это дело исправить, если заменить резистор R1 перемычкой, а на каждый светодиод поставить отдельный резистор. Тогда все светодиоды будут светиться, как надо.

Моей задачей было собрать автономное, карманное устройство, которое будет служить световым дополнением к музыкальному «Бумбоксу», поэтому светодиоды и плату с батарейкой, аккуратно разместил в пластиковом корпусе от электромагнитного реле. Светодиоды залил термо клеем. Таким образом приклеил печатную плату. Поставил выключатель и один диод IN4007 для защиты устройства от переполюсовки.

Получилось симпатичное карманное устройство, которое можно взять с собой и наслаждаться бегущими по кругу светодиодными огоньками.

А, что делать если хочется подключить большую нагрузку, например светодиодные ленты? Тогда придется немного усовершенствовать схему. На каждый канал надо поставить транзисторный ключ.

В данной схеме хорошо работают практически любые транзисторы структуры n-p-n например: BD139, TIP41C, MJE13006, MJE13007, MJE13008, MJE13009, КТ815, КТ805, КТ819 и другие аналогичные подберите в зависимости от требуемой нагрузки. Все транзисторы надо закрепить на радиаторе, коллекторы транзисторов по схеме соединяются вместе, поэтому изолировать от радиатора не надо. Резисторы R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 подключите к выходам микросхемы. Питание схемы возьмите от общего источника питания.

Радиодетали для сборки бегущих огней на светодиодах

  • Микросхема NE555
  • Микросхема CD4017 или CD4022
  • Подстроечный резистор P1 на 50К
  • Резистор R1 1К, R2 22К
  • Конденсатор С1 220 мкФ 25В, С2 10 мкФ 25В
  • Светодиоды с напряжением питания от 2 до 12В

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать бегущие огни на светодиодах

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector