Бегущие огни на atmega8 со светодиодами. Как сделать бегущие огни на светодиодах? Описание электрической схемы

В настоящее время в интернете море схем с бегущими огнями. В нашей статье рассмотрим самую простую схему, собранную на двух популярных микросхемах: таймере 555 и счетчике CD4017.

Будем собирать вот по этой схеме (для увеличения кликните по ней):

Схема не очень сложная, как кажется на первый взгляд. Итак, чтобы ее собрать, нам потребуются:

1) три резистора номиналом: 22 КилоОма, 500 КилоОм и 330 Ом

2) микросхема NE555

3) микросхема CD4017

4) конденсатор на 1 микрофарад

5) 10 советских или китайских светодиодов на 3 Вольта

Распиновка 555

В настоящее время большинство микросхем производят в так называемом DIP корпусе . DIP – от англ. – Dual In-line Package, что в дословном переводе означает как “двухрядная сборка”. Выводы микросхем в корпусе DIP находятся в противоположных сторонах друг от друга. Расстояние между выводами в основном 2,54 мм, но есть также и исключения. В зависимости от того, сколько выводов имеет микросхема, так и называется корпус на эту микросхему. Например микросхема 555 имеет 8 выводов, следовательно, ее корпус называется DIP-8.

В красных кружочках я пометил так называемые “ключи”. Это специальные метки, с помощью которых можно узнать начало маркировки выводов микросхемы

Первый вывод как раз находится рядом с ключом. Счет идет против часовой стрелки

Значит, на микросхеме NE555N выводы нумеруются таким образом:

Все то же самое касается и микросхемы CD4017, которая изготовлена в корпусе DIP-16.

Нумерация выводов идет с левого нижнего угла.

Сборка устройства

Собираем наши бегущие огни. На макетной плате они выглядят примерно вот так:

А вот работа схемы в действии:

Работает вся схема таким образом: на таймере 555 собран генератор прямоугольных импульсов. Частота следования импульсов зависит от резистора R2 и конденсатора С1. Далее эти прямоугольные импульсы считает микросхема счетчика CD4017 и в зависимости от количества прямоугольных импульсов, выдает сигналы на свои выводы. Когда в микросхеме счетчик переполняется, все начинается сначала. Светодиоды моргают по кругу, пока на схеме есть напряжение.

Имейте ввиду, что аналогов микросхем 555 и CD4017 туева куча. Есть даже советские аналоги. Для таймера 555 это КР1006ВИ1, а для микросхемы счетчика К561ИЕ8.

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 рис.1.

1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8;
3 - выход Y1;
6 - выход Y2;
7 - общий;
8 - выход Y3;
11 - выход Y4;
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;
2 - вход D1;
3 - вход синхронизации C1;
4 - инверсный вход установки "1" S1;
5 - выход Q1;
6 - выход инверсный Q1;
7 - общий;
8 - выход инверсный Q2;
9 - вход Q2;
10 - инверсный вход установки "1" S2;
11 - вход синхронизации C2;
12 - вход D2;
13 - инверсный вход установки "0" R2;
14 - напряжение питания;

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.

На Рис.7 показана схема бегущих огней с симисторным управлением.

Собранный девайс изнутри и 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.

Список радиоэлементов

Здесь пойдёт речь о том, как сделать бегущие огни на светодиодах своими руками. Схема устройства отличается простотой и реализована на логических микросхемах так называемой жёсткой логики - микросхемах серии ТТЛ. Само устройство включает три микросхемы.

Схема состоит из четырёх основных узлов:

генератора прямоугольных импульсов;

счётчика;

дешифратора;

устройства индикации (16-ти светодиодов).

Вот принципиальная схема устройства.

Устройство работает следующим образом. После подачи питания светодиоды HL1 - HL16 начинают последовательно загораться и гаснуть. Визуально это выглядит как движение огонька слева направо (или наоборот). Такой эффект и называется «бегущий огонь».

Генератор прямоугольных импульсов реализован на микросхеме К155ЛА3 . Задействовано лишь 3 элемента 2И-НЕ этой микросхемы. С 8-го вывода снимаются прямоугольные импульсы. Частота их следования невелика. Это позволяет реализовать видимое переключение светодиодов.

По сути, генератор на элементах DD1.1 - DD1.3 задаёт темп переключения светодиодов, а, следовательно, и скорость «бегущего огня». При желании скорость переключения можно подкорректировать с помощью изменения номиналов резистора R1 и C1.

Стоит предупредить, что при других номиналах R1 и C1 генерация может быть сорвана - генератор не будет работать. Так, например, генератор отказался работать при сопротивлении резистора R1 равном 1 кОм. Поэтому изменять номиналы C1 и R1 можно лишь в некоторых пределах. Если генератор не запустился, то будет постоянно светиться один из светодиодов HL1 - HL16.

Счётчик на микросхеме DD2 необходим для подсчёта импульсов, поступающих от генератора и подачи двоичного кода на дешифратор К155ИД3. По схеме выводы 1 и 12 микросхемы-счётчика К155ИЕ5 соединены. При этом микросхема будет считать поступающие на вход C1 (выв. 14) импульсы и выдавать на выходах (1, 2, 4, 8) параллельный двоичный код, соответствующий количеству поступивших импульсов от 0 до 15. То есть на выходах (1, 2, 4, 8) микросхемы К155ИЕ5 последовательно сменяют друг друга 16 комбинаций кода (0000, 0001, 0010, 0011, 0100 и т.д.). Далее в работу включается дешифратор .

Особенность микросхемы К155ИД3 заключается в том, что она преобразует двоичный четырёхразрядный код в напряжение логического нуля, который появляется на одном из 16 соответствующих выходов (1-11, 13-17). Думаю, такое объяснение не всем понятно. Попробуем разобраться.

Если обратить внимание на изображение микросхемы К155ИД3, то можно заметить, что у неё 16 выходов. Как известно, в двоичном коде из четырёх знаков можно закодировать 16 комбинаций. Больше никак не получится. Напомним, что с помощью четырёхзначного двоичного кода можно закодировать десятичные цифры от 0 до 15 (всего 16 цифр).

Это легко проверить, если возвести 2 (основание системы счисления) в степень 4 (количество разрядов или цифр в коде). Получим 2 4 = 16 возможных комбинаций. Таким образом, при поступлении на входы микросхемы К155ИД3 двоичного кода в диапазоне от 0000 до 1111 на выходах 0 - 15 появится логический ноль (светодиод засветится). То есть микросхема преобразует число в двоичном коде в логический ноль на выводе, который соответствует числу в двоичном коде. По сути это такой особенный дешифратор из двоичной системы в десятичную.

А почему светится светодиод? На выходе ведь логический ноль. По схеме видно, что аноды всех светодиодов подключены к плюсу питания, а катоды к выходам микросхемы К155ИД3. Если на выходе "0", то для светодиода это как бы минус питания и через его p-n переход течёт ток - светодиод светится. Если на выходе логическая единица "1", то ток через светодиод не пойдёт.

Если всё то, что было написано вам всё равно не понятно, то не стоит расстраиваться. Просто соберите предложенную схему, например, на беспаечной макетной плате и наслаждайтесь работой устройства. Схема проверена и исправно работает .

Если в распоряжении уже есть стабилизированный блок питания (например, такой как этот), то интегральный стабилизатор DA1 (КР142ЕН5А ) и элементы обвязки (C2, C3, C4) в схему устанавливать не надо.

Все номиналы элементов (конденсаторов и резисторов) могут иметь разброс ±20% . На работу устройства это не повлияет. Светодиоды HL1 - HL16 могут быть любого цвета свечения (красного, синего, зелёного) с рабочим напряжением 3 вольта. Можно, например, использовать яркие красные светодиоды диаметром 10 миллиметров. "Бегущий огонь" с такими светодиодами будет смотреться очень эффектно.

Один из вариантов использования твердотельных источников света в декоративных целях – бегущие огни на светодиодах. Способов изготовления этого несложного устройства – масса. Рассмотрим некоторые из них.

Простейшая схема бегущих огней на 12 вольт

В интернете наиболее часто встречается простая «старомодная» схема с использованием счетчика и генератора (рисунок 1).

Рисунок 1

Работа схемы предельно проста и понятна. Генератор построен на основе таймера импульсов, а счетчик выполняет свою основную функцию – считает импульсы и выдает соответствующие логические уровни на своих выходах. К выходам подключены светодиоды, которые загораются при появлении логической единицы и соответственно гаснут при нуле, создавая тем самым эффект бегущих огней. Скорость переключения зависит от частоты генератора, которая в свою очередь зависит от номиналов резистора R1 и конденсатора С1.

Наименования микросхем приведены советские, но они имеют легкодоступные импортные аналоги. Если необходимо увеличить , то для увеличения тока нужно подключать их через буферные транзисторы, т.к. сами выходы счетчика имеют достаточно скромную нагрузочную способность.

Подключаем «мозги»

Для получения более сложных эффектов, схема должна строиться на микроконтроллере (далее МК). Хотя в интернете и присутствует множество схем бегущих огней на микроконтроллере, построенных на обыкновенной логике, реализующих различную последовательность зажигания светодиодов, их использование неоправданно и нецелесообразно в наши дни.

Схемы получаются более громоздкими и дорогими. МК же позволяет гибко управлять отдельными светодиодами или их группами, хранить в памяти множество программ световых эффектов и при необходимости чередовать их по заранее заданной последовательности или по внешней команде (например, от кнопки). При этом схема получается весьма компактной и достаточно дешевой.

Рассмотрим основной принцип построения схемы бегущих огней на светодиодах с использованием микроконтроллера.

Для примера возьмем микросхему ATtiny2313 – 8-разрядный МК стоимостью около 1$. Простейшая схема может быть реализована непосредственным подключением светодиодов к выводам I/O (рисунок 2). Эти выводы МК способны обеспечить ток до 20 мА, что более чем достаточно для индикаторных светодиодов.

Необходимое значение тока задается резисторами, включенными последовательно диодам. Значение силы тока рассчитывается по формуле I=(U пит -U LED)/R. Схемы питания и сброса МК на рисунке не приведены, чтобы не загромождать схему. Эти цепи стандартные и выполняются в соответствии с рекомендациями производителя, приведенными в Data Sheet. При необходимости точного задания временных интервалов (длительности зажигания отдельных светодиодов или полного цикла) можно использовать кварцевый резонатор, подключаемый к выводам 4 и 5 МК.

Если такой необходимости нет, можно обойтись встроенным RC-генератором, а освободившиеся выводы назначить как стандартные выходы и подключить еще пару светодиодов. Максимальное количество светодиодов, которое можно подключить к этому МК – 17 (на рисунке 2 показан вариант подключения 10 светодиодов). Но лучше оставить один-два вывода для кнопок управления, чтобы была возможность переключать режимы бегущего огня.

Рисунок 2

Вот и всё, что касается «железа». Дальше всё зависит от программного обеспечения. Алгоритм может быть любым. К примеру, можно записать в память несколько режимов и настроить интервал повторения каждой либо подключить две кнопки: одну для переключения режимов, другую для регулировки скорости. Написание подобной программы – достаточно простая задача даже для человека никогда не работавшего ранее с МК, однако если изучать программирование лень или некогда, а «оживить» бегущий огонь на светодиодах очень хочется – всегда можно скачать готовое ПО.