Дипломная работа: Светодинамические установки
2.1 Состав структурной схемы
Основываясь на выбранном направлении проектирования разработана схема структурная Э1 (чертеж АП-13А.7.091401.18 Э1), которая содержит следующие элементы:
- генератор импульсов;
- делитель частоты;
- формирователь кода;
- формирователь сброса;
- переключатель направления;
- сдвиговый регистр;
- индикатор режимов;
- схему управления нагрузкой;
- блок питания (на структурной схеме не показан).
2.2 Описание работы устройства по его структурной схеме
После включения блока питания генератор опорной частоты подает импульсы на делитель частоты и на сдвиговый регистр. При включении устройства формирователь сброса вырабатывает импульс для установки сдвигового регистра в ноль. Также импульс сброса поступает на формирователь кода. В формирователе кода формируется такая комбинация: 0000. С формирователя кода эта комбинация подается на сдвиговый регистр, откуда она поступает на схему управления нагрузкой и на индикатор режимов. Таким образом, после включения питания в устройстве вся нагрузка остается выключенной на время 256 тактовых импульсов. Полный цикл формирования светодинамического эффекта, например, “бегущего огня” состоит из 16 комбинаций. В представленном устройстве исключаются состояния, когда все нагрузки включены или не включена ни одна.
При подаче 128-го импульса в формирователе кода формируется комбинация 0001, что означает: загорится первая нагрузка (красный светодиод). Формирователь сброса подает импульс на переключатель направления счета, который определяет в какую сторону будет сдвигаться комбинация на сдвиговом регистре: вперед (вправо) или назад (влево). При 256-м импульсе комбинация 0001 будет переписана в сдвиговый регистр, после чего формирователь кода инкременируется, в нем устанавливается комбинация 0010. В сдвиговом регистре первоначальная комбинация сдвигается вперед. Таким образом при следующем импульсе с генератора включается вторая нагрузка (желтый светодиод), далее – третья нагрузка (зеленый светодиод), при последующем – четвертая (синий светодиод), а затем возврат на первую нагрузку (красный). Так происходит бег огней в одну сторону 32 раза. Далее в сдвиговый регистр заносится код 0010, переключение нагрузок повторяется, а в формирователе кода подготавливается комбинация 0011. Таким образом, следом загораются две рядом расположенные нагрузки одновременно (красная + желтая) и происходит их сдвиг (желтая + зеленая, зеленая + синяя, синяя + красная и т.д.). Дальнейший инкремент формирователя кода вызывает другие цветовые комбинации. Так происходит 14 раз со сдвигом сформированных кодов (от 0001 до 1110) одну сторону и затем формирователь кода переходит к комбинации 0001, но сдвиг будет выполняться 14 раз в другую сторону, т.к. переключатель направления переключается после получения числа 14 на формирователе кода. На индикаторе режимов загораются светодиоды красного, желтого, зеленого и синего цветов в соответствии с состоянием нагрузки.
2.3 Синтез электрической принципиальной схемы
Электрическая принципиальная схема (Э3) представлена на чертеже АП-13А. 7.091401.18 Э3.
Генератор импульсов включает в себя резисторы R9, R10, R11, конденсатор С13 и микросхему серии К555ТЛ2 (инвертирующий усилитель с порогом Шмитта) - DD1.4, DD1.5, DD1.6. Генератор опорной частоты собран на логических элементах DD1.4, DD1.5, DD1.6. DD1.6 генерирует с цепями обратной связи, DD1.5 – улучшает форму сигнала, DD1.4 – делает инверсию сигнала. Частоту следования импульсов можно плавно менять подстроечным резистором R11.
Делитель частоты содержит: микросхему серии К555ТМ2 (D-триггер) -DD2.2 и микросхему серии К555ИЕ8 (программируемый счетчик с входом для переключения коэффициента, на который можно разделить входную тактовую частоту) - DD4. Делитель частоты представляет собой счетчик до 128 (DD2.2 делит частоту на 2, DD4 делит частоту на 64, в итоге делитель делит частоту на 128).
Формирователь кода состоит из: микросхемы серии К555ТЛ2 (инвертирующий усилитель с порогом Шмитта) - DD3.4, DD3.5, DD3.6; микросхемы серии К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD6.1, DD6.2; микросхемы серии К555ИЕ7 (четырехразрядный реверсивный счетчик) – DD7.
Формирователь сброса включает в себя такие элементы: интегрирующая RC-цепочка, реализованная на резисторе R8 и конденсаторе C12, а также микросхема серии К555ТЛ2 (инвертирующий усилитель с порогом Шмитта) -DD1.1, DD1.2.
Переключатель направления реализован единственным элементом – микросхемой серии К555ТМ2 (D-триггер) - элемент DD2.2 на схеме Э3.
Сдвиговый регистр представлен микросхемой К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD6.3, DD6.4 и микросхемой К555ИР11 (универсальный четырехразрядный сдвиговый регистр, с помощью которого можно строго синхронно сдвигать цифровое слово вправо и влево) – DD9. Когда на входах S0 и S1 находится комбинация 11, происходит занесение комбинации свечения с микросхемы DD7.
Индикатор режимов реализуется светодиодами VD17-VD20 красного, желтого, зеленого и синего цветов и резисторами R12-R15.
Схема управления нагрузкой содержит такие элементы: контакты для соединения с нагрузкой, тиристоры VD5-VD8, микросхему К155ЛН5 (шесть буферных инверторов с открытыми коллекторами) – DD5.1–DD5.4, микросхему К555ЛА3 (логическая функция И с инверсией) – DD8.1–DD8.4, резисторы R4–R7, а также диоды VD1-VD4.
Блок питания состоит из: трансформатора Т1, двух диодных мостов VD9-VD12 и VD13-VD16, делителя напряжения R1, R2, транзистора VT1, фильтров по питанию С2-С11, микросхемы 142ЕН5А (стабилизатор напряжения), конденсатора С1 и резистора R1. Блок питания вырабатывает два типа напряжения: +12 В – нестабилизированное, +5 В – стабилизированное. Нестабилизированное напряжение идет через диодный мост VD9-VD12, сглаживается конденсатором С1. Стабилизатор DA1 преобразует +12 В нестабилизированного напряжения в +5 В стабилизированного. VD13-VD16 – детектор прохождения Uпит через ноль.
3 . ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В данном бакалаврском проекте разрабатывается устройство на логических элементах (микросхемах ТТЛ-технологии). Подобное устройство может обеспечить достаточное количество световых эффектов, необходимых для работы светодинамической установки. Приоритетным направлением проектирования в данном проекте является максимизация количества и разнообразия световых эффектов, создаваемых установкой.