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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Indicadores LED intermitentes en chips CMOS. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / iluminación Anotación. Los indicadores de modo de funcionamiento se utilizan más ampliamente en dispositivos electrónicos, por ejemplo, como parte de un sistema de alarma contra intrusos o, en un diseño individual, también para simular su presencia. Dicho indicador se puede utilizar en juguetes electrónicos para crear efectos estéticos o como controlador para controlar balizas intermitentes en vehículos especiales. Como elementos emisores de luz, se recomienda utilizar LED superbrillantes que, debido a la alta capacidad de carga de los microcircuitos CMOS de la serie KR1554 y KR1564, se pueden conectar directamente a sus salidas, sin transistores clave.
El principio de funcionamiento. Como soluciones de circuitos básicos para indicadores LED, se utilizan los diseños más simples en dos y tres microcircuitos CMOS de la lógica estándar de la serie KR1554, respectivamente, considerados en [1] y [2]. La primera versión (Fig. 1) del dispositivo genera dos destellos de cada LED con un ciclo de trabajo de cuatro. Esto significa que el tiempo de parpadeo del LED es el 25 % del período de parpadeo, lo que corresponde subjetivamente al parpadeo más claro de los LED. Además, dicho ciclo de trabajo duplica la vida útil de las celdas de bajo consumo cuando el dispositivo funciona con batería. Consideraremos el funcionamiento del dispositivo, asumiendo que en el momento inicial los contadores DD2.1 y DD2.2 están en el estado "cero". Sobre los elementos DD1.1, DD1.2 se realiza un generador de impulsos rectangular, con una frecuencia de repetición de unos 10 Hz. Al cambiar el elemento DD1.2 al estado opuesto, el voltaje a la izquierda, según el esquema, placa del capacitor C1, se agrega al valor anterior y alcanza casi el doble del valor del voltaje de la fuente de alimentación. Para los diodos protectores de entrada del elemento DD1.1, este modo de operación es inaceptable, por lo tanto, se introduce una resistencia R1 en el dispositivo, que limita los pulsos de corriente al nivel de 1 mA, que ya es un valor bastante aceptable. Esta resistencia evita la falla de los diodos de protección y, por lo tanto, aumenta significativamente la confiabilidad del dispositivo durante la operación a largo plazo. El contador DD2.1 se activa por cambios negativos en los pulsos de conteo y, cuando se alcanza el "tercer" estado, genera los niveles de unidades lógicas en las salidas "1" y "2" (pines 11 y 10, respectivamente ), que al ser alimentados a las entradas del elemento DD1.3 hacen que en su salida aparezca un nivel "cero". Este nivel lógico se introduce en el elemento DD1.4 e invirtiendo el último hace que se encienda el LED HL2.
Esto sucede debido al hecho de que el contador DD2.2, como se señaló anteriormente, se encuentra en el estado inicial "cero", y el nivel del "uno" lógico se forma en la salida del elemento DD1.4 (consulte la sincronización diagrama de la Fig. 2). La transición del contador DD2.1 al "cuarto" estado conduce a la extinción del LED HL2 y la transición al "séptimo" - a su reencendido. Además, la caída negativa del siguiente pulso de conteo, el contador DD2.1 se transfiere al "octavo" estado, y la caída negativa de la salida de su "tercer" bit (pin 4) conduce a un aumento en el estado de el contador DD2.2 por uno. Ahora, en el momento en que aparece el nivel de "cero" lógico en la salida del elemento DD1.3, se enciende el LED rojo HL1. Por lo tanto, hay dos destellos sucesivos de cada LED. La frecuencia de destello se puede cambiar ajustando la resistencia R2, y el límite superior del rango de frecuencia del oscilador se puede cambiar seleccionando la resistencia R3. Si necesita obtener no dos, sino cuatro destellos de cada LED, debe aplicar pulsos de conteo a la entrada DD2.2 desde la salida del cuarto (pin 8) y no del tercer bit (pin 9) del contador DD2.1.
El diagrama del circuito eléctrico de un indicador de tres LED se muestra en la Fig. 4. El dispositivo genera tres destellos sucesivos de cada LED, también con un ciclo de trabajo de cuatro. A diferencia de la primera versión del dispositivo, el contador DD2.1 se reinicia mediante un breve pulso positivo desde la salida del elemento DD1.4 cuando se alcanza el estado "duodécimo". Si no se lleva a cabo la puesta a cero, pero la entrada de reinicio "R" (pin 12) está conectada al cable "común", no se producirán tres, sino cuatro destellos de cada LED. Los pulsos de conteo de la salida del dígito de orden superior DD2.1 se alimentan a la entrada DD2.2, que genera combinaciones de códigos para seleccionar uno de los tres LED parpadeantes HL1 ... HL3. El ciclo de trabajo igual a cuatro se logra debido a la combinación de señales de control provenientes de las salidas de los bits menos significativos del contador DD2.1 (pines 11 y 10) a las entradas de "permiso" inverso "V (&)" de el decodificador DD3 (pines 4 y 5). Su entrada directa de "habilitación" ("V", pin 6) está conectada al riel de alimentación, de acuerdo con la lógica de operación. En este caso, el encendido de uno de los tres LEDs HL1 ... HL3 ocurre solo cuando las entradas "V (&)" del decodificador DD3 (pines 4 y 5) coinciden con dos niveles de cero lógico, según el diagrama de tiempo en la Fig. 5.
Cada pulso de conteo recibido en la entrada del contador DD2.2 desde la salida DD2.1 conduce a un aumento en su estado en uno. Al llegar al "tercer" estado, gracias a la cadena VD1, VD2, R4, el contador DD2.2 se reinicia y, luego, el ciclo del dispositivo se repite por completo. Cabe señalar que la cadena indicada (VD1, VD2, R4) es un equivalente completamente funcional de dos elementos conectados en serie DD1.3, DD1.4, es decir realiza la función de "multiplicación" lógica de señales.
Una versión mejorada del indicador de tres LED se muestra en la fig. 7. Aquí, el contador DD2.2 no se reinicia, por lo que opera en un modo cíclico con un conjunto completo de estados, lo que le permite generar pulsos negativos en las cuatro salidas del decodificador DD3. El número de LED sigue siendo tres, pero no están conectados directamente a las salidas del decodificador, sino a través de los elementos DD4.1 ... DD4.3. En sus salidas aparece el nivel de cero lógico y, en consecuencia, el LED correspondiente se enciende cuando llegan a cualquiera de las entradas los elementos especificados del mismo nivel lógico, según el cronograma de la Fig. 8. Cuando el contador DD2.2 alcanza el "tercer" estado (en las salidas "1" y "2" - los niveles de unidades lógicas), el mismo nivel aparece en la salida "3" (pin 12) del decodificador DD3, pero solo si se cumple la condición de coincidencia de dos niveles lógicos "cero" en las entradas de su resolución "V(&)" (pines 4 y 5). Así, después de tres destellos consecutivos de cada uno de los tres LED HL1... HL3, todos los LED se encienden tres veces simultáneamente. Las entradas del elemento DD4.4 (no mostrado en el diagrama) están conectadas al bus de potencia.
Se hizo posible cambiar significativamente el algoritmo de operación del dispositivo debido al uso de un microcircuito que contiene cuatro flip-flops RS idénticos con entradas de control inversas en un paquete (Fig. 10). Esto significa que la transición del RS-flip-flop al estado correspondiente ocurre de acuerdo con el nivel de "cero" lógico que llega a la entrada correspondiente "R" o "S". Al mismo tiempo, los niveles de unidades lógicas deben fijarse preliminarmente en las entradas especificadas antes de aplicar el nivel activo de cero lógico. Este modo de operación se proporciona utilizando el decodificador DD3, cuyos niveles lógicos de salida activos son simplemente "cero". En el momento inicial, los contadores DD2.1 y DD2.2 están en el estado "cero", por lo tanto, a la salida del elemento DD1.3, se forma un nivel de unidad lógica que prohíbe la decodificación de los estados. del contador DD2.2, cuyos niveles lógicos de salida se alimentan a las entradas de dirección "1" y "2" del decodificador DD3. Así, en todas sus salidas se forman los niveles de unidades lógicas, lo que corresponde al estado inicial del dispositivo. Dado que al final del ciclo anterior, se generó un breve pulso negativo en la salida del elemento DD1.4, todos los flip-flops RS se configuraron en el estado "único", por lo que todos los LED estaban apagados. Cuando el contador DD2.1 pasa del estado "cero" al "primero", el nivel de cero lógico de la salida del elemento DD1.3 permite la decodificación de los estados de DD3 y en su salida "0" (pin 15) aparece el nivel de "cero" lógico. Este nivel cambia el primer RS-flip-flop (superior en el diagrama), que es parte del chip DD4, al estado cero y, al mismo tiempo, va al ánodo del LED HL1. Pero el encendido del LED en este momento aún no se produce, ya que la diferencia de potencial en sus terminales es cero. Cuando el contador DD2.1 alcance el cuarto estado, se prohibirá nuevamente la decodificación de los estados DD3, y en su salida "0" (pin 15) se formará un nivel de unidad lógica. Dado que la salida "1Q" (pin 4) del primero, según el esquema, RS-flip-flop DD4, se formó el nivel "cero", esto conducirá al encendido del LED HL1. A esto le seguirán tres destellos, con un ciclo de trabajo igual a cuatro, como en los casos anteriores, según el cronograma de la Fig. 11. En este caso, pulsos negativos en la salida "0" (pin 15) del decodificador DD3 conducir precisamente a la extinción del LED HL1, por lo tanto, durante la transición del contador DD2.2 de cero al primer estado, en la salida indicada "0" (pin 15) del decodificador DD3, un nivel fijo (estático) de lógica se forma la unidad y el LED HL1 permanece encendido. Cada pulso de conteo posterior de la salida del generador conduce a un aumento en los estados del contador DD2.1 y, después, y DD2.2. En este caso, se producen tres destellos sucesivos de los LED HL2... HL4, seguidos de su fijación en estado encendido. Cuando el contador DD2.2 alcanza el "cuarto" estado, se genera un breve pulso positivo en su salida "4" (pin 9), que, invertido por el elemento DD1.4, conduce a la instalación de todos los RS-flip- deja caer DD4 en el estado "único" y los LED se apagan. Además, el ciclo de funcionamiento del dispositivo se repite por completo.
Una versión mejorada del indicador de cuatro LED se muestra en la fig. 13. Se introdujo el temporizador más simple en su composición, que consta de un generador de pulso rectangular ensamblado en elementos DD2.1, DD2.2 y contadores DD4.1, DD4.2. El temporizador amplía significativamente la funcionalidad del indicador LED y le permite elegir casi cualquier duración del ciclo de funcionamiento del dispositivo, comenzando con un solo parpadeo del LED HL1 y terminando con un cierto retraso de tiempo para que todos los LED brillen después de todo el trabajo. ha pasado el ciclo.
La lógica de la operación del dispositivo es totalmente consistente con el diagrama de tiempo que se muestra en la fig. 11, con la diferencia de que la señal para configurar los flip-flops RS del chip DD6 es generada por el contador DD4.2 del temporizador introducido adicionalmente. A diferencia del anterior, en una versión mejorada del dispositivo, operan dos generadores de pulsos rectangulares independientes, cuya frecuencia se establece de forma independiente. Esto le permite cambiar por separado tanto la frecuencia de los destellos del LED (usando R3) como la duración del ciclo de operación completo (usando R6).
Construcción y detalles. Todos los dispositivos están hechos en placas de circuito impreso hechas de fibra de vidrio de lámina de doble cara de 1,5 mm de espesor. Dimensiones PCB: primera opción (Fig. 3): 35x50 mm; segunda opción: (fig. 6): 40x70 mm; tercera opción: (fig. 9): 40x70 mm; cuarta opción: (Fig. 12): 40x75 mm; y la quinta opción: (Fig. 14): 50x90 mm.
Los dispositivos utilizan resistencias fijas del tipo MLT-0,125, trimmers SP3-38b en diseño horizontal, capacitores no polares del tipo K10-17, capacitores de óxido del tipo K50-35 o importados. Los microcircuitos CMOS de la serie KR1554 tienen una alta capacidad de carga (hasta 24 mA), lo que le permite conectar los LED a sus salidas directamente, sin cambiar los transistores. Si no se dispone de LED superbrillantes, también se pueden utilizar LED de brillo estándar, pero, en este caso, es necesario utilizar únicamente circuitos integrados de la serie KR1554, cuyas corrientes de salida pueden alcanzar los 24 mA. En los circuitos de generadores de pulsos rectangulares en lugar de KR1564LA3 (74HC00N), también puede usar KR1564TL3 (74HC132N), que contiene cuatro disparadores Schmitt. Esta opción es la más preferible para los dispositivos que funcionan con baterías, para aumentar su eficiencia al reducir significativamente las corrientes cuando se conmutan elementos lógicos. Debido a la alta capacidad de carga de los microcircuitos CMOS de las series KR1564 y KR1554, es posible combinar chips de la serie CMOS (KR1564, KR1554, KR1594) y TTLSH (KR1533, K555) e incluso TTL (K155) en un solo dispositivo. Solo los microcircuitos de las series K561 y KR1561 no son aplicables en dispositivos cuya capacidad de carga no supere 1 mA, incluso para dispositivos de la serie CD40xxBN. Por ejemplo, en lugar de DD1 (KR1564LA3), su análogo TTLSH completamente funcional del tipo KR1533LA3 puede funcionar. Dado que las corrientes de entrada de los microcircuitos de la serie TTLS son mucho más altas que los valores correspondientes para los microcircuitos CMOS, es necesario instalar una resistencia de ajuste (R2) con una resistencia de 1 kOhm y reemplazar las constantes (R1 y R3 ) con puentes. En este caso, el condensador no polar C1 se reemplaza por una capacidad de óxido de hasta 100 μF para mantener la constante de tiempo del generador. Cuando se alimentan dispositivos de elementos de baja potencia con un voltaje total de 3 V, se debe excluir el estabilizador integral y el diodo protector, y los LED se deben seleccionar con el voltaje de funcionamiento más bajo posible del brillo. Al usar el generador de chips KR1564TL3 (74HC132N) en el sitio, la duración de la batería será suficiente para varios meses de operación continua. Los dispositivos ensamblados a partir de piezas reparables y sin errores no necesitan ser ajustados y funcionan inmediatamente cuando se encienden. Literatura.
Autor: Odinets A.L.
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