Există multe circuite și kituri de pe piață care pot produce flash-uri oricărui număr de lumini, periodic, aleatoriu sau secvențial, dar CMOS 4017B Johnson Counter este un foarte versatil IC, pe care hobbyist-ul sau studentul îl poate utiliza pentru a produce o simplă secvență de lumini de Crăciun, pentru a fi utilizat într-o varietate de afișaje diferite de iluminare sezonieră.

Modelul 4017B este un contor de decade Johnson cu 5 etaje de comutare rapidă, complet, cu zece ieșiri complet decodate (realizând un total de 10 surse individuale de lumină). Aceste zece ieșiri comută secvențial câte una la sosirea fiecărui nou front pozitiv al impulsului de tact. Numai o singură ieșire este la "1" logic sau "HIGH" în orice moment, în timp ce toate celelalte sunt la "0" logic sau "LOW", astfel încât poate produce o secvență în mișcare sau efect de chaser, Afișaj LED sau iluminat pentru un proiect de lămpi de Crăciun.

4017B este în esență un registru de deplasare circulară, în care ieșirile sale seriale sunt conectate înapoi la intrările sale seriale pentru a produce o secvență specială. Contorul 4017B Johnson poate fi de asemenea utilizat în aplicații de divizare a frecvențelor, precum și în aplicații de afișare decodată sau contor decadic.

4017B este clasificat ca numărător deoarece prezintă o secvență specificată de stări la aplicarea unui semnal sau impuls de tact. Deoarece 4017B este folosit ca un contor sincron, acțiunea de comutare a tuturor flip-flop-urilor interne este din semnalul de tact comun, așa cum este arătat.

Contorul decadic Johnson 4017B

Semnal de sincronizare al secvențiatorului

Dar înainte de a putea folosi contorul Johnson 4017B ca parte a circuitului nostru de secvențe de lumini de Crăciun, trebuie să producem un semnal de sincronizare. Există multe moduri diferite de a produce un semnal de sincronizare sau de tact utilizând IC-uri dedicate, cum ar fi circuitele NE555 sau multivibrator astabil discret folosind tranzistoare sau oscilatoare cu cristal. Lista este fără sfârșit. Dar un mod foarte simplu și eficient de a produce un semnal undă pătrată de sincronizare cu minimum de componente este prin utilizarea unui inversor trigger-Schmitt.

Trigger-Schmitt, numit după inventatorul său, este un dispozitiv cu două stări, sensibil la nivel de tensiune, sub forma unui inversor sau poartă-NOT. Avantajul utilizării unui trigger-Schmitt pentru a produce un semnal de sincronizare variabil de undă pătrată este acela că utilizează un circuit de prag special care produce histerezis, care împiedică comutarea eronată prin "rezolvarea" tensiunii de declanșare, deoarece comută între stări. Aceasta permite o comutare sigură între "HIGH" și "LOW" sau "0" logic și "1" logic, ceea ce îl face ideal ca semnale de sincronizare de undă pătrată pentru proiectul nostru de secvențiere a luminilor de Crăciun.

Considerați inversorul Schmitt așa cum este arătat. Când poziția cursorului de potențiometru se află în partea de jos a diagramei, tensiunea de intrare la inversorul Schmitt este mică, reprezentând un nivel logic "0" și sub pragul de intrare inferior al porții logice. Deoarece trigger-Schmitt este un inversor, ieșirea rezultată va fi, prin urmare, High, la un nivel logic "1".

Pe măsură ce cursorul potențiometrului este deplasat spre + 5V, apare un punct în care tensiunea la Vi este egală sau mai mare decât intrarea de prag superior sau punct de declanșare superior (VHTP), determinând schimbarea de stare a trigger-Schmitt. Există acum o situație în care intrarea este la nivel logic "1", iar ieșirea este la nivel logic "0". Deci trigger-Schmitt acționează ca inversor sau poartă NOT.

De asemenea, dacă poziția cursorului potențiometrului este la + 5V și este coborâtă spre 0V, apare un punct în care tensiunea la Vi este egală sau mai mică decât pragul de intrare inferior sau punct de declanșare inferior (VLTP) care determină inversorul Schmitt să schimbe starea încă odată.

Atunci, schimbând valoarea tensiunii pe intrarea inversorului Schmitt între punctele de declanșare superior și inferior ale pragului, putem provoca schimbarea stării de ieșire și aceasta este ideea de bază care stă la baza circuitului oscilator astabil Schmitt. Prin înlocuirea potențiometrului cu un circuit RC (Rezistor-Condensator), după cum se arată, putem încărca și descărca condensatorul prin inversorul Schmitt.

Generatorul de undă astabil Schmitt

Presupunând că condensatorul de temporizare CT este complet descărcat și intrarea în trigger-Schmitt este la "0" logic, prin urmare, ieșirea lui este la "1" logic, condensatorul începe să se încarce exponențial prin rezistorul de temporizare RT de la dreapta la stânga. Viteza cu care se încarcă condensatorul va depinde de constanta lor de timp RC.

La un moment dat, tensiunea pe plăcile condensatoarelor va atinge pragul mai mare al trigger-Schmitt, determinând ieșirea să treacă de la "1" logic la "0" logic. Deoarece ieșirea de la trigger-Schmitt este în mod efectiv la un potențial de 0 V, condensatorul începe să se descarce înapoi prin rezistorul de temporizare RT, de la stânga la dreapta, cu o viteză determinată de constanta lor de timp RC.

Atunci când tensiunea pe plăcile condensatorului de descărcare atinge pragul inferior al trigger-Schmitt, acesta produce modificarea stării și repetarea întregului proces.

În general, punctul de prag mai ridicat VHTP apare în mod obișnuit în jurul valorii de 65% (2/3) a tensiunii de alimentare, în timp ce pragul inferior apare în jurul a 35% (1/3) din tensiunea de alimentare. Orice inversor trigger-Schmitt, cum ar fi 4106, 4584, 74LS14 , 74LS19, etc, poate fi utilizat pentru a genera un semnal de sincronizare sau chiar porți NAND Schmitt, cum ar fi 4093, 74LS132 etc.

Totuși, folosirea unor familii logice diferite, fie CMOS, fie TTL (74LSxx, 74HLSxx, 74HCTxx) va duce la diferite puncte de declanșare superioare și inferioare, rezultând frecvențe de funcționare și rapoarte mark-to-space diferite ale formei de undă de sincronizare de ieșire. În general, eroarea în frecvența de oscilație pentru diferite sub-familii logice nu este o problemă, mai ales la frecvențe mai mari, dar poate fi oriunde de la 1,2 RC la 1,5 RC cu formula generalizată pentru un generator de undă astabilă Schmitt dată de,

Frecvența formei de undă Schmitt

unde: Beta (β) poate fi orice valoare fixă ​​între 1,2 și 1,5 în funcție de familia de porți logice utilizate.

Dacă înlocuim rezistorul de temporizare fix RT cu un potențiometru, poate fi produs un semnal de sincronizare undă pătrată cu frecvență variabilă pentru circuitul de secvențiere a luminilor de Crăciun. Evident, nu dorim ca valoarea rezistenței de temporizare să fie egală cu zero când potențiometrul este rotit complet într-o direcție, deoarece acest lucru ar scurtcircuita inversorul Schmitt. Deci, pentru a împiedica acest lucru să se întâmple, o rezistență fixă de valoare mică ​​trebuie să fie conectată în serie cu potențiometru pentru a oferi cel puțin o anumită rezistență de temporizare.

Componentele rețelei RC de sincronizare utilizate într-un secvențiator de lumini de Crăciun pot fi orice valori pe care le aveți disponibile pentru a produce frecvența de oscilație aleasă de dvs. Următorul circuit astabil Schmitt ar da o gamă de frecvență de ieșire variind de la aproximativ 10 Hz la 6 kHz când potențiometrul este ajustat de la minim la maxim. Un inversor suplimentar trigger-Schmitt IC1b este folosit ca un tampon de inversare pentru a ajuta la curățarea formei de undă de sincronizare și la îmbunătățirea performanței oscilatorului. Deoarece există șase invertoare pe 40106B IC, există suficiente rezerve.

Generatorul formei de undă secvențiale pentru lumini de Crăciun

Ok, acum avem un contor decadic și un circuit oscilator cu formă de undă astabilă, avem acum nevoie de niște lumini pentru a face noul nostru circuit de secvențiere a luminilor de Crăciun. Acestea pot fi orice tip de lămpi sau lumini pe care le aveți la dispoziție de la LED-uri la lămpi cu filament miniatural. Dacă v-ați dorit astfel, ieșirea de la contor ar putea fi folosită pentru a comanda optocuplor, care la rândul său, ar putea fi utilizat pentru a comuta triacuri sau tiristoare pentru comanda lămpilor de tensiune de rețea. Pentru acest tutorial, secvențial de lumini simplu de Crăciun, vom folosi LED-uri.

Contorul de decadă 4017B are zece ieșiri complet decodate, fiecare dintre acestea putând comuta până la 20mA. Fiecare dintre ieșirile decodificate este în mod normal LOW ("0" logic) și comută HIGH ("1" logic) unul câte unul succesiv. Avantajul este că putem utiliza fiecare ieșire pentru a comanda un singur LED direct, și mai bine încă, deoarece doar un singur LED este aprins în orice moment, este necesar doar un singur rezistor de limitare a curentului pentru toate cele 10 LED-uri, după cum se arată.

Generatorul formei de undă, secvențiator pentru lumini complet

Obiectul acestui scurt tutorial a fost acela de a arăta că un 4017 Johnson Decade Counter poate fi folosit pentru a produce un Circuit de secvențiere pentru luminile de Crăciun sau orice alt tip de afișare a LED-urilor cu secvențe în mișcare. De asemenea, este posibil să creați un număr de efecte diferite legate de luminile intermitente, nu doar pentru Crăciun, în funcție de modul în care aranjați fizic LED-urile (sau lămpile) și numărul pe care îl utilizați.

Capacitățile de comutare a sarcinii circuitelor pot fi extinse în continuare prin utilizarea tranzistoarelor bipolare, darlington sau MOSFET pentru a acționa afișaje cu LED-uri mai mari sau iluminare prin intermediul releelor, opto-cuploarelor și releelor ​​solid-state, alegerea depinde total de dvs. Dar un punct de siguranță final și important de luat în considerare este faptul că trebuie acordată o atenție deosebită în cazul în care comutați și lucrați cu tensiunile de rețea, nu uitați, tensiunile de rețea mușcă!, așa că vă rugăm să aveți grijă.