Андрей Смирнов
Время чтения: ~6 мин.
Просмотров: 0

Бегущие огни на светодиодах

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 бегущих огней и принцип её работы

Создаваемая схема бегущих огней на светодиодах базируется на размещении микроконтроллера в центре. Все его порты вывода соединяются со светодиодами:

  • порт B или PB0-PB7 используется полностью для контроля над свечением;
  • максимально задействованы три вывода от порта D (PD4-PD6);
  • также работают PA0 и PA1, поскольку они свободны за счет реализуемого внутреннего генератора.

Вывод №1 – PA2 или Reset – не является активным звеном схемы, поэтому резистором R1 подсоединяется к цепи питания ATtiny2313. Плюсовая часть питания 5 В идет к выводу №20 – VCC, а минусовая  — №10 (GND). Полярный конденсатор C1 устанавливается для предотвращения сбоев и гашения помех в работе МК.

Подходят, как классические smd3258, так и led’ы повышенной яркости в DIP корпусе. Суммарно их должно быть 13 штук. Функция ограничения тока возлагается на резисторы R6-R18.

Работа схемы контролируется посредством посредством переключателя SA1, кнопок SB1-SB3 и цифровых входов PD0-PD3, которые подключаются через резисторы R2, R3, R6 и R7. Такая конструкция позволяет включать мигание светодиодов в 11 различных режимов, задавая конкретную программу кнопкой SB3. А с помощью переключателя SA1 изменяется скорость мигания. Для этого:

  1. SA1 переводится в замкнутое положение.
  2. Скорость изменяется кнопками SB1 (ускорение) и SB2 (замедление).

Обратите внимание, что при размыкании переключателя данными кнопками меняется яркость свечения светодиодов от еле заметного мерцания до максимальной мощности

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=(Uпит-ULED)/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.

https://youtube.com/watch?v=rCA8XBqbGQc

Область применения

Моргающие светодиодные источники света, оснащенные стандартным генератором встроенного типа, находят широкое применение в новогодних гирляндах.

Именно последовательная сборка таких изделий, дополненная установленным резистором, имеющим незначительное отличие по номинальным показателям, позволяет добиться сдвига в процессе мигания отдельных элементов электронной цепи.

Итогом такой сборки является оригинальный световой эффект, который совсем не нуждается в добавлении слишком сложного блока для управления. Чаще всего новогодняя гирлянда подключается посредством обычного диодного моста.

Мигающие диодные токоуправляемые световые излучатели востребованы в самых различных современных бытовых приборах и электротехнике, где играют роль стандартных индикаторов. При этом такие индикаторные огоньки сигнализируют об определенном состоянии прибора или уровне заряда. На основе моргающих диодов осуществляется сборка электронных табло, разных рекламных вывесок, всевозможных детских игрушек и очень многих других товаров.

Моргающие диоды прекрасно подходят для создания огромного количества интересных и необычных световых эффектов, включая «бегущую волну».

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.

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.

Заключение

Имея хотя бы небольшой опыт электромонтажных работ, пользуясь приведенными в статье схемами, можно самостоятельно оттюнинговать свой автомобиль, сделав бегущий огонь на светодиодах для стоп-сигнала. Если для реализации бегущих огней своими руками не достаточно опыта и знаний, можно купить заводские стоп-сигналы с такой функцией. В таких устройствах реализовано больше функций.

В зависимости от алгоритма бегущие светодиоды могут гореть при аварийной остановке, во время торможения, если водитель дает задний ход и др. Для установки заводских стоп-сигналов не нужно специальных знаков, поэтому с их монтажом справится даже начинающий водитель.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации