Как-то в одной самоделке захотелось внедрить индикатор положения крутилки на светодиодах, где-то видел такое в интернетах, очень понравилось. И это был тот самый момент, когда LM3914 в магазин за углом не подвезли.
Так как руки уже зачесались, отступать было нельзя! Самым простым решением задачи было бы повторить внутреннюю структуру LM3914 и собрать индикатор уровня на кучке компараторов. Но это не интересно!
Выходы LM3914 имеют встроенные стабилизаторы тока. Соответственно по выходу компараторов необходимо было бы еще добавить токоограничивающие резисторы, чтоб не жечь светодиоды и выходы микросхем. Мне жизненно было необходимо иметь шкалу на 14 делений. Следовательно понадобилось бы 14 компараторов, 14 светодиодов, 14 резисторов для ограничения тока и 15 резисторов для опорного делителя напряжения (примерно так, может еще что не учел). Уже немало деталей получается против всего двух микросхем LM3914. И даже если брать счетверенные компараторы, то все равно выходит 4 микросхемы! А раз уж такая пьянка получается по предварительным расчетам получается приличное количество компонентов, решил пойти не совсем стандартным путем.
По количеству компонентов данная схема не превышает возможное решение на компараторах, те же 4 микросхемы и три десятка резисторов. Но схема получилась интереснее и я получил больше удовольствия от процесса проектирования.
Постараюсь кратко описать основной принцип работы схемы. Светодиодная шкала на выходах сдвиговых регистров U2U3 под воздействием стробирующих импульсов от генератора U1 на NE555 последовательно заполняется "единицами", т.к. вход данных регистра подключен к плюсу питания. Это происходит до тех пор, пока напряжение DAC суммирующего ЦАПа на резисторах R18-R33 не превысит напряжение Setting на выходе переменного резистора RV1. В этот момент сигнал Compare на выходе компаратора U4 сбрасывает выходы сдвигового регистра. После чего схема начинает работать сначала. За счет высокой скорости работы схемы создается оптическая иллюзия того, что светодиоды светятся непрерывно (стробоскопический эффект). Работу схемы поясняет график на рисунке ниже.
По-хорошему, номиналы токоограничивающих резисторов для светодиодов надо было бы линейно уменьшать по мере увеличения их позиции. Но я не стал этого делать. За счет чего получился интересный визуальный эффект: светодиоды плавно разгораются по мере вращения резистора. Получилось как-то очень лампово по аналоговому. Как говориться: это не баг, а фича.
Есть еще один способ как выровнять яркость светодиодов. Нужно добавить паузу в конце каждого цикла измерения.
P.S. Не спрашивайте меня, зачем я это делаю. Каждый организует свой досуг по-своему, кто-то в шахматы играет, а кто-то занимается схемотехникой.
Комментарии (70)
Jaifabek
13.10.2022 06:48Осталось чтобы сзади также потухали светодиоды.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 06:49Не совсем понятно, что значит "сзади"?
Yuriy_krd
13.10.2022 09:07+1Скорее всего, он имеет ввиду, чтобы одновременно горело 1(2 или 3) светодиод, будто перемещается указатель на ручке.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 09:24Странный эффект для шкалы
VT100
13.10.2022 10:09ЕМНИП, у LM319x был и такой вариант.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 10:20+1Они могут работать в режиме "столбик" или "точка", других эффектов там вроде нет...
YegorP
13.10.2022 10:29+3Точку и предлагается реализовать, как я понял.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 10:47Динамически в процессе работы моей схемы это будет непросто реализовать. Но если нужна точка постоянно, то это совсем просто реализовать. Катоды светодиодов с земли надо перекинуть на следующий выход сдвигового регистра.
chapai22
13.10.2022 07:08если речь про аудио - то динамическая индикация - плохая идея в части помех. статичные на сдвиговых регистрах, и подсветка только нужного - куда лучший выбор. DAC + ROM или линейный индикатор на LM3914. Но конечно не так весело.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 07:31+1Не, ни каких ардуин! Lm3914 только в dip продают, под неё ещё и дырки надо сверлить, я лучше два десятка чип резисторов припаяю.
chapai22
13.10.2022 12:01+1есть и в plcc или вроде того. и чистый незамутненный аналог. Да оно еще и точкой умеет - если шкала не функциональна то много светодиодов визуально перегруз.
есть конечно и вообще драйверы светодиодов, но то отдельно и все же шим килогерц на 30.OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 13:00С LM3914 я хорошо знаком, уже скучно на ней что-то делать. Переделать мою схему так, чтоб она показывала точку вместо столбика не трудно, но столбик в данном случае мне больше нравится. Я схему и так наворотил, поэтому драйверы даже не рассматривал. И задача была обойтись без экзотике, только стандартные вентили.
engine9
13.10.2022 13:02У вас когда-нибудь встречался брак у этих микрух? А то я купил одну для тестов и она работает неадекватно (светодиоды светятся все сразу и с разной яркостью, режим линия\точка ничего не переключает). Я уже неоднократно перепроверял монтаж и детали, но не обнаружил проблемы.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 13:43+1Не сталкивался с браком. Описанные глюки очень похожи на ошибку подключения внутреннего стабилизатора.
jar_ohty
13.10.2022 14:06+1Микросхема очень к наводкам чувствительна, порой при неудачном монтаже возбуждается. При этом такая картина и наблюдается.
chapai22
14.10.2022 08:24У вас когда-нибудь встречался брак у этих микрух?
возможно китайские копии. вот те что на али килограмм на доллар. у них большой разброс и брак.
OldFashionedEngineer Автор
14.10.2022 09:37Кстати да, я впринципе стараюсь на алике радиокомпоненты не покупать. У них частая практика, к примеру, продавать перемаркированные полевики. А ты потом удивляся, почему они горят.
chapai22
14.10.2022 10:39+1помимо перемаркировок для многих микросхем обычная практика деланья функциональных аналогов - лицензионных, вполне возможно, или просто воссоздания схожего функционала. У китая полным полно подобных дубликатов американских и японских микросхем. .
И делаются они по самым дешевым технологиям и контролем качества (или вообще без него), плюс самая дешевая упаковка. как то работает но не всегда или странно..
VT100
13.10.2022 10:05Как сказать… У Штудера провод на двигатель приёмного узла (ШИМ, около 200 кГц) лежит в одном лотке с сигнальными шлейфами.
В данном случае, может быть, — достаточно поднять тактовую частоту до дескольких десятков кГц.OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 10:23Мне 5кГц хватило. частота индикации получается не меньше 50Гц. Остальная часть схемы, в которой это применялось, к таким частотам не чувствительна.
chapai22
13.10.2022 11:56это в каком штудере? в моем А807 не лежит. При том, что моторы кормятся почти синусом и экранированы по самые помидоры.
понятно что от экранировки зависит но если общая плата - то фонить будет. А если мегагерцы -то ловить будет все кругом. По идее все можно побороть - но не простым увеличением частоты.VT100
13.10.2022 12:13A810. Но там, ЕМНИП, на всех входах дополнительные фильтры дряни с частотой выше 20 кГц.
Хотя, я подробно не разбирался, что там за шлейфы. Для красоты переложил этот провод на другую сторону станины. Там где подкатушечники и механика тормозов.
nixtonixto
13.10.2022 07:51+1Компаратор можно взять сдвоенный типа LM393 и на втором канале собрать генератор. Минус один корпус.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 09:37Не могу согласиться. У меня в схеме компаратор в SOT23. Я этот корпус с точки зрения площади на плате все таки больше к пассивным отношу. Если делать генератор на компараторе, то в обвесе будет 6 или 7 пассивных компонентов. Получается фактически тоже самое. Но на 555 мне генераторы больше нравятся.
VT100
13.10.2022 10:074-5. То на то и выйдет.
VT100
13.10.2022 12:20Погорячился. Не выходит.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 13:01Я правильно понял, что это про количество компонентов для реализации генератора на компараторе?
VT100
13.10.2022 13:48Да.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 14:00+1Обычно сбивает с мысли то, что типовая схема изображается относительно двуполярного питания. А в однополярном питании нужно еще среднюю точку делать.
hssergey
13.10.2022 08:02+3Когда-то делал светодиодные индикаторы уровня воспроизведения, сначала использовал по 2 транзистора на каждый светодиод, все работало, но плата получалась весьма значительных размеров. А потом сделал еще проще - взял микросхему К155ЛН1 - 6 инверторов, и на входе делители напряжения, чтобы выставить порог срабатывания каждого инвертора. То есть фактически воспроизвел схему LM3914, только инверторы в качестве компараторов. Ну и слабый сигнал нужно было предварительно усилить, чтобы его размаха хватало на зажигание всех светодиодов в пике.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 10:18Если я правильно понимаю, то инверторы в этом случае выполняют свою основную функцию. Сравнивать их с компараторами скорее всего не совсем корректно. К155ЛН1 содержит 6 инверторов. Мне надо 14 линий - это 3 здоровенные микросхемы получается. Еще нужен либо усилитель для слабых сигналов, либо буфер для согласования выхода переменного резистора с опорным делителем. Также на каждый светодиод по резистору. Также нужен делитель напряжения на резисторах. Конечно отсутствие динамики в индикации это плюс. Но в итоге у меня получилось примерно тоже самое по объему схемы. Похоже судьбу не обмануть... LM3914 оптимальнее использовать.
jar_ohty
13.10.2022 14:13С ТТЛ такой номер проходит, а вот на КМОП категорически нельзя подавать напряжение посередине между логическими уровнями. Она не переключается "щелчком", и при зависании между нулем и единицей в выходном каскаде логического элемента течет сквозной ток, способный при неудачном стечении обстоятельств вывести из строя микросхему - особенно это касается современных HCMOS. Исключение - триггеры Шмитта.
fk0
15.10.2022 17:08Не со всяким КМОП. Были с буферным усилителем, то ли 561ЛН1, то ли ЛН2. Вроде последняя.
VT100
15.10.2022 18:46Со всякими, в той или иной мере.
Просто тормозная, имеющая большее сопротивление каналов, серия 4000 даже за большое время не выделит тепла, достаточного для собственной прожарки.
А скорострельная 74AC — может успеть.
Буфера — это другое. Это большая стабильность порогов переключения и их независимость от соседних входов для многовходовых элементов.
OldFashionedEngineer Автор
15.10.2022 22:41Посмотрите старые журналы "радио", там есть схемы усилителей на кмоп логике. Вводится отрицательная обратная связь, как для ОУ.
sepuka
13.10.2022 09:59+3Возможно я чего-то не понимаю, но десяток LM3914 на ali стоит $2,62 + $0.72 доставка. Т.е. $0.334 за штуку. Типичное время доставки сейчас 18-27 дней. Один корпус, два резистора, один конденсатор на питание, остальное светодиоды. Платы же всё равно из Китая едут ровно то же самое время. А из Китая, потому что надо 4 слоя, на двух слоях, даже если с другой стороны всё залито землёй, получается станция постановки помех окружающим приборам в комнате. Помехе глубоко всё равно, что частота переключений низкая, она зависит от скорости нарастания фронта сигнала и расстояния до общего земляного слоя.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 10:27+1Остальная часть схемы, в которой это применялось, к таким частотам не чувствительна. И мощность индикатора очень низкая. По сути ни чему это не мешает. По крайней мере не больше, чем всякие зарядки от сотовых телефонов.
Ключевой вопрос, что с али до месяца идет. А вдохновение приходит как правило именно здесь и сейчас. К тому времени, как с алика пришли бы микросхемы, я мог остыть к этой теме.
jar_ohty
13.10.2022 12:13+1Вместо ЦАПа с кучей резисторов можно было бы сделать интегратор, на который подавать тактовые импульсы с 555. Причем, если тактовый генератор сделать со схеме https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=615843 , можно регулировать чувствительность, не меняя тактовой частоты.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 13:07Я рассматривал подобный вариант. Можно сделать автоколебательный ГЛИН на 555, и сравнивать напряжение с пилой. Но возникает проблема синхронизации длительности пилообразного импульса с заполнением сдвигового регистра. А хотелось получить схему, которая работает сразу без настройки. К тому же ступенчато-нарастающее напряжение с помощью цифрового счетчика получить проще, необходимость стабилизации напряжения питания практически отсутствует.
jar_ohty
13.10.2022 16:46Я и предлагаю подавать на интегратор импульсы, чтобы на каждом импульсе получалась ступенька определенной высоты. А регулируя длительность импульса, мы в конечном счете определяем ее высоту, то есть цену деления шкалы. Все же, на мой взгляд, удобно, когда ее можно регулировать.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 17:04В моем случае наоборот. В меня в схеме посчитано так, чтоб регулировать много не надо было
beeptec
13.10.2022 13:04+1Нечто аналогичное, но аналоовое делал лет 7 назад, индикатор несет на себе функцию тонкой калибрации по напряжению, таким образом цифири можно просто взять и подсветить в любом промежутке от 0 до 12V.
mikkrob
13.10.2022 16:14+1Очень креативный подход, но... Но очень много но. Например, 555 на TTL логике внесет заметные помехи по питанию. На CMOS будет лучше (LMC555 от TI, например), но у Вас не указано в схеме какой именно вриант 555го Вы используете, и, скорее всего, это TTL. Вся цепь будет генерить огромное количество разнообразных помех на всевозможных частотах.
Ну и в целом неоправданно усложнено (в плане принципа работы). Плоучается, что несколько светодиодов превратились в источник проблем на ровном месте. Это как чесать левое ухо правой ногой. Возможно, забавно, но неудобно и можно что-нибудь себе повредить в процессе.
Однако, для хобби и по принципу "собрать из того что есть под рукой" хорошо придумано. Ну и классно смотрится эффект разограния светодиодов. Очень прям понравилось :)
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 16:21+3По тексту написано, что ne555 биполярный использован, кмос вариант был, но закончились. Я ж написал, что это для меня вместо шахмат. Делаю так просто потому, что могу. Надо же что-то делать, а то от новостей по телеку крыша едет.
По помезам все на самом деле не так и страшно. Эта хрень нормально сочетается с усилителем термопары. Правда и усилитель на 358... смещение по входу сразу +20 градусов прибавляет.
Но цель то в том, чтоб привлечь внимание к схемотехнике.
fk0
15.10.2022 17:06+1Следуя такой логике, цифровые ИМС из-за "огромных помех по питанию" вообще не следует применять. Логика, очевидно, ошибочная. Если у кого-то там помехи по-питанию, то значит это самое питание сделано как-то неправильно и почему-то используются схемотехнические решения чувствительные к таким "помехам" -- вот в последних скорей и проблема.
OldFashionedEngineer Автор
15.10.2022 23:03На практике обычно все просто. На печатной плате суешь конденсаторыпо питанию на 0.1мкф в каждом свободном месте печатной платы, и ни каких помех по цифре нет.
ENGIN33RRR
13.10.2022 20:48Эх, аттини 13 и 2 регистра решили бы проблему. по размеру это не сильно больше самого резистора. Да и сам резистор на энкодер заменить.
OldFashionedEngineer Автор
13.10.2022 20:50Не очень люблю энкодеры. Если один параметр контролировать, то лучше уж резистор. Да и с микроконтроллером сейчас каждый может)))
fk0
15.10.2022 17:03+1Для программирования ATTINY нужны:
1) программист -- 1шт. которому зарплату платить
2) программатор -- 2шт. и много мороки на производстве с программированием.
OldFashionedEngineer Автор
15.10.2022 22:44Да, иногда проще впаять пару лишних деталей, чем контроллер шить. Но бывает конечно и наоборот.
fk0
15.10.2022 17:01Почему нельзя было сделать на пик-контроллере, или другом подходящем? С динамической индикацией и ОДНИМ резистором.
Если без контроллера, то наверное самое простое всё же ПЗУ/ПЛМ. Если и без последних, то счётчик Джонсона с обратной связью: сбрасываемый когда вес сигнала с очередной позиции превышает некое значение уставки задаваемой переменным резистором. Там либо цап на резисторах и компаратор. Либо без резисторов, если примем, что шкала логарифмическая (2^N). Тогда в каждом такте напряжение суммируется или делится на паре конденсаторов, по принципу работы ЦАП на переключаемых конденсаторах. Ну и потом компаратор само собой.
Хотя у автора так почти и сделано, только вместо счётчика джонсона -- сдвиговый регистр. Только вот я не понимаю, почему с каждым светодиодом связан отдельный резистор. Если на выходе единичка бегает, и горит в каждый момент времени один диод, то достаточно и одного резистора. У него не одна единичка, а выход заполняется всё большим числом единичек? Вот в этом-то и проблема! С сдвиговым регистром так наверное сложно сделать (чтоб в первый раз была единичка, а потом нолик на последовательном входе. Можно, если дополнительный триггер добавить. Но это ещё одна микросхема. А для счётчика джонсона можно пожертвовать младшим разрядом. Впрочем микросхему типа 561ИЕ8 сейчас хрен купишь...
fk0
15.10.2022 17:13Можно сделать генератор на одном элементе 1533ТМ2, например, а на втором как раз генерировать нолик/единичку для сдвигового регистра.
OldFashionedEngineer Автор
15.10.2022 22:48Генератор на д-трингере посчитать сложнее, чем на 555. Частота генератора сильно зависит от того, кто когда микросхему произвёл, т.к. у кмоп логические уровни отличаются между микросхемами. На тригнере параметры схемы надо подбирать для нужной частоты, а это дополнительные операции. На 555 проще.
OldFashionedEngineer Автор
15.10.2022 22:52Счётчик Джонсона, на сколько я помню, это циклический счётчик. Я, в общем-то, циклический счётчик и сделал. Резисторы на каждый светодиод нужны, т.к. регистр заполняется единицами, и светодиоды загораются столбиком.
OldFashionedEngineer Автор
15.10.2022 23:06Почему не на пике или другом контроллере? Да просто захотелось без МК. На МК можно и черта лысого слепить. Иногда хочется мозг размять
CppBaddy
Креативно подошел. Но на Attiny24 + 4 резистора получится проще. Динамическая индикация до 16 сегментов (4х4) и один канал АЦП.
OldFashionedEngineer Автор
На микроконтроллере скучно. А так больше канифоли вынюхал.
sepulkary
Зато на МК можно сделать плавное увеличение и уменьшение яркости, мигание шкалой при перегрузке, медленное мигание младшим светодиодом в отсутствие сигнала, анимацию при включении, Wi-Fi, GPS, интеграцию с облачными серверами :) Но, конечно, в "железных" схемах есть своя прелесть.
OldFashionedEngineer Автор
А зачем мне все это, если нужно только отображать положение крутилки?
Z2K
Секса нет, зато в советском киноматографе (кинотеатре) плавно гаснет свет. :)
OldFashionedEngineer Автор
Тут уже у каждого свои предпочтения, мне что по жёстче нравится. Я жесткую логику имею ввиду.
Didimus
И подписку. Нынче модно
OldFashionedEngineer Автор
На новых бмв и то, некоторые опции только по подписке доступны)))
hogstaberg
Скучно, зато технологично.
OldFashionedEngineer Автор
Хобби точно должно быть технологичным? Технологичнее было готовое на алике купить. Но что тогда, канифоль впустую паяльником жечь?!