Ta strona używa ciasteczek (plików cookies), dzięki którym może działać lepiej. Dowiedz się więcejRozumiem i akceptuję

Technika cyfrowa – #5 – syrena alarmowa, efekt świetlny

Elektronika 01.11.2016 Futrzaczek

kurstc_miniaturka_5Podczas czwartej części kursu techniki cyfrowej udowodniliśmy, że bramki logiczne można zaprząc do wytwarzania sygnału np. prostokątnego.

Oczywiście wcześniej pokazane rozwiązanie było bardzo prostą implementacją generatora. Podczas tego odcinka kursu zajmiemy się zdecydowanie bardziej rozbudowanymi przykładami.

Nawigacja serii artykułów:
« poprzednia częśćnastępna część »

Kup zestaw elementów i zacznij naukę w praktyce! Przejdź do strony dystrybutora »

Poprzednio opisywany układ generował sygnał, którego parametry nie zmieniały się w czasie. Jeśli pójdziemy o krok dalej i połączymy kilka generatorów, to możemy uzyskać ciekawsze efekty.

Sterownik syreny – modulacja częstotliwości

Poprzednio został pokazany projekt bardzo prostego sterownika przetwornika piezoelektrycznego. Jego zadaniem było generowanie dźwięku o stałej częstotliwości. Taki układ może się nadawać jako sygnalizator, lecz posiada wadę: ucho ludzkie szybko przyzwyczaja się do monotonnego dźwięku. Warto byłoby go więc urozmaicić!

Jednym z często spotykanych rozwiązań jest cykliczne przestrajanie częstotliwości. Dzięki temu, w generowanym sygnale nie będzie momentów ciszy, a zarazem cały czas będą w nim zachodziły słyszalne zmiany.

kurstc_5_1_przebieg_zmodulowany

Przykład cyklicznych zmian częstotliwości sygnału w czasie.

Do realizacji takiego zadania przydadzą się dwa generatory: pierwszy będzie wytwarzał sygnał akustyczny, a rolą drugiego będzie cykliczne przestrajanie pierwszego.

Zestaw elementów do przeprowadzenia wszystkich ćwiczeń

Gwarancja pomocy na forum dla osób, które kupią poniższy zestaw!

Części pozwalające wykonać ćwiczenia z kursu techniki cyfrowej dostępne są w formie gotowych zestawów! W komplecie m.in. niezbędne układy scalone CMOS, przewody połączeniowe, diody, buzzer, kontaktron, wyświetlacz 7-segmentowy oraz znacznie więcej!


Kup w Botlandzie »

Poniżej widoczny jest schemat nowej wersji syreny:

Schemat ideowy sterownika syreny

Schemat ideowy sterownika syreny.

Części potrzebne do budowy tego układu:

  • płytka stykowa,
  • przewody połączeniowe,
  • koszyk baterii 4xAA z bateriami,
  • układ scalony CD4069,
  • sygnalizator piezo,
  • tranzystor BC546,
  • kondensator 100nF,
  • dwa kondensatory 10nF,
  • kondensator 1µF,
  • cztery rezystory 10kΩ,
  • rezystor 3,3kΩ,
  • rezystor 100kΩ.

Tak może wyglądać on po złożeniu na płytce stykowej:

Realizacja sterownika buzzera z modulacją częstotliwości.

Realizacja sterownika buzzera z modulacją częstotliwości.

Skąd bierze się modulacja częstotliwości?

Generator złożony z bramek US1A i US1B wytwarza sygnał o częstotliwości ok. 2,76kHz. Bramka US1C służy do zwiększenia napięcia sterującego przetwornikiem piezo. W tym układzie są dwa kondensatory ustalające częstotliwość. Głównym jest C1, a dodatkowym C2.

Drugi generator, oparty na US1D i US1E, wytwarza wolniejszy sygnał (około 4,5Hz).
Tym sygnałem jest zmieniana częstotliwość sygnału dźwiękowego.

Jak w praktyce działa taki mechanizm? Kondensator C1 powoduje, że układ wytwarza swój sygnał podstawowy, o wyższej częstotliwości. Dołączenie C2 zwiększa czas przeładowywania tych kondensatorów, więc wysokość dźwięku maleje.

Fragment układu dołączającego dodatkową pojemność.

Fragment układu dołączającego pojemność.

Dołączenie C2 odbywa się poprzez tranzystor T1: kiedy stan logiczny wyjścia US1D jest wysoki, tranzystor nasyca się i kondensator C2 zostaje dołączony do masy. Sumaryczna pojemność w generatorze dźwięku rośnie. Gdy na wyjściu US1D pojawi się 0, tranzystor zostaje zatkany i C2 zostaje odłączony od C1.

W tym układzie zachodzi modulacja częstotliwości: stan logiczny wolniejszego
generatora zostaje przełożony na zmiany częstotliwości szybszego.

Przebieg czasowy tego sygnału widoczny jest poniżej. Kolor niebieski to sygnał pobudzający blaszkę piezo, a kolor żółty to sygnał z wolniejszego generatora. Widać na nim, że zmianie poziomu logicznego towarzyszy zmiana szybkości przełączania. Kiedy kondensator C2 jest dołączony (wysoki stan logiczny na przebiegu żółtym), okresy rozciągają się w czasie.

Oscylogram napięć w układzie

Oscylogram napięć w układzie.

Efekt działania tego układu słychać na poniższym filmie:

„Boolowskie” światełka – zadanie dodatkowe

Poziomy napięć, które daje na swoim wyjściu dwubramkowy generator, są zgodne ze standardem CMOS. Można ich więc użyć do wysterowania kolejnych bramek logicznych. Dzięki temu, możliwości wytwarzania przeróżnych efektów znacznie się zwiększą! Tym razem postaramy się zbudować gadżet świetlny, który będzie migał 6 diodami.

Ponownie zostaną użyte dwa generatory, ale tym razem częstotliwości wytwarzanego sygnału będą się różniły około pięciokrotnie. Jeden z nich będzie wyraźnie szybszy od drugiego, ale nadal będzie możliwe rozróżnienie poszczególnych błysków wzrokiem.

Dwa sygnały prostokątne o różnej częstotliwości.

Dwa sygnały prostokątne o różnej częstotliwości.

Takie dwa sygnały można, między innymi:

  • pokazać wprost,
  • wykonać ich iloczyn logiczny (AND),
  • wykonać ich sumę logiczną (OR),
  • zanegować ich iloczyn (NAND) lub sumę (NOR).

Przyjmijmy, że dwie diody będą pokazywały stan wyjść generatorów. Trzecia dioda pokaże iloczyn, czwarta sumę. Jeszcze dwie będą wskazywały zanegowany stan trzeciej i czwartej.

Dzięki temu w jednym układzie połączymy wiedzę z wszystkich
poprzednich odcinków kursu techniki cyfrowej.

Jeżeli przyjmiemy, że GEN1 oraz GEN2, to wyjścia generatorów, a LED1-LED6 to diody, wtedy równania boolowskie wyglądałyby następująco:

  • LED1 = GEN1
  • LED2 = GEN2
  • LED3 = GEN1 · GEN2
  • LED4 = GEN1 + GEN2
  • LED5 = ~(GEN1 · GEN2)
  • LED6 = ~(GEN1 + GEN2)

Do tego układu potrzebne będą:

  • płytka stykowa,
  • przewody połączeniowe,
  • koszyk baterii 4xAA z bateriami,
  • układy scalone CD4069, CD4071, CD4081,
  • 3 kondensatory 100nF,
  • 2 kondensatory 1µF,
  • 2 rezystory 10kΩ,
  • 6 rezystorów 3,3kΩ,
  • 1 rezystor 100kΩ,
  • 1 rezystor 470kΩ.

Schemat ideowy tego układu jest już naprawdę mocno rozbudowany. Jednak oczywiście nie ma na nim nic trudnego – po prostu jest dużo bramek:

Schemat sterownika światełek

Schemat sterownika światełek

W związku ze stosunkowo sporym schematem zadanie to oznaczone zostało jako „dodatkowe”, bo nie każdy musi chcieć realizować tak duży obwód – jednak mocno do tego zachęcam!

Przykładowa realizacja układu może przebiegać następująco: zaczynamy tylko od układu z dwoma generatorami na bramkach NOT:

Dwa generatory na bramkach NOT.

Dwa generatory na bramkach NOT.

Następnie dodajemy część układu, która wykorzystuje bramki AND:

Dodanie bramek typu AND.

Dodanie bramek typu AND.

Cały czas trzeba pamiętać o nieużywanych wejściach.
Nie mogą one pozostać niepodłączone!

Na koniec pozostaje dodanie bramek typu OR:

Dodanie bramek typu OR.

Dodanie bramek typu OR.

Oczywiście część połączeń można zrobić prościej, niż na powyższych zdjęciach. Naszym celem było wykonanie takich połączeń, aby na zdjęciach nikt nie miał wątpliwości, co do poszczególnych sygnałów. Po uruchomieniu układu powinniśmy zaobserwować, pozornie chaotyczne, miganie diod. Wszystko opisują jednak nasze wcześniejsze równania zgodne z logiką Boole’a.

Podsumowanie

Używając generatorów, można w prosty sposób zbudować układy, które działają samodzielnie. Możliwości rosną, jeżeli dodatkowo zaprzęgnie się do pracy bramki logiczne. W następnej części omówimy, w jaki sposób są zbudowane i jak działają cyfrowe elementy pamiętające. Czyli będzie mowa o podstawowych komórkach pamięci, które można zbudować z funktorów logicznych.

Kup zestaw elementów i zacznij naukę w praktyce! Przejdź do strony dystrybutora »

Autor kursu: Michał Kurzela
Ilustracje: Piotr Adamczyk
Redakcja: Damian Szymański

Powiadomienia o nowych, darmowych artykułach!

Komentarze

daniel7745

12:25, 04.11.2016

#1

Skusiłem się na zadanie dodatkowe. Prawie wszystko gra, tylko zastanawia mnie dioda LED4, która cały czas się świeci. Wydaje mi się, że bramki CD4069 nie powinny działać "symetrycznie" (chyba po to są zastosowane różne rezystory 100k i 470k), a co za tym idzie na wejściu CD4071 powinien zdarzyć się przypadek gdy pojawią się dwa 0 i dioda mignie. Na załączonym filmie widać, u mnie - nie. Czy dobrze myślę?

Treker
Administrator

14:15, 06.11.2016

#2

daniel7745, jest dokładnie tak jak mówisz - powinny działać inaczej tj. tak jak u nas na filmie. Sprawdź dokładnie połączenia, może przypadkiem zwarłeś gdzieś wyprowadzenia obu generatorów?

daniel7745

23:12, 06.11.2016

#3

Znalazłem, wejście do bramki źle podłączyłem :-/ dzięki Treker ;-)

trochan

18:23, 02.12.2016

#4

Mam dwa przemyślenia:

W zadaniu z syreną wg schematu wejście 13 jest podłączone do VDD, zrozumiałe - wejście musi dostawać sygnał, ale na przykładowym zdjęciu wejście jest niepodłączone do niczego :)

W zadaniu ze światełkami dobrze rozumuję że możemy zbudować bramkę NAND negując bramkę AND którą już mamy zamiast budować nową? (sygnał z wyjścia 3 AND idzie na LED3 i przez negację na LED5)

Treker
Administrator

13:26, 03.12.2016

#5

trochan, witam na forum :) Dzięki za uwagę, co do braku podłączenia pinu 13. Musiało nam to umknąć podczas robienia zdjęć, wstawiłem już poprawione zdjęcie.

trochan napisał/a:

W zadaniu ze światełkami dobrze rozumuję że możemy zbudować bramkę NAND negując bramkę AND którą już mamy zamiast budować nową? (sygnał z wyjścia 3 AND idzie na LED3 i przez negację na LED5)

Jasne, można zrobić również w taki sposób :)

Zobacz powyższe komentarze na forum

FORBOT Damian Szymański © 2006 - 2017 Zakaz kopiowania treści oraz grafik bez zgody autora. vPRsLH.

Wstęp do świata dronów – recenzja Parrot AR.Drone 2.0

Czytelnicy Forbota wykazują zainteresowanie dronami. Sam jestem nimi zafascynowany, jednak...

Zamknij