Promocja na książki: elektroniki, Arduino, programowanie, IT od 6,90 zł. Sprawdź listę ponad 350 tytułów »

Technika cyfrowa – #5 – syrena alarmowa, efekt świetlny

Technika cyfrowa – #5 – syrena alarmowa, efekt świetlny

Podczas 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 bardziej rozbudowanymi przykładami.

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 kursu

 999+ pozytywnych opinii  Gwarancja pomocy  Wysyłka w 24h

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!

Zamów w Botland.com.pl »

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 zmienia polaryzację zasilania przetwornika piezoelektrycznego, co zwiększa amplitudę drgań. W tym układzie są dwa kondensatory ustalające częstotliwość. Głównym jest C1, a odatkowym C2.

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.

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.

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.

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.

Czy artykuł był pomocny? Oceń go:

Średnia ocena / 5. Głosów łącznie:

Nawigacja kursu

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

cyfrowa, generator, kurs, kursTechnikaCyfrowa, not, technika

Trwa ładowanie komentarzy...