مدار چشمک زن LED ساده 

یک ماژول چشمک زن LED ساده که از یک شمارنده موج دار برای روشن شدن متوالی و LED یا لامپ استفاده می کند.

دانشجوی الکترونیک یا علاقه‌مندان همیشه دوست دارند مدارهای مختلفی را برای خانه یا مدرسه خود ایجاد کنند به خصوص مدارهایی را که چند چراغ چشمک زن در آن وجود دارد و مدارها و کیت های زیادی در بازار وجود دارد که می توانند به طور دوره ای، تصادفی یا متوالی هر تعداد LED یا چراغ را چشمک زن کنند. اما یک آی سی بسیار متنوع که می‌تواند برای تولید یک مدار ساده چشمک زن LED استفاده شود ، شمارنده موج دار دودویی نامیده می‌شود.

شمارنده‌های موج‌دار همانطور که در آموزش قبل دربا ره آنها بحث کردیم، اساساً فلیپ فلاپ‌های قفل داری هستند که می‌توانند به عنوان تقسیم کننده فرکانس برای تقسیم ورودی ساعت مرجع بر روی یک مقدار تعیین شده برای ارائه یک فرکانس جدید و پایین تر مورد استفاده قرار گیرند که ما می توانیم به عنوان بخشی از یک طرح چشمک زن LED ساده استفاده کنیم.

این نوع شمارنده‌ها ماهیتی ناهمزمان دارند زیرا همه فلیپ فلاپ‌ها با استفاده از یک پالس ساعت خارجی تغییر نمی‌کنند یا “قفل” نمی‌شوند. معمولاً قفل در لبه منفی پالس ساعت اتفاق می‌افتد.

فلیپ فلاپ قفل یا نوع “T” بلوک اصلی ساخت کلیه شمارنده‌های دارای شمارنده ناهمزمان است که معمولاً “شمارنده‌های موجی” نامیده می‌شوند زیرا به نظر می رسد که پالس ساعت ورودی از طریق شمارنده به عنوان ورودی ساعت برای یک مرحله تولید شده از خروجی مرحله قبلی “موج ” می‌زند، ایجاد می شود. نتیجه یک اثر موج دار است که هر مرحله در ترتیب تغییر می‌کند و ما می‌توانیم این را به عنوان یک اثر خوب به صورت یک مدار چشمک زن LED ساده قرار دهیم.

شمارنده‌های موج دار از تعداد d فلیپ فلاپ های تقسیم بر 2، نوع T سری شده با هم ساخته می‌شوند و یک تقسیم کننده فرکانس تقسیم بر N را ایجاد می‌کنند ،جایی که N برابر تعداد بیت شمارنده‌ها است. آی سی‌های شمارنده متغیر دودویی باینری که معمولاً در دسترس است شامل شمارنده 74LS93-4bit بیتی (16÷)، CMOS 4024-7bit بیتی (128÷) ، CMOS 4040-12bit بیتی (4096÷) یا 14bit-CMOS 4060 بیتی (16384÷) است.

سپس تعداد خروجی آنها، (Qn) به عنوان مرحله “N ام” شمارنده شمارش می‌شود. به عنوان مثال، خروجی Q6 بصورت 2⁶=64 (1/64 فرکانس ساعت) و Q12 بصورت 2¹² = 4096 (1/4096 فرکانس ساعت) و غیره است.

همانطور که دیدیم شمارنده‌های باینری زیادی وجود دارد که می‌توانند به طور دوره‌ای، تصادفی یا متوالی هر تعداد چراغ را چشمک زن کنند اما یک آی سی بسیار متنوع که علاقه‌مندان یا دانش آموزان می‌توانند برای تولید یک فلاشر LED ساده برای استفاده در انواع نمایشگرهای مختلف نور استفاده کنند، شمارنده باینری CMOS CD4040B-12bit است.

CD4040B یک شمارنده موج دار باینری 12 بیتی سریع سوئیچینگ کامل است که دارای دوازده خروجی کاملاً رمزگشایی شده است (در مجموع 12 دنباله LED جداگانه دارد)، این دوازده خروجی به طور متوالی با ورود هر لبه منفی پالس ساعت تغییر می‌کنند و یک توالی خروجی باینری تولید می‌کنند که در نمودار زمانی نشان داده شده است.

خروجی‌های سوئیچ 4040 بین هر منطق “1” یا “بالا” و یک منطق “0” یا “پایین” تغییر می‌کند بنابراین می‌تواند یک توالی متحرک ، تعقیب کننده یا اثر تصادفی ایجاد کند ، و 4040 را به عنوان یک LED چشمک زن ساده یا نمایشگر روشنایی برای یک پروژه  روشنایی ایده آل می کند.

از آنجا که 4040 یک شمارنده موج دار 12 بیتی است ، هر یک از دوازده خروجی در یک توالی دودویی از 0 تا 4096 بالا و پایین می رود (2) و این در نمودار زمان بندی زیر نشان داده شده است.

نمودار زمانی شمارنده موج 4040

اما قبل از اینکه بتوانیم از شمارنده موج‌دار B 4040 به عنوان بخشی از مدار چشمک زن LED ساده خود استفاده کنیم ، باید یک سیگنال زمانی تولید کنیم. روش‌های مختلفی برای تولید یک زمان یا سیگنال ساعت وجود دارد، این لیست بی پایان است. اما یک روش بسیار ساده و موثر برای تولید سیگنال زمانی موج مربع با حداقل اجزا، استفاده از یک IC زمان بندی اختصاصی مانند تایمر پایدار NE555 است.

مدت زمان T بستگی به فرکانس ساعت ورودی انتخابی دارد ، T= 1/f .بنابراین به عنوان مثال اگر شمارنده 4040-12 بیتی (4096÷) را به عنوان بخشی از مدار ساده LED چشمک زن انتخاب کنیم و می‌خواهیم طولانی ترین زمان پریودیک ما در بیت 12 ، 4 ثانیه باشد (2 ثانیه روشن و 2 ثانیه خاموش) یا 0.25 هرتز ، پس فرکانس ساعت ورودی ما روی پین 10 شمارنده 4040 باید حدود 1 کیلوهرتز باشد (25/0*4096) همانطور که نشان داده شده است.

مدار چشمک زن LED ساده

با اتصال LED ها به خروجی‌های مختلف، آنها یک بار در زمان چشمک می‌زنند اما در محدوده‌های مختلف نسبت به یکدیگر (هر خروجی نصف فرکانس قبلی) و همه “روشن” یا “خاموش” نیستند که آن را برای مدار چشمک زن LED ساده ما ایده آل می کند.

با استفاده از تقسیم کننده / شمارنده فرکانس تقسیم بر 2 ، با چندین LED متصل به خروجی آنها ، می توان یک ستاره چشمک زن یا چراغ چشمک زن LED به انتخاب شما بسته به نوع خروجی موج دار که  LED ها را را به آن وصل می‌کنید و اینکه چگونه از نظر فیزیکی آنها را مرتب می‌کنید دارد.

خروجی شمارنده موجی

شمارنده های خروجی Q1 تا Q12 توانایی “جذب” یا “خروجی دادن” جریان بار حداکثر تا حدود 15 میلی آمپر را دارند که برای هدایت مستقیم LED ها کافی است. توانایی شمارنده 4040 در برابر جریان “سینک” (جذب) و “هدایت” (منبع) به این معنی است که LED ها می‌توانند بین ترمینال خروجی شمارنده و منبع برای جذب جریان بار یا بین ترمینال خروجی و زمین به منبع جریان بار وصل شوند. برای مثال.

جذب و بیرون بردن خروجی ها

در مدار اول بالا، LED بین ریل تغذیه مثبت (Vcc+) و خروجی وصل می شود، در این حالت Q8. این بدان معناست که جریان در ترمینال خروجی شمارنده 4040 “کشیده” (جذب می‌شود) یا جاری می‌شود و وقتی خروجی “پایین” باشد LED “روشن” خواهد بود.

مدار دوم بالا نشان می‌دهد که LED بین خروجی ، Q8 و زمین (v0) متصل است. این بدان معنی است که جریان از منبع خروجی شمارنده 4040 “خارج” (منبع) یا به بیرون جاری خواهد بود و وقتی خروجی “بالا” باشد LED “روشن” خواهد بود.

توانایی شمارنده موج دار هم در جذب و هم در خروج جریان خروجی بار آن به این معنی است که هر دو LED می‌توانند به یک ترمینال خروجی متصل شوند که باعث افزایش تعداد LED هایی می شود که در مدار فلاشر LED ساده خود می توانیم استفاده کنیم. با این حال، در هر بار که خروجی “بالا” یا “پایین” است تنها یک LED روشن می‌شود.

مدار سمت چپ نمونه ای از این را نشان می‌دهد. بسته به خروجی که یک عملکرد فلاش متناوب ایجاد می‌کند، دو LED به طور متناوب “روشن” و “خاموش” می‌شوند. در صورت نیاز مقاومت های سری را می توان برای کاهش جریان LED به زیر 15 میلی آمپر استفاده کرد.

پیشتر گفتیم كه حداكثر جریان خروجی برای جذب یا تأمین جریان بار از طریق پین‌های خروجی حدود 15 میلی آمپر است و این مقدار برای راه اندازی یا تغییر LED ها یا لامپ‌های كوچك و غیره بیش از اندازه است. اما اگر بخواهیم سوئیچ كنیم یا به جای این فلاشر LED ساده، قطعاتی با قدرت بالاتر مانند موتور، آهن ربا یا رله را کنترل کنید. در این صورت ما باید از ترانزیستورها استفاده کنیم تا بتوانیم یک جریان کاملاً کافی برای راه اندازی بار فراهم کنیم.

راه انداز ترانزیستور شمارنده موجی

ترانزیستور در دو مثال بالا، در صورت بالا بودن جریان بار،  می تواند با قطعه ماسفت توان یا ترانزیستور دارلینگتون جایگزین شود. هنگام استفاده از بار القایی مانند موتور، رله یا آهنربای الکتریکی، توصیه می‌شود که یک “دیود freewheeling” را مستقیماً به دو سر پایانه های بار وصل کنید تا ولتاژهای EMF برگشتی تولید شده توسط دستگاه القایی را در هنگام تغییر حالت جذب کند.

همچنین می‌توان LED بیشتری به خروجی اضافه کرد اما به یاد داشته باشید که به طور کلی هر LED برای روشن شدن کامل به حدود 15 تا 20 میلی آمپر در 1.2 ولت نیاز دارد، بنابراین هنگام اتصال مدار به باتری یا منبع تغذیه این نکته را بخاطر بسپارید . یکی از مزایای آی سی 4040  این است که  خود آن حداکثر جریان ورودی / خروجی خود را محدود می کند بنابراین LED ها می توانند بدون نیاز به مقاومت‌های محدود کننده جریان مستقیماً متصل شوند.

ال ای دی چشمک زن

مشاهده کردیم که فقط با استفاده از چند مولفه رایج در دسترس، می توانیم یک تایمر NE555 برای ایجاد سیگنال ساعت زمانی و یک شمارنده موج ناهمزمان 12 بیتی CMOS 4040 برای رابط با LED های یک مدار فلاش LED بسیار ساده ایجاد کنیم. در صورت لزوم ساده ترین مدار فلاشر LED را می‌توان با استفاده از فلیپ فلاپ‌های نوع T تنها بیتی ساخت زیرا ویژگی قفل به طور طبیعی برای اجرای عملیات شمارش مناسب است.

شمارنده‌های موج چند بیتی را می توان با هم سری کرد تا تقسیم کننده‌های موج بیت بزرگتر (یا شمارنده) را به انتخاب خود تولید یا رمزگشایی کرد تا پس از شمارش باینری خاص دوباره تنظیم شود. B4060 یک شمارنده موج باینری 14 بیتی است که خود را در مدار نوسان ساز تعبیه کرده است، بنابراین فقط با اضافه کردن یک خازن زمانی و دو مقاومت می توان یک مدار فلاشر LED بسیار ساده را بدون نیاز به یک مدار زمانی NE555 اضافی ساخت.