|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
無線電子工学および電気工学の百科事典 光力学デバイス 進行波。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
アブストラクト。 プログラム可能なアルゴリズムを備えた光ダイナミック デバイス (SDU) を使用すると、さまざまな光ダイナミック効果を作成し、プログラムに従って多数の光要素を制御できます。 個別の輝度制御を備えた LED とは異なり、線形 (滑らかな) 輝度制御を備えた LED では、チャネルごとに個別のハードウェア PWM コントローラを使用する必要があります。 したがって、このようなデバイスの複雑さは、軽要素の数に比例して増加します。 この記事では、回路ソリューションのシンプルさと 16 個のハードウェア PWM コントローラのソフトウェア実装エミュレーションを組み合わせた、スムーズな輝度制御を備えた 16 チャネル バージョンの SDU について説明します。 概要。 線形法則に従って多数の光要素の輝度を同時に同期制御するには、各チャネルに個別のハードウェア PWM コントローラを使用するだけでなく、チャネル間で一定の位相シフトを持たせてそのようなコントローラの動作を同期する必要もあります。 提案されたデバイスは、[16] で説明されているシリアル インターフェイスを備えたプログラマブル 1 チャネル コントローラーのアーキテクチャに基づいています。 違いは、EEPROM IC の読み取りアルゴリズムとファームウェア、および 74AC595 などのより複雑な出力レジスタの使用にあります。 このレジスタは 16 個のトリガー セルで構成され、最初の XNUMX 個はバッファ レジスタの一部であり、残りの XNUMX 個は出力の一部です。 シリアル インターフェイスの使用により、メイン コントローラーの回路を大幅に複雑にすることなく、ハードウェア コストを最小限に抑えながら照明要素の数を増やすことが可能になり、また、長さが 100 m に達することもあるシリアル インターフェイス ラインを介して複数の照明要素のセットを同時に制御することも可能になります。最も単純なケースでは、SDU は 16 ビットの PWM シーケンス ワード長を持つ「進行波」タイプの XNUMX つの照明効果を実装します。 エフェクトは XNUMX 回繰り返した後に自動的に変更されるか、ボタンを押して手動で選択されます。 EEPROM IC が使用するメモリの量が増加すると、チャネル数、エフェクトの数、および PWM シーケンスのワード長を増やすことができます。
スムーズな輝度制御のために、このデバイスはパルス幅変調 (PWM) の原理を使用しています。 PWM は、方形の搬送周波数パルスの持続時間 (幅) を変更することでデジタル信号をエンコードする方法です。 図上。 図１は典型的なＰＷＭ波形を示す。 パルスの周波数、つまり周期 (T) はパルス幅変調中は変化しないため、パルス持続時間 (t) が減少するとパルス間の休止時間が増加し (図 1 のプロット "B")、逆にパルス持続時間が増加すると休止時間が減少します (図 1 のプロット "C")。 この場合、LED の点灯はレジスタの出力における論理 1 レベルの出現に対応するため、パルスのデューティ サイクルが増加すると輝度が増加し (図 1 のプロット "B")、逆にデューティ サイクルが減少すると輝度が減少します (図 1 のプロット "C")。 パルスのデューティ サイクルは、パルスの繰り返し周期とその持続時間の比であることを思い出してください。 デューティ サイクルは無次元の量であり、測定単位はありませんが、パーセンテージで表すことができます。 このデバイスは、PWM シーケンスの語長 16 ビットを使用しており、これは発光素子の明るさの 16 階調に相当します。 このような明るさの階調数は、「進行波」の立ち上がりと立ち下がりの周期が１秒を超えない視覚的に滑らかな明るさの変化には十分である。 輝度変化の周期が 16 ～ XNUMX 秒に増加すると、輝度レベル (階調) 間の遷移が視覚的に目立つようになり、PWM シーケンスの語長を増やす必要があります。 ただし、ほとんどのアプリケーションでは、エフェクトを非常にゆっくり再現する必要がない場合、明るさの階調は XNUMX 階調で十分です。 リモートの照明要素のセットを制御するには、シリアル インターフェイスの 1 つの信号線、「Data」、「Clk2」、「Clk1」が使用されます。 最初のライン「Data」は情報信号で、他の 2 つのライン「Clk74」と「Clk595」はそれぞれ、IC XNUMXACXNUMX の一部であるバッファと出力レジスタのストローブ信号です。 調整されていない長い通信回線で動作する場合、同じバンドルに含まれる隣接する導体によって引き起こされるよく知られた信号反射やクロストークにより、データ伝送の問題が発生します。 光力学システムで発生するこのような反射や干渉は、美的効果の侵害を意味します。 これにより、接続ラインの長さに制限が課され、シリアル インターフェイスを使用するシステムのノイズ耐性に厳しい要件が課されます。 このようなシステムのノイズ耐性は、送信信号のパルスの周波数と形状、パルスのレベル変化の間の時間 (デューティ サイクル)、バンドルに含まれる線路導体の比容量、等価線路抵抗、信号受信機の入力インピーダンスやドライバの出力インピーダンスなど、多くの要因によって決まります。 長い不整合ラインの影響は、ラインに沿って戻る信号伝播遅延時間が信号の立ち上がりと立ち下がりの期間を超え始めると現れ始めます。 等価ライン インピーダンスと、ラインの受信側の論理ゲートの入力インピーダンスまたは送信側のドライバーの出力インピーダンスの間に不一致があると、信号が複数回反射されます。 KR1554 シリーズマイクロ回路の一般的な立ち上がり時間と立ち下がり時間は 5 ns 未満であるため、長い不整合ラインの影響は、その長さがわずか XNUMX ～ XNUMX センチメートルのときに現れ始めます。 総入力容量や単位長さあたりの固有容量などの伝送線路の特性がわかれば、線路全長に沿った信号伝播遅延時間を計算できます。 一般的な伝播遅延時間は 5 ～ 10 ns/m です。 接続ラインが十分に長く、立ち上がり時間と立ち下がり時間が十分に短い場合、受信側の等価ライン インピーダンスと CMOS ゲート入力インピーダンス間の不一致によって信号反射が発生します。その振幅は、素子入力に印加される瞬時電圧と反射係数に依存します。反射係数は、ライン等価インピーダンスと入力ゲート インピーダンスに依存します。 KR1554 シリーズ IC 素子の入力インピーダンスは、ツイストペアまたはシールド導体で作られた線路の等価抵抗よりも何倍も大きいため、レシーバー入力での反射電圧は XNUMX 倍になります。 この反射信号は回線に沿って伝播して送信機に戻り、そこで再び反射され、信号が完全に減衰するまでこのプロセスが繰り返されます。 反射は送信信号パルスの周波数とはまったく関係がなく、送信クロック パルスの前部の急峻性が高いことによってのみ発生することを特に強調します。 専門的な回路での反射に対処するため、長い回線 (100 m 以上) で作業する場合は、送信されるクロック パルスの前部の急峻さを軽減する特別なドライバーが使用され、それによってデータ送信エラーが排除されます。 比較的短いライン (10 ～ 100 m) での動作には、KR1554 シリーズ (74ACxx) の標準ロジック IC が非常に適しています。 負荷容量が大きいため、容量性負荷を直接制御できます。 これらのマイクロ回路の素子のバランスのとれた（対称的な）電流電圧出力（伝達）特性により、ほぼ同じ立ち上がり時間と立ち下がり時間を得ることを可能にします。 さらに、ヒステリシスを備えたシュミット トリガに基づく強力なバッファ要素 (電源電圧 0,9 V で最小値は約 4,5 V) を使用して、ラインへの信号の送信と受信に使用できるため、ノイズ耐性の追加マージンが生まれます。 このデバイスの反射信号を補償するには、いわゆる積分器または積分 RC チェーンが使用されます。 それらの必要性は、干渉レベルが増加した状況で 10 m を超える回線で作業する場合にのみ発生します。 最大 10 m のライン上の著者のバージョンのデバイスでは、出力レジスタの図に破線で示されているコンデンサは使用されませんでした。 最長10mの長さの通信線は、「電源「+5V」」と「共通線」を含む12本の導体を束ねて伝送されます。 この場合、コンデンサを統合しなくても、故障は観察されません。 信号線長が10～100mになると、隣接する導体によるクロストークが増加します。 この場合、「Data」、「Clk1」、「Clk2」の各信号線を別々のツイストペアで作成し、出力レジスタ基板に図中の破線で示すコンデンサを取り付ける必要があります。 この場合、リモート レジスタとガーランドは別の「+12V」電源から電力を供給されます。
回路図。 ライトダイナミックデバイス（図2）は、メインコントローラボードと1つのリモートレジスタボードで構成されており、これらは2本のシリアルインターフェイスラインを使用してメインボードに接続されています。 共通導体 (図には示されていません) も接続線の一部であり、少なくとも 9 mm9 の断面積を持つより線で作られています。 接続ラインは 1 ピン DB-XNUMX プラグで終わります。 プリント回路基板には相手コネクタ XNXNUMX (これも図には示されていません) があります。 メイン コントローラー ボードには、シュミット トリガー DD1.4 のリセット回路と要素 C3-R6-R7 が含まれています。 要素 DD1.1 ... DD1.3 のマスター ジェネレーター。 同期パルス発生回路DD6.1、DD4.2…DD4.4、DD7.1、DD7.2。 アドレス カウンタ DD6.2 マルチプレクサ サンプリング DD9 およびカウンタ DD2.2、DD3.2、DD5.1、DD5.2 アドレス指定 IC EEPROM DD8。 メモリページ番号を示す LED バー (HL1 ～ HL4、緑色)、明るさの増減を示すインジケータ (HL5、黄色)、およびライトダイナミック効果の番号を示すインジケータ (HL6、赤色)。 レジスタ DD11、DD12 および LED ライン HL7 ～ HL22 は、デバイスのパフォーマンスを監視するためにメインボードにインストールされています。 KR1554TL2 (74AC14) タイプのシュミット トリガに基づく強力なバッファ エレメントが、信号変換用のドライバとして使用されました。 メモリICとしてAT28C16タイプのEEPROMだけでなく、KR573RF2(RF5)タイプのRPZUも使用可能です。 制御プログラムの開発には、[2]および[3]で検討したプログラマを統合したコントローラを使用しました。 「仮想プログラマ」（「ライト エフェクト ダンパー」）を使用して代替制御ファームウェアを書き込むことも可能ですが、この場合、標準プログラマを使用してプログラミングするときに EEPROM（EPROM）IC のアドレス ラインを再割り当てする必要があります。 この機能は、すべてのプロフェッショナル レベルの産業用プログラマと、ほとんどの中級レベルのプログラマによってサポートされています。 EEPROM をプログラムするときにアドレス ラインを再割り当てする必要があるのは、[2] と [3] で説明したプログラマを開発するときに、プリント回路基板をトレースする便宜のために、アドレス ラインの異なる (逆の) 順序が最初に選択されたという事実によるものです。 特定のコントローラー [2] および [3] では、データは書き込まれたのと同じ順序で読み取られるため、アドレス ラインの再割り当ては動作にまったく影響しません。 「進行波」CDS の開発中、このデバイスとプログラマとの互換性を確保するために、アドレス ラインの番号付け順序が保存されました [2] および [3]。 ただし、この表は、プログラム「Virtual Programmer」（「Light Effects Dumper」）を使用して生成された動的照明効果の点滅のバージョンを示しているため、読者はリンク [4] で入手可能なプログラム「Virtual Simulator」（「Light Effects Reader」）を使用してファームウェアを表示し、デバイスの動作原理と制御プログラムの開発をよりよく理解できます。 どのように動作します。 電源がオンになると、積分回路 C3-R6 はシュミット トリガ DD1.4 とともに、カウンタ DD2.1 ～ DD6.2 (使用されない DD3.1 を除く) をリセットする短い正のパルスを生成し、それによってコントローラを初期状態にリセットします。 約 1.1 kHz (より正確には 1.3 Hz) の周波数を持つマスター発振器 DD130 ... DD131072 のパルスは、カウンタ DD6.1 を同期させ、続いて DD6.2 と残りのアドレス カウンタを同期します。 将来を見据えて、131072 秒に等しい持続時間の「進行波」の明るさの増加と減少の 128 つの完全なサイクルが、マスター オシレーターの周波数 85 Hz に正確に対応するとします。 この値は XNUMX Hz の出力レジスタ更新レートから導出されており、人間工学に基づいた値の XNUMX Hz よりもはるかに優れています。 このようなデータ更新レートは、光要素のちらつきを排除し、明るさが滑らかに変化するかのような錯覚を生み出すために必要です。
同期パルス形成のタイミング図を図 3 に示します。 この図から、DD2 エレメント (ピン 7.2) の出力で形成される出力レジスタ (「Clk6」) の各同期パルスに対して、IC 16AC1 の一部であるバッファ レジスタ (「Clk74」) の 595 個の同期パルスがあることがわかります。 さらに、要素 DD1 (ピン 4.3) の出力で形成される同期パルス (「Clk6」) のポジティブ エッジは、データ ビット送信の途中にあります。 コントローラーの基本バージョンのテスト結果 [1] によると、経験によって確立された慣れの途中でのバッファ レジスタの同期は、調整されていない長い回線で作業する場合の最大のノイズ耐性に対応します。 同時に、リモートレジスタの入力で積分器を使用する必要もありません。 電源がオンになった瞬間から数えて、DD4.3 素子 (ピン 6) の出力で形成される最初の負のパルスは、その立ち下がりエッジ (正のドロップ) で、ゼロ (0000h) アドレスにある EEPROM の最初のセルから読み取られたデータ ビットを、ビット増加方向への情報の同時シフトとともに、IC DD11 および DD14 の一部であるバッファ レジスタの最初のトリガに書き込みます。 IC DD11、DD12、DD14、DD16 に含まれる出力レジスタの内容は変化せず、LED ストリップは現在の光と動的な組み合わせを表示します。 上で述べたように、PWM シーケンスの語長は 16 ビットであるため、16 個の LED のラインに 16 つのレベル (階調) の明るさを表示するには、16 x 256 = 32 ビットの情報のデータ パケットをレジスタに転送する必要があります。これは条件付きで EEPROM アドレス空間の 8 ページに対応します。 したがって、完全なフェードイン/アウト サイクルには 16 ページのアドレス空間または 4K が必要で、最初のチャネルを基準にして、最初の 16 ページ (4K) は輝度増加の半サイクルであり、後半の XNUMX ページ (サイズも XNUMXK) は輝度減少の半サイクルです。 カウンタ DD2 の出力 4 (ピン 6.1) からの各正パルスの負のエッジは、カウンタ DD6.2 の状態を 9 つ増加させます。したがって、コードの 8 進数に対応する 16 進入力がマルチプレクサ DD11 の出力に接続され、その 12 進入力が EEPROM IC DD14 の対応するデータ ビットの出力に接続されます。 16 ビットのデータを IC DD7.2、DD11、DD12、DD14 のバッファ レジスタに書き込んだ後、要素 DD16 の出力で生成される負のパルスの後縁 (正エッジ) により、IC DD7、DD22、DD23、DD38 のバッファ レジスタの内容がそれぞれの出力レジスタに書き換えられます。 同時に、LED ライン HL16 ... HL16 および HL16 ... HL256 で新しい組み合わせが修正されます。 ただし、合計 (整数) 輝度値は、XNUMX 個の XNUMX ビット パケットに正確に対応します。 前述したように、XNUMX x XNUMX = XNUMX ビットのデータがシリアル回線を介してレジスタに転送されます。 明るさのレベル（階調）の変更は、カウンタDD1の状態をバイナリコードで表示するLED HL4...HL3.2の列によって示されます。 電気回路 (図 2) からわかるように、DD3.2 カウンタを使用して 2.2 で分周した後、DD2.1 出力から DD2.2 入力に計数パルスが来ます。 出力パルスＤＤ２．２のそのような周波数分割は、カウンタＤＤ２．１を使用した周波数分割なしで得られるよりも輝度のゆっくりとした増加のために必要である。 カウンタ DD3.2 および DD5.1 は、カウンタ DD8 のゼロ状態で空間 IC EEPROM DD5.2 の前半をアドレス指定し、このカウンタのシングル状態でアドレス空間 IC EEPROM DD8 の後半をアドレス指定します。 照明効果選択モード - 手動または自動 - はスイッチ SA1 によって設定されます。 図に示されている位置では、エフェクトは 5.1 回繰り返した後に自動的に交互に切り替わります。 これは、5 桁目の DD5.2 (ピン 1) の出力からカウンタ DD5.2 の入力に計数パルスを供給することによって実現されます。 スキームによれば、スイッチ SA1 の位置が低い場合、SB5.1 ボタンが押されたときに短い正のパルスがカウンタ DD5.2 の入力で受信されます。 ステータス カウンタ DD5 と DD6 は、それぞれ黄色 (HLXNUMX) と赤色 (HLXNUMX) の LED を示します。
構造と詳細。 メインコントローラーは、寸法 140 x 90 mm、厚さ 1,5 mm の両面グラスファイバー製のプリント基板上に組み立てられ (図 4)、出力レジスター (図 5) は 90 x 30 mm (図 6) です。 このデバイスは、MLT-0,125タイプの固定抵抗器、調整抵抗器 - SP3-38b、K1-3タイプの無極性コンデンサ（C8 ... C10、C12 ... C14、C10 ... C17）、酸化物（C4 ... C7、C11、C15） - K50-35または輸入品を使用します。 メインコントローラー基板には直径3mm（HL1～HL6）と直径5mm（HL7～HL22）の超高輝度LEDが搭載され、リモートガーランドには直径15mmの10色の超高輝度LED KIPM-XNUMXが交互に配置されています。
順方向にバイアスされた LED 間の電圧降下の違い (赤と黄の場合、この値は 2,1 V、青と緑の場合 - 3,0 V) を考慮すると、対応する制限抵抗 (220 および 150 オーム) を LED と直列に接続する必要があります。 強力な負荷を制御するには、出力レジスタにトランジスタまたはトライアック スイッチを追加する必要があります。 EEPROMタイプAT28C16-15PIメモリチップタイプRPZUタイプKR573RF2またはKR573RF5をプリント基板の設計を変更することなく現場で直接使用することが可能です。 カウンタ タイプ KR1564 IE23 (74HC 4520N) は、出力にインジケータ LED が接続されている IC DD561、DD10 を除き、K4520 IE3 (CD5AN) に置き換えることができます。 マルチプレクサ DD9 タイプ KR1564 KP7 (74HC 151) は、KR1564 KP15 (74HC 251) を置き換えます。 最大 10 m の接続線は、断面積 4 mm0,35 (信号線用) と 2 mm1 (「コモン」線) の 2 本のより線導体の束で独立して作成され、長さ 10 ～ 100 m の信号線は別々のツイストペアで作成する必要があり、容量が 150 pF 以下の積分コンデンサを出力レジスタボードに取り付ける必要があります。
保守可能な部品から組み立てられたデバイスをエラーなく動作させるための準備は、標準プログラマを使用して EEPROM IC (EPROM) にファームウェアを書き込むことで構成されます。 この場合、プログラム内の適切なオプションを選択して、EEPROM IC アドレス ラインの順序をプログラム的に再割り当てする必要があります。 EEPROM チップをプログラミングする前に、プログラムのテキスト ファイル (表を参照) を、無料のコンバータ プログラム ([5] など) の 3 つを使用してバイナリ形式に変換する必要があります。 メインコントローラーボードのトリマー抵抗器 RXNUMX を使用して、ダイナミック照明効果の希望の再生速度を選択できます。 ソース
著者: Odinets A.L.
光信号を制御および操作する新しい方法
05.05.2024 プレミアムセネカキーボード
05.05.2024 世界一高い天文台がオープン
04.05.2024
▪ 安全な無線チャネルを実装するための Freescale のライブラリ ▪ CPUクーラー Zalman CNPS10X Performa ブラック ▪ USB-C 接続用に標準化された HDMI オルタネート モード
▪ 記事 少なくとも XNUMX つの異なる州によって名前が付けられた鳥はどれですか? 詳細な回答 ▪ 記事 掘削およびクレーン設置の機械工。 労働保護に関する標準的な指示 ▪ 記事 指定された数のパルスのシェイパー。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典 ▪ 記事 マッチ箱のバランスをとる。 フォーカスシークレット
ホームページ | 図書館 | 物品 | サイトマップ | サイトレビュー
www.diagram.com.ua |
他の記事も見る セクション 
科学技術の最新ニュース、新しい電子機器：
このページのすべての言語