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無線電子工学および電気工学の百科事典 シリアル インターフェイスを備えた自律型 32 チャンネル プログラマブル光ダイナミック デバイス。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
光動的デバイス（SDU）は、バー、ディスコ、カジノ、休日の照明、自動車用電子機器（停止信号の「ライト」を制御するため）の美的デザイン、および照明付き広告の整理に広く使用されています。 プログラム可能なアルゴリズムを備えたSDUにより、さまざまな光力学的効果を実装し、プログラムに従って多数の光要素を制御することができます。 そのようなデバイスは、例えば、光要素のセットを制御するために、インターフェース回路として、１つのマイクロコントローラおよびいくつかのレジスタに実装することができる。 しかし、回路ソリューションの単純さにもかかわらず、アマチュア無線研究所の条件でのそのようなデバイスの製造は、高価なプログラマーまたはコンピューターを使用することの必然性のために制限されています。 一方、一般的な標準ロジックマイクロ回路を使用すると、一般に追加のプログラマー、特にコンピューターを使用する必要のない統合プログラマーを使用して、完全に自律的なマルチチャネル動的光デバイスを構築できます。 これにより、完全にオフラインのモードで、動的な照明効果のセットをわずか数分で再プログラムできます。 このデバイスに実装されているシリアルインターフェースを使用すると、全長が100 mに達する可能性のあるXNUMX本の信号線（共通線を除く）を介して、軽元素の複数の花輪を同時に同期的に制御できます。
概要 プログラム可能な自律型32チャネルSDUは、[1]で公開されているデバイスの改良版であり、シリアルインターフェイスの32つの接続ラインを介して、花輪の3個の光要素のそれぞれを個別に制御できます。 アップグレードされたバージョンのデバイスは、調整されていない長い回線でのコントローラー操作のすべての機能を考慮に入れています。 このCDSの構造により、ワイヤーハーネスを増やすことなく、最小限のハードウェアコストで要素の数を増やすことができ、ガーランドをメインコントローラーボードから遠くに配置できます。 光の動的効果の種類は制限されておらず、ユーザーの想像力に依存します。 このアーキテクチャは、シリアルインターフェイスプロトコルを大幅に変更することなく、ライトエレメントの数を増やす可能性があります。 （これについては以下で説明します）。 光動的デバイスの設計の大部分では、各光要素は、メインコントローラーボードへの個別の信号導体を使用した直接接続によって制御されます。 ただし、原則として、このようなデバイスでは、少数の要素しか制御できません[2]。 それらの数を増やすには、追加のメモリチップを使用し、それに応じてワイヤリングハーネスを増やす必要があります。 これは、いくつかのメモリチップを「フラッシュ」するために必要な回路とプログラムコードの両方の重大な複雑化につながります。 さらに、このバージョンでは、メインコントローラーボードからかなり離れた場所にある一連のライトエレメントを制御することはできません。 たとえば[2]のように、光動的デバイスを繰り返す慣行は、公開されたファームウェアが、残念ながら完全にはほど遠いものであり、重大なエラーが含まれていることを示しています。 しかし、ユーザーは、デバイスの結果が正確に美的な視覚効果を得ると期待しています。 したがって、プログラムコードの開発に対するそのようなアプローチは、プログラムで実装された多種多様な効果にもかかわらず、プログラム可能な光動的デバイスを繰り返すという欲求を完全に思いとどまらせる。 提案されたデバイスにはこの欠点がなく、現在の動的光の組み合わせをメモリに保存する前に、LEDの制御ラインに表示されます。これにより、プログラミングプロセスでユーザーが発生する可能性のあるエラーが完全に排除されます。 メインコントローラーボードから遠く離れた場所にあるライトエレメントの数を増やして制御するという問題の解決策は、メインボードとレジスターで構成されるガーランドとの間にシリアルインターフェイスを使用することです。ライトエレメントは直接接続されています。その出力に。 このようなデバイスでは、出力レジスタへのデータ転送は、約12,5 kHzのクロック周波数（100 kHzのRFジェネレータのクロック周波数）で非常に短時間実行されます。 データパケットは約10Hzの周波数で相互に追従し、動的な光の組み合わせが変化します。 レジスタ内のデータ更新時間は非常に短いため（80μsx32パルス= 2,56 ms）、組み合わせの変化は視覚的に認識できず、連続再生の効果を生み出します。 この線は、線の長さが最大4メートルの「共通」ワイヤを含む10本のより線の束と、長さが7〜10メートルの100本のより線の束で構成されています。 XNUMX番目のケースでは、各信号導体（「データ」、「同期」、「表示有効化」）は「ツイストペア」として作成され、そのXNUMX番目の導体はラインの両側で接地され、その後、すべての導体がXNUMXつのバンドルに結合されます。 知られているように、特定の条件下で、長い不一致ラインで発生する複数の信号反射、およびXNUMXつのバンドルに含まれるXNUMXつの信号ラインの干渉相互作用は、データ送信のエラーにつながる可能性があります。これは、動的光システムの場合です。美的効果の違反を意味します。 これにより、接続ラインの長さに制限が課せられ、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せられます。
シリアルインターフェースを使用する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、パルスのレベルの変化間の時間（デューティサイクル）、含まれる導線の比容量など、多くの要因に依存します。バンドルでは、等価ライン抵抗、および信号レシーバーと出力インピーダンスドライバーの入力インピーダンス。 ノイズ耐性の主な基準は、論理要素のしきい値スイッチング電圧の値であることが知られています[3]。 反転論理素子の閾値スイッチング電圧は、入力に等しい電圧が素子の出力に設定されるような値と見なされる。 TTLマイクロ回路（K155シリーズ）の場合、この値は1,1Vの標準電源電圧で約5Vです[3]。 長い非協調回線を介してデータを送受信するためのデバイスでこのようなマイクロ回路を使用すると、短い回線（5 m）で作業している場合でも、許容できるノイズ耐性を得ることができません。 事実、振幅が論理素子のスイッチングしきい値電圧（1,1 V）の値をわずかに超える複数の信号反射は、出力レジスタの複数のスイッチングを引き起こし、したがってデータ伝送エラーを引き起こします。 より高度な TTLSH 構造の IC (KR1533 シリーズ) を使用しても、それらのしきい値電圧はそれほど高くなく、標準電源電圧でわずか 1,52 V であるため、問題は解決しません [3]。 反射信号を部分的に補償するために、通常の RC フィルター (いわゆる積分チェーン) がよく使用されますが、それら自体が送信信号に歪みをもたらし、信号フロントの立ち上がり時間と立ち下がり時間を人為的に増加させます。 したがって、この方法は非効率的であり、最終的にはラインの総寄生容量が増加するだけであり、ラインの送信側の信号変換チップに追加の負荷が発生します。 RC フィルターの使用に関連する別の問題があります。 信号フロントの立ち上がり時間と立ち下がり時間の増加に伴い、論理素子のスイッチング電圧の「危険な」しきい値レベル付近での制御信号の「滞在」時間も増加し、これにより、干渉信号の影響下で出力レジスタが誤ってスイッチングする可能性が高くなります。 KR1564シリーズのCMOS構造の超小型回路を使用した場合、対称的な伝達特性により、理想値（45％）に近い電源電圧の50％レベルでのノイズ耐性とシステムノイズ耐性が得られます。送信信号の振幅が増加するため、電源電圧の増加とともに増加します。
最新のエレメントベース（高負荷容量と最大のノイズ耐性を備えた高速CMOSマイクロ回路（しきい値スイッチング電圧は供給電圧の半分にほぼ等しい））を使用すると、接続ラインの長さであるシリアルインターフェイスを備えたSDUを構築できます。そのうち、リモートガーランドのレジスタを接続するセクションを考慮すると、従来のツイストペアケーブル（シールド導体なし！）を使用した場合でも100mに達する可能性があります。 さらに、KR1554TL2タイプのシュミットトリガーを備えた強力なバッファエレメントを使用して信号をラインに変換し、その高い負荷容量により容量性負荷を直接制御できます。
長い不一致ラインの影響は、ラインとバックに沿った信号伝搬遅延時間が信号の立ち上がりと立ち下がりの前線の持続時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の出力インピーダンスとの間に不一致があると、信号が複数回反射されます。 KR1564シリーズの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5ns未満であるため、長い不一致の線の影響は、数十センチメートルの線の長さで現れ始めます。 総入力容量や単位長さあたりの比容量など、伝送線路の特性がわかれば、線路の全長に沿った信号伝搬遅延時間を計算することができます。 一般的な伝搬遅延時間は、通常 5 ～ 10 ns/m です。 接続ラインの長さが十分に長く、信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が十分に短い (つまり、傾きが大きい) 場合、等価ライン抵抗と受信側の CMOS ロジック エレメントの入力抵抗との間のミスマッチは次のようになります。側は信号反射を作成します。その振幅は素子の入力に印加される電圧の瞬時値に依存し、反射係数は等価ライン抵抗と入力ロジックの入力抵抗に依存します。エレメント。 KR1564シリーズマイクロ回路の要素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ラインの等価抵抗よりも何倍も大きいため、レシーバ入力での反射電圧はXNUMX倍になります。 この反射信号はラインに沿って送信機に伝播し、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。 高い負荷容量（KR1554シリーズ）によるCMOSマイクロ回路の利点は、容量性負荷を直接制御できることです。 これらのマイクロ回路の要素のバランスのとれた（対称的な）電流-電圧伝達特性により、ほぼ同じ立ち上がり時間と立ち下がりフロントタイムを得ることができます。 さらに、信号を回線に送信および受信するために、シュミットトリガーに基づくバッファー要素を使用できます。これにより、歪んだ信号の厳密な長方形の形状が復元され、レジスターの誤ったトリガーが排除されます。 さらに、伝達特性にヒステリシスが存在すると（KR5TL1564ICの供給電圧が2Vの場合、この値は約400 mVです）、ノイズ耐性のマージンが追加されます[3]。 回路図 このデバイスには、並列に接続された18つのレジスタが含まれています。 それらの21つは、デバイスのメインボードにインストールされているコントロールです。 LEDは、そのマイクロ回路（DD23〜DD25）の出力に接続されており、プログラミングプロセスを視覚的に観察できます。 27番目の出力レジスタ（DD29、DD10、DDXNUMX、DDXNUMX）は、リモート要素の文字列の制御です。 両方のレジスタは同期して動作しますが、プログラミングプロセスに参加するのは最初のレジスタだけです。 出力レジスタの制御、したがってデータのロードは、シリアルインターフェイスの信号ライン「データ」、「同期」、「表示イネーブル」を介して実行されます。 XNUMX番目のラインは補助です。この信号は、現在の組み合わせのロードの間、すべてのレジスタのIC出力を一時的にオフにします。これにより、低応答LEDのちらつき効果が排除されます。 したがって、リモート要素のガーランドは、XNUMX本のワイヤのみでデバイスのメインボードに接続されます（各信号導体のペアを形成するシールド（XNUMX mを超えるライン長にのみ必要）はカウントされません）：「データ」 、「同期」、「表示解像度」、「一般」。 シリアルインターフェースを使用しているため、このようなデバイスの構造により、プロトコルを大幅に複雑にすることなく、最小限のハードウェアコストで軽量要素の数を増やすことができます。 それらの最大数は、通信回線のノイズ耐性と電源の負荷容量によってのみ制限されます。 エレメントDD4、DD12に組み立てられたRFクロックジェネレータのタイミングエレメントC3.3R3.4の指定された値を使用して、トリマー抵抗R13エンジンを最大抵抗に対応する位置に設定します（これは、 RFジェネレーターの周波数（FT \ u20d 100 KHz）と、ワイヤーのツイストペアを使用した信号導体ラインの実行では、その長さはXNUMXメートルに達する可能性があります。 このデバイスは、AT16C16384-28PIタイプの16 Kbps（15ビット）の容量を持つ電気的消去（EEPROM）を備えた不揮発性メモリICを使用します。 32つの組み合わせに対応するメモリの量は32ビットです。 ダイナミックライトエフェクトの形成の全サイクル、たとえば「ランニングファイア」は、32の組み合わせで構成されます。 したがって、このようなエフェクトが占めるメモリの量は32x1024 = 16384ビットであるため、EEPROMに同時に書き込むことができるこのタイプのエフェクトの最大数は1024/16=64です。 この効果は最もリソースを消費するため、EEPROMアドレス空間をあまり占有しない動的光効果の実際の数ははるかに多くなる可能性があることを考慮に入れる必要があります。 ガーランドの同じ数の要素でさらに多くの効果を得るには、EEPROMチップをAT28C64-15PIに置き換え、アドレスカウンタのビット深度を増やすことで、メモリの量を最大XNUMXKbまで増やすことができます。 。 プログラミングプロセスは非常にシンプルで便利です。1つのボタンを連続して押すことで実行されます。 発光素子の組み合わせは、SB0-「レコード「2」」とSB1-「レコード「3」」の3つのボタンを連続して押すことで設定されます。これらは、ラインへのオンとオフのLEDの導入に対応します。 このレベルはレジスタの対応する出力に表示されるため、「ゼロ」のエントリはオンLEDに正確に対応します。 レジスタに書き込まれたLEDの組み合わせは、示されたボタンのいずれかを次に押した直後に1桁右にシフトされます。 生成された組み合わせは、SB2ボタンを3回押すだけでEEPROMに記録されます-「組み合わせを保存する」。 この場合、一連のパルスが自動的に生成され、制御レジスタの現在の状態がEEPROMに書き込まれます。 このようなプログラミングアルゴリズムでは、コントロールバーに組み合わせを入力した直後にSBXNUMXボタンを押す必要がないため、プログラミングプロセス中にユーザーが発生する可能性のあるエラーを完全に排除できることを強調しておく必要があります。 SBXNUMXボタンとSBXNUMXボタンの使用が正しい組み合わせで入力されていることを確認した後でのみ、SBXNUMXを押してください。 どのように動作します 自律的にプログラム可能な 32 チャネル SDU の電気回路図を図 1 に示します。 8.この図は、接続線の1つの信号導体を使用して、2つのマイクロ回路で構成されるXNUMXつの出力レジスタの接続を明確に示しています。 このような出力レジスタが複数ある場合があり、並列に接続すると同期して動作します。 出力レジスタとメイン コントローラ ボードのコモン ワイヤを接続するコモン コンダクタ (図には示されていません) も接続線の一部であり、断面積が XNUMX mmXNUMX 以上のより線で作成する必要があります。 デバイスは、プログラミングと読み取りの1つのモードで動作できます。 （図は、再生モードに対応するSA1スイッチの位置を示しています）。 プログラミングモードは、スイッチSA2の低い位置（図による）に設定されます。 このモードは、赤色LEDHL3.1が含まれていることを示します。 この場合、要素DD3.2、DD3.2で収集された矩形パルスの低周波発生器の動作がブロックされ、要素DD6の出力（ピン1）に低論理レベルが形成されます。 ）。 ボタンSB2、SB0を連続して押すと、1つの同一の独立したRSフリップフロップを含むDD2チップの出力「2Q」または「4Q」に論理「1」レベルが表示されます。 出力「2Q」または「1.2Q」、したがって要素DD2の入力の10つにこれらのレベルのいずれかが現れると、その出力に正のパルスが形成され、その後の持続時間が制限されます。差別化チェーンC0R1。 DD14マルチプレクサの入力「S0」、「S0」は論理「ゼロ」に設定されているため、その出力は入力「A18」、「B23」から情報を受け取ります。 この場合、レジスタDD1、DD2の最初の桁に書き込まれるレベルは、押されたボタンSB1またはSB2によって異なります。 SBXNUMXを押すと論理ゼロが書き込まれ、SBXNUMXを押すと論理ユニットが書き込まれます。 LED HL12-HL43の制御ライン、したがって制御レジスタDD18-DD21に組み合わせを導入した後、SB3ボタンを押します。 これにより、現在の組み合わせをEEPROMに書き込むサイクルが開始されます。これは4サイクルで構成されます。 各サイクルで、レジスタDD16の内容がバッファレジスタDD21に書き込まれ、EEPROMに上書きされ、制御レジスタDD18〜DD21に含まれる情報が8ビット右にシフトされ、レジスタDD21の内容が書き込まれます。 DD18を登録します。 したがって、4番目のサイクルの終わりに、制御レジスタの4つのICすべての内容がEEPROMに書き込まれ、同時にそれらの状態が更新されます。 ボタンＳＢ３が押されると、ボタンが押された時間と同じ持続時間である、ＩＣ ＤＤ２の第３のＲＳトリガーの出力「３Ｑ」で正のパルスが生成される。 このパルスは、エレメントDD3によって反転され、微分チェーンC3R2によって持続時間が制限された後、ICDD4.1の3番目のRSフリップフロップを単一の状態に設定します。 その出力「11Q」（ピン4）からの論理ユニットは、要素DD2、DD4で作成されたRFジェネレータの動作を可能にすると同時に、に含まれる現在の光と動的の組み合わせの表示を禁止します。制御および出力レジスタ。 これは、新しい組み合わせのロード中に高速動作するLEDのちらつき効果を排除するために必要です。 また、このレベルは論理要素DD13、DD3.3の入力に影響を与え、論理レベル「3.4」の出力に最後の要素が表示され、の入力「S11.1」（ピン11.2）に影響を与えます。マルチプレクサＤＤ１４は、それぞれの入力「Ａ１」、「Ｂ１」からの出力（ピン７および９）情報への通過を可能にする。 電源投入時、カウンタDD1、DD0、DD14、DD14、DD7をリセットするための回路が動作しているため、カウンタDD9、DD1論理ユニットレベルの出力「1」（ピン6）が形成されます。 カウンタDD13の入力「CP」（ピン6）での正極性の最初のパルスの負の降下により、出力「1」（ピン2）に論理ユニットレベルが表示され、したがってレベル「要素DD1の出力で5.2"。 このレベルは、スキームに従って、マルチプレクサDD14を「通過」し、シュミットトリガーDD17.3によって反転され、制御レジスタDD12〜DD18のゲート入力「C」（ピン21）に影響を与えます（の図を参照）。図2：負の差「CLK1」）。 エレメントDD5.2の出力でのこの論理レベルは、カウンタDD6の入力「CP」で2番目のパルスが減衰するまで残ります（図1の図を参照：正のドロップ（フロント）「CLK1」）。 この期間中、2番目と4.4番目のパルスの後退の間に、負のパルスがインバータDD2の出力で生成されます（図2の図を参照：「CLK15」）。 このパルスは、IC DD16の一部である上位回路マルチプレクサを繰り返した後、制御レジスタDD17の最後のビットの出力「PR」（ピン21）から4.4ビットの情報をバッファレジスタDD2に書き込みます。 インバータDD6の出力でのパルスの立ち上がりエッジは、カウンタDD2の入力「CP」での2番目のパルスの減衰と時間的に一致します（図3の図を参照：前面「CLK6」）。 カウンタDD5.2の入力「CP」で1番目のパルスが下降すると、要素DD14の出力に正のドロップ（「CLK17.3」）が形成されます。回路とシュミットトリガーDD21を反転すると、制御レジスタDD18の最後のビットの出力「PR」からレジスタDD17.1の最初のビットに17.2ビットの情報が記録されます。 強力なシュミットトリガーDD1554およびDD2（IC KRXNUMX TLXNUMXに含まれる）がデバイスに導入され、容量性負荷のあるラインで直接動作し、ラインから反射された信号がの入力に入るのを防ぎます。制御レジスタは、対応するシグナルチェーンを分離することによって登録されます。 説明した手順は、バッファレジスタDD8がいっぱいになり、レジスタDD16の内容がレジスタDD21に書き換えられるまで18回繰り返されます。 バッファレジスタの入力「C」で8番目の負の同期パルスが完了すると（図2の図を参照：フロント「CLK2」）、レジスタDD16の現在の状態がDD21レジスタに完全に書き換えられます。 これは、入力「CP」カウンタDD58で6番目のパルスが減少したときに発生します。 この減少により、カウンターDD6は3番目の状態になります。 この時点で、カウンタDD7はすでに7番目の状態にあるため、要素DD12.1の入力に来る論理ユニットのレベルの12.1つの信号により、論理ゼロレベルがその出力に表示されます。 したがって、DD2エレメントの出力では、エレメントDD3.3、DD3.4で作成されたRFジェネレータのパルス繰り返し周期と同じ持続時間の負のパルス（「CS」、図15を参照）が生成されます。 .0。 スキームに従って、下部を「通過」した後、IC DD1マルチプレクサ（スイッチSA15によって設定された「ゼロ」レベルがその「S8」入力に設定されていることを思い出してください）、この負のパルスは、「 CS」（「チップセレクト」-「クリスタルセレクト」）により、EEPROM DD16の入力A0〜A10に設定されたアドレスのバッファレジスタDD13の出力で生成されたXNUMXビットの情報のパラレルレコードを生成します。 IC EEPROM DD13のアドレス空間の充填の視覚的制御は、バイナリカウンターDD3、DD11、DD8.1の現在のアドレスを表示するLED HL8.2 - HL9.1のラインによって実行されます。 最初の 3 つの LED HL9-HL25、緑色はアドレス空間の最初の 10% の充填を示し、黄色の HL25 は緑色と組み合わせて - 50 から 11% まで、赤色の HL50 は黄色と緑色と組み合わせて - 100 から 8.1% までです。 書き込みモードですべての LED が同時に点灯する場合は、最後の 8.2 つのアドレスのセルを除いて、EEPROM アドレス空間全体がいっぱいであることを示します。 最後の9.1つのアドレスで光の動的な組み合わせを記録した後、カウンターDD3、DD11はゼロに設定され、DDXNUMXはXNUMX番目に設定され、これにはLED HLXNUMX-HLXNUMXの消灯が伴います。 すべてのアドレス行は「ゼロ」レベルに設定されています。 この場合、番組の録画を繰り返すことができる。 読み取りモードは、緑色のLED HL1の点灯に対応する図に従って、SA1スイッチを上の位置に切り替えることによって設定されます。 EEPROMアドレス空間全体のプログラミングを完了しなくても、デバイスはいつでもこのモードに切り替えることができます。 この場合、先にアドレスに記録されたプログラムは、現在のアドレスからアドレス空間の終わりまで再生され、その後、EEPROMのゼロアドレスから開始してプログラム再生サイクルが続行されます。 電源を入れる前に読み取りモードが設定されている場合、要素C6R15、DD1.3、DD1.4、DD5.1で組み立てられたリセット回路は、カウンターDD6、DD7、DD8.1、DD8.2、DD9.1を設定します。 1からゼロ。 このモードでは、左からの論理ユニットのレベル、スキームに従って、スイッチSA3.1の出力は、周波数で要素DD3.2、DD10で作成された低周波発生器の動作を可能にします約3.2Hzの。 DD4.1エレメントによって反転され、C3R11微分チェーンの持続時間を制限した後、DD4エレメントの出力からの正極性のパルスにより、ICDD2の6番目のRSフリップフロップが次のように設定されます。単一の状態。 このモードでは、カウンタDD10.1の入力「CP」で最初の正のパルスが減少すると、カウンタDDXNUMXが単一の状態に設定され、要素DDXNUMXのゼロ状態に切り替わります。 その出力からの論理ゼロのレベルは、要素DD10.2によって反転され、要素DD11.4の入力に影響を与え、この要素の1番目の入力に来る「16」のレベルとともにレベルを設定します。その出力で「2」。 このレベルにより、バッファレジスタDD6の出力が2番目の状態に切り替わります。これで入力になります（図4の図を参照：前面の「SL」）。 カウンタDD1の入力「CP」の出力「5.3」（ピン12.3）での13番目のパルスの下降時に、要素DD2を単一の状態に変換する論理レベル「15」があります。 その出力からのユニットレベルは、DD0要素の入力に影響を与え、この要素の1番目の入力に来る論理ユニットのレベルと組み合わせて、その出力で論理ゼロレベルを設定します。 このロジックレベルは、EEPROM IC DD13の入力「OE」（「出力イネーブル」-「イネーブル出力」）に作用し、出力をアクティブ状態に切り替えます（図0の図を参照：「OE」を拒否）。また、スキームによれば、マルチプレクサDD7（入力「S0」がレベル「10」に設定されているため）は、下部を「通過」し、入力「」でEEPROMICDDXNUMXを選択します。 CS」。 EEPROMの出力「DXNUMX」〜「DXNUMX」では、アドレス入力「AXNUMX」〜「AXNUMX」に現在設定されている現在のアドレスにデータが書き込まれているように見えます。 同時に、カウンターDD6の入力「CP」での16番目のパルスの下降時に、バッファーレジスターDD2への並列書き込みの負のパルスの形成が始まります（図2の図を参照：最初の下降 " CLK11.3")。 このパルスは、読み取りサイクルの 4 つのサイクルのそれぞれの開始時に要素 DD8 の出力で生成されます。 制御および出力レジスタの 1 つのクロック パルス (「CLK16」) のそれぞれの形成前。 バッファ レジスタ DD2 への並列書き込みパルスの形成 (図 2 の図を参照: "CLK6" の最初のエッジ) は、"CP" カウンター DD6 の入力での 12.3 番目のパルスの減衰によって完了します。 カウンタDD13の入力「CP」での2番目のパルスの低下で、要素DD6は論理ユニットの状態に切り替わり、次にIC EEPROM DD16の出力を2番目に転送します（ハイ-抵抗) 状態 (図 16 の図を参照: 前面 "OE" ).カウンタ DD13 の入力 "CP" での 2 番目のパルスの立ち下がりは、バッファ レジスタ DD0 の出力をアクティブ状態に切り替えます (参照図 7 の図: 減少 "SL")。 バッファレジスタDD13およびEEPROM DD1の出力段をオンおよびオフに切り替える瞬間の時間の分離は、これらのマイクロ回路の出力段の正確な協調動作に必要です。 読み取りモードのタイミング図 (図 1 を参照) からわかるように、最初に EEPROM DD8 の出力 "D16" ～ "D2" がオフになり、RF ジェネレータの 16 サイクル後に出力がオフになります。 DD1 はバッファレジスタの「13」～「XNUMX」をオンにします。 さらに XNUMX サイクル後、DDXNUMX 出力がオフになり、さらに XNUMX サイクル後、DDXNUMX 出力がオンになります。 カウンタ DD6 の入力「CP」での 6 番目のパルスの下降時に、バッファ レジスタ DD2 の読み取り (「CLK16」) と制御レジスタ DD1 ～ DD18 への書き込み (「CLK21」) のパルスの同時形成が開始します。 . レジスタ DD2 ～ DD1 での書き込みパルスの形成 (図 18 の図を参照: 先頭の「CLK21」) は、読み取りパルスの形成が終了する 1 サイクル前に終了します (図 2 の図を参照:バッファレジスタＤＤ１６の２番目の前方「ＣＬＫ２」）。 その結果、バッファ レジスタ DD2 の内容はレジスタ DD16 に書き換えられ、後者の内容はレジスタ DD16 に順次書き換えられます。 現在の組み合わせの読み取りサイクルが完了すると、カウンタ DD18 の出力「19」（ピン 2）に負のドロップが形成されます。 .4 要素は、カウンタ DD8.1、DD5 をリセットし、14 番目の RS フリップフロップ IC DD1.3 をゼロ状態に設定します。 その出力からの論理レベルが低いと、エレメント DD6、DD7 に組み立てられた RF ジェネレータの動作がブロックされます。 要素ＤＤ３．４の出力は論理ゼロの一定レベルに設定される。 同時に、4番目のRSフリップフロップDD2の出力「3.3Q」（ピン3.4）からの「ゼロ」のレベルは、制御DD3.4-DD4の出力を切り替え、出力DD13、DD2、DD18、 DD21 はアクティブ状態に登録され、現在のライトとダイナミックの組み合わせを示すことができます。 この場合、レジスタの出力でコードの組み合わせが固定され、低周波発生器の出力で次の正のパルスがドロップするまで、LED ラインに表示されます。 構造と詳細。 メインコントローラーは、100x150 mmの寸法のプリント回路基板上に組み立てられ（図3）、出力レジスターは、両面メタライゼーションを備えた厚さ25mmのホイルグラスファイバー製の80x4mm（図1,5）です。 PCB図面は、アマチュア無線研究所での製造を容易にするフリーハンド図面用に開発されました。 破線で示されている接続は、細いより線絶縁で行われます。 このデバイスは、MLT-0,125タイプの固定抵抗、変数-SP3-38b、コンデンサK10-17（C1-C6、C8）、K50-35（C7、C9-C16）を使用します。 LED-超高輝度、3色、メインコントローラーボード上-直径10 mm、リモートガーランド内-15 mm KIPM-1タイプ、交互に配置。 もちろん、発光素子の他の組み合わせも可能です。 白熱灯や並列接続されたLEDの花輪など、より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。 保護ダイオードVD2とデカップリング（VD3、VD1）は、任意の中電力シリコンにすることができます。 ボタンSB3-SB1、タイプKM1-1、およびスイッチ、タイプMT-XNUMXは、コントローラーボードに直接はんだ付けされています。 それらのために、対応する構成の穴が提供されます。 上記のように、ライトエレメントのリモートガーランドを制御する出力レジスタマイクロ回路（DD22-DD29、図5を参照）は、ツイストペア線でメインコントローラボードに接続されています。 それらを含める（追加の反転シュミットトリガーを考慮に入れる）は、制御レジスタのIC DD18-DD21（図1を参照）に似ていますが、出力レジスタの最後のICDD29の転送出力「PR」からのデータは次のとおりです。出力レジスタは受信モード（ダウンロードではなく読み取り）の情報でのみ機能するため、使用されません。 ライトエレメントのリモートガーランドとメインコントローラーは、個別の安定化された12V電源から電力を供給されます。デバイスが消費する電流は600mAを超えません（これは、すべてのLEDが同時に点灯したときのピーク値です。 ）、およびKR1533IR24 ICを使用する場合、750mAを超えません。 したがって、電源装置には適切な負荷容量が必要です。 特に出力（リモート）レジスタに電力を供給する場合は、最小負荷電流が1A以上の電源を使用することをお勧めします。 これにより、電源回路を介してレジスタマイクロ回路の信号回路に誘導される干渉信号の振幅が減少します。 前述のように、出力レジスタ（DD23、DD25、DD27、DD29）のデータは、シリアルインターフェイスの信号ライン「データ」および「同期」を介して送信されます。 KR1554 TL2（74HC14）ではなく、KR1564 TL2（74AC14）マイクロ回路の要素が、メインコントローラーボードのバッファートランスレーターとして使用されていることに注意してください。 （最大24 mA）容量性負荷を直接制御します。 ライン長が短い場合（最大10 m）、クロックパルス周波数は最大（100 kHz）に設定され、トリミング抵抗R13スライダーは最小抵抗に対応する位置に設定されます。 ラインの長さが大幅に長くなると（10 m以上）、隣接する導体によって信号ラインに誘導される干渉信号の振幅が大きくなります。 干渉の振幅が入力シュミットトリガーのスイッチング電圧しきい値を超えると（ヒステリシスを考慮して）、通信障害が発生する可能性があります。 このような状況を回避するために、コントローラーが比較的長いライン（10〜100 m）で動作している場合、抵抗R13を使用してRFジェネレーターの周波数をわずかに下げる必要がある場合があります。 この場合、ダイナミックライトの組み合わせの読み込み速度は低下しますが、LEDのちらつきの影響は「表示有効」信号によって完全にマスクされるため、デバイスの動作に視覚的な違いはありません。 RFジェネレータの可能な限り低い周波数（20 kHz）でも、動的な組み合わせの最大リフレッシュ時間は400 µsx32パルス=12800µs（12,8 ms）であり、これは約78Hzのリフレッシュレートに相当します。 この周波数は、人間工学に基づいた85Hzの値に近い値です。 メインコントローラボードで使用されるタイプKR16IR18（21HC1564の直接アナログ）のレジスタDD24、DD74-DD299は、KR1554IR24（74AC299）、および極端な場合にはKR1533IR24に置き換えることができます。 KR1533IR24（SN74ALS299）マイクロ回路はTTLSH構造であり、静的モード（約35 mA）でもかなり大きな電流を消費するため、リモート（出力）レジスタにはKR1564IR24（74HC299）タイプのCMOSマイクロ回路を使用することをお勧めします。 メインコントローラボードでは、KR1554、KR1564、またはKR1533シリーズのいずれかのレジスタを使用できます。 EEPROM AT28C16-15PIがない場合は、静的タイプRAM KR537RU10（RU25）を使用できます。 この場合、制御プログラムを長期間保存する必要がある場合は、電源がオンになっているLR3（AAA）タイプの03つの要素で構成される電圧9Vのバックアップ電源を使用する必要があります。 [1]に示すように、DXNUMXBタイプのデカップリングゲルマニウムダイオードを介して。 図に示されている電流制限抵抗R1-R142を備えた一体型スタビライザーDA5（KR17EN59B）は、ラジエーターを必要としませんが、超高輝度LEDが利用できない場合は、通常の標準輝度を使用できます。 同時に、抵抗器R17〜R59の値を100〜2倍に減らす必要があり、スタビライザーは少なくとも9cm15の面積のラジエーターに取り付ける必要があります。 メインコントローラボードと出力レジスタの両方の供給電圧は9〜13Vの範囲で選択できますが、それが増加すると、スタビライザICで消費される電力はそれらにかかる電圧に比例して増加することに注意してください。 。 光と動的の組み合わせのスイッチング周波数は、抵抗RXNUMXを調整することで変更でき、非常に長い回線で作業する場合のダウンロード速度はRXNUMXです。 プログラミング技術 デバイスを操作できるように準備するには、SB1-SB3ボタンを使用して動的ライトの組み合わせをEEPROMメモリに入力します。 別のオプションも可能です。たとえば、[4]で説明されている方法に従って生成された制御プログラムを、標準のプログラマーを使用して記述し、デバイスボードに事前にはんだ付けされたソケットにEEPROMICを取り付けます。 例として、「連射」エフェクトのプログラミングを考えてみます。 プログラミングの前に電源がオフになっていると仮定します。 例1.「RunningFire」効果。 電源を入れてください。 LED HL3-HL11は点灯しないはずです（メーターDD8.1、DD8.2、DD9.1-ゼロ状態）。 プログラミングモードは、赤色LEDHL2で示されます。 SB1ボタンを12回押します。 HL3LEDのアクティブ化を制御します。 SB18ボタンを21回押します。 （これにより、現在の組み合わせが記録され、制御レジスタDD2〜DD12の内容が同時に更新されます）。 SB13ボタンを3回押します。 HL2LEDの消灯とHL13の組み込みを制御します。 SB14ボタンを3回押します。 SBXNUMXボタンをXNUMX回押します。 HLXNUMXLEDの消灯とHLXNUMXの組み込みを制御します。 SBXNUMXボタンをXNUMX回押します。 点灯しているLEDがすべての位置を通過するまで繰り返します。 プログラミング中にSB3ボタンを押すと、HL8.1-HL8.2 LEDラインによって表示されるカウンターDD9.1、DD3、DD11の出力でのバイナリコードの組み合わせが変更されます。 「トラベリングシャドウ」効果をプログラミングする別の例は、[1]で検討されています。 前述のように、このデバイスは軽元素の数を増やす可能性があります。 このため、このデバイスは、たとえば、照明ディスプレイのコントローラとして使用できます。 ガーランド要素の数は、シリアルインターフェイスプロトコルを大幅に変更することなく、数十に達する可能性があります（XNUMXの倍数で増やすと便利です）。 必要な制御レジスタと出力レジスタの数を設定し、それに応じてクロックパルスの数を変更するだけで済みます。 当然、XNUMXつの動的光の組み合わせに対応するEEPROMアドレス範囲の変化を考慮する必要があります。 XNUMXを超える要素を持つ花輪を制御する必要がある場合は、追加のバッファレジスタを使用する必要があります。 この場合、バッファレジスタへのデータ転送はより低いクロック周波数で実行され、バッファレジスタへのデータ転送サイクルが完了した後、データは出力に接続された出力レジスタに書き換えられます。 これにより、現在の光と動的の組み合わせを表示する瞬間に、シリアルインターフェイスの回線を介して大きなデータパケットを直接転送できます。 当然、これにはプロトコルの複雑さが必要になります。 ダイナミックライトデバイスでのシリアルインターフェイスの実装に関連するすべての質問については、記事の冒頭に記載されている作成者の電子メールアドレスにリクエストを送信することでアドバイスを得ることができます。 文学:
著者: Odinets Alexander Leonidovich、Electronic_DesignArt@tut.by、ミンスク、ベラルーシ
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