Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлением - Своими руками
Своими руками

Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлением

>

Приветствую, Самоделкины!
Из этой статьи Вы узнаете, как своими руками собрать цифровой ШИМ регулятор полностью на дискретной логике.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемДальнейшая инструкция взята с YouTube канала «AKA KASYAN». Стоит отметить, что предложенный в данной статье вариант схемы цифрового ШИМ генератора не претендует на идеальный и единственно верный.

Схема. Для упрощения было решено реализовать принцип генерации из ШИМ, который используется в микроконтроллерах. Давайте разберем данный принцип более подробно.

Имеется некий счетчик, который считает от 0 до своего предела, а в момент обнуления генерируется сигнал сброса.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемПри этом каждое значение в счетчике сравнивается со значением в некотором регистре, и когда они равны, также генерируется сигнал, но уже установки.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемВ результате мы получаем ШИМ сигнал.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемНадеюсь, общий принцип понятен всем. Теперь переходим к микросхемам. Сперва давайте соберем все в симуляторе.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемПервое, что нам понадобится — это генератор тактовых импульсов. В симуляторе для стабильности заменим его на готовый генератор.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемТеперь необходимо отправить сигнал с генератора на счетчик. Допустим, пускай счетчик будет десятичный К155ИЕ2.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемОтлично, программа-симулятор показывает, что данные на выходе счетчика присутствуют, теперь необходимо сделать регистр, в котором будет храниться эталонное значение. Каким образом это можно реализовать? Самый простой вариант — это поставить еще один такой счетчик, тактовый вход которого, подать на кнопку.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемТаким образом мы получим возможность загружать в счетчик значения. Каждое нажатие на кнопку увеличивает значение на единицу, и при достижении максимума автоматически произойдет сброс.

Хорошо, теперь можно сравнивать эти два значения, то есть, когда 4 бита первого счетчика равны 4-ем битам второго, нужно чтобы формировался сигнал установки.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемРеализовывается это довольно просто. В данном примере на помощь приходит микросхема «Исключающего ИЛИ». На изображении ниже представлена таблица истинности такого элемента:
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемКогда значения на входах равны, то на выходе получаем логический ноль, а когда данные различаются — логическую единицу. Итак, применим микросхему К155ЛП5.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемВсе 4 элемента подключаем парами, первый выход с первого счетчика и первый выход со второго счетчика, и так далее. После чего все выходы «Исключающего ИЛИ» соединяем через диоды и подтягиваем к земле.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемВ итоге получаем так называемую схему «ИЛИ» на диодах. Не стоит забывать про подтягивающие резисторы, так как выход микросхемы ЛП5 с открытым коллектором.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемТаким образом, когда значения в обоих счетчиках будут равны, вот в этой точке (смотри изображение ниже) будет логический ноль.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемБезусловно в данном проекте можно использовать микросхему К155СП1 или 7485, которая как раз является цифровым компаратором для двух четырехбитных слов, но найти такой компаратор не такая уж простая задача, поэтому в данной схеме было решено применить максимально доступные компоненты.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемДалее задача состоит в следующем: необходимо обработать сигнал переполнения счетчика. У некоторых счетчиков имеется выход переполнения, на котором появляется логическая единица когда счетчик сбрасывается, но в выбранном автором счетчике такой выход отсутствует. Для решения поставленной задачи был выбран снова самый простой способ (по мнению автора). Было решено воспользоваться такой же схемой на диодах.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемВ результате в момент, когда на всех диодах микросхемы будет логический ноль, вот в этой точке (смотри изображение ниже) будет логический 0, во всех остальных же случаях логическая единица.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемДалее понадобится элемент с устойчивым состоянием, которое можно устанавливать и сбрасывать. Для этой задачи подходит триггер, возьмем микросхему К155ТМ2, это два D- триггера.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемПодтягиваем входы D и С к питанию, а использовать будем входы S и R. Для установки триггера на вход S необходимо подать 0, а на вход R – единицу. Для сброса все наоборот, на вход R необходимо подать 0, а на вход S – единицу. Для хранения, значения на обоих входах должны быть единицы. Если же будут поданы два нуля, то значение состояния триггера будет неоднозначным и этот момент необходимо учитывать.
Теперь у нас имеются два сигнала. Сигнал с первой точки должен сбрасывать триггер, а сигнал со второй точки устанавливать. Подключим все по следующей схеме и подключим осциллограф к выходу триггера, чтобы посмотреть, что там за сигнал.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемКак видим, это ничто иное, как ШИМ сигнал, который имеет 10 состояний, примерно от 0 до 90 процентов заполнения, если снимать сигнал с прямого выхода триггера, и от 10 до, примерно, 100 процентов заполнения, если снимать сигнал с инверсного выхода.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемС теорией все, теперь переходим к реальной схеме.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемСами печатные платы были заказаны на сайте китайской компании. Вы же, если решите повторить данный проект, можете изготовить печатные платы самостоятельно, или также можете заказать платы заводского изготовления. Все необходимые файлы, а также папку с gerber-файлами, можно скачать перейдя по ЭТОЙ ССЫЛКЕ.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемРазберем некоторые нюансы. Во-первых, тут необходимо позаботиться о дребезге кнопки, поэтому ставим триггер Шмитта К155ТЛ2 и простенькую схемку подавления дребезга.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемДалее собираем генератор опорной частоты, на это уйдет еще пара триггеров Шмитта.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЗатем на еще одном триггере Шмитта сделаем цепь начального сброса для второго счетчика.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемИ еще 2 триггера Шмитта будем использовать в качестве инверторов.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемТакже установим в схему мосфет с низким сопротивлением, например, серии IRL, которые предназначены для управления логическими уровнями, а значит при подаче на него напряжения 5В, он полностью откроется, при этом нагрева почти не будет.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемТакже устанавливаем несколько фильтрующих конденсаторов и понижающий стабилизатор на 5В.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемАвтор решил обойтись просто обычным линейным стабилизатором, чтобы добавить немножко теплой ламповости, но по факту здесь можно применить любой понижающий dc-dc импульсный преобразователь, что поспособствует уменьшению нагрева.
В принципе можно оставить и так, устройство может функционировать, но это не так интересно, так как не понятно, какой режим сейчас включен. Чтобы добавить данную функцию у нас по факту есть два варианта:
1) поставить дешифратор на 10 выходов и подключить его ко второму счетчику, и впаять светодиоды в количестве 10-ти штук;
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлением2) можно пойти другим путем и сделать немного интересней — поставить дешифратор KР514ИД2 и подключить к нему семисегментный индикатор.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемВыбор автора пал на второй вариант. Тут также необходимо добавить немного транзисторов для того, чтобы увеличить ток, который может дать дешифратор на сегменты.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемВсе готово, можно тестировать получившееся устройство. Для примера подключим на выход ШИМ регулятора небольшой отрезок светодиодной ленты.
Цифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемЦифровой ШИМ регулятор с кнопочным управлениемКак видим, все прекрасно работает. В итоге получаем 10 режимов яркости. На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!
Видеоролик автора:

SitesReady

Только те, кто предпринимают абсурдные попытки, смогут достичь невозможного. - Альберт Эйнштейн

Follow us

Don't be shy, get in touch. We love meeting interesting people and making new friends.