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IMMAGINE SCORREVOLE SU MATRICE DI DIODI LED

© by Vittorio Crapella

Uno studente mi scrive quanto segue:

Devo eseguire, per l’Istituto dove studio, un progetto completamente inventato da me. Ho scelto un progetto molto interessante che durante il suo funzionamento, offre un piacevole impatto visivo:

"SEGNALE D’USCITA D’EMERGENZA".

SCOPO DEL PROGETTO:

"COSTRUIRE" UNA FRECCIA ATTIVANDO UNA PARTE DI LED E ANCHE UNA SCRITTA "EXIT" POSTA NEL LATO INFERIORE. LA FRECCIA DEVE SCORRERE ORIZZONTALMENTE IN DIREZIONE SINISTRA/DESTRA, MENTRE LA SCRITTA "EXIT" DEVE LAMPEGGIARE ININTERROTTAMENTE.

QUESTO PROGETTO DEVE ESSERE COSTITUITO DA:

• UNA BASETTA DI VISUALIZZAZIONE (QUESTA SOTTO) SULLA QUALE DEVONO ESSERE PRESENTI 5 RIGHE OGNUNA DA 25 DIODI LED (25x5 =125 LED) PER LA FRECCIA E 35 PER EXIT(IN TOTALE 160 DIODI LED).
• UNA BASETTA NELLA QUALE SARANNO MONTATI I COMPONENTI ELETTRONICI NECESSARI AL FUNZIONAMENTO DELLA GRIGLIA DEI LED.

In poche parole alla fine bisogna ottenere una freccia che scorre verso destra e che deve scomparire completamente prima che ricompaia dal lato sinistro della griglia di LED.

La scritta EXIT che si deve visualizzare tramite l’accensione dei LED e che sta sotto la freccia che scorre, deve lampeggiare in continuazione senza mai fermarsi (come un semaforo che in un certo periodo è inattivo e che perciò ha la luce gialla lampeggiante: ecco, la stessa cosa la devono fare tutti i LED accesi che compongono la scritta EXIT; essi devono lampeggiare in contemporanea spegnendosi ed accendendosi).

POSSIBILE SOLUZIONE:

SCRITTA EXIT LAMPEGGIANTE:       Vedi prototipo realizzato da Omar Zu'Mot - TORINO

Per quanto riguarda il lampeggio della parola EXIT basta realizzare un multivibratore astabile con l'integrato NE555 così da avere una onda quadra che comanda un transistore tipo BDX53 (darlington di media potenza) che a sua volta mette a massa tutti i LED che compongono la scritta EXIT per la durata del semi periodo alto dell'onda quadra in modo da accenderli. Nel semi periodo che l'onda resta a livello di massa il BDX53 rimane interdetto e i LED spenti.

Con la resistenza da 82K e la capacità da 10µF si determina la frequenza dell'onda quadra che varrà circa 1Hz (T= 1,386 R C) ; ne consegue che i LED rimangono per mezzo secondo accesi e mezzo secondo spenti.

FRECCIA SCORREVOLE:

Il circuito di comando per i LED della freccia, qui sopra raffigurato, consiste in una catena di shift-register CD4015 per un totale di 28 uscite allacciate ai LED come raffigurato nello schema qui sotto rappresentato.

Gli integrati U7 e U8 sono degli shift-register CD4014 a 8 bit presettabili di tipo seriale. Con gli ingressi di preset a livello fisso di Vcc setteremo i flip-flop interni di ogni 4014 a livello alto quando i pin 9 ( PE ) permane alto in concomitanza del fronte di salita del clock (CK). Questo deve avvenire una sola volta all'accensione poi questi 13 bit (=13 file di LED della freccia) a livello alto continueranno a scorrere dentro la catena dei shift-register, infatti l'uscita pin 3 dell 4A (ultimo schit-register) ritorna sull'ingresso pin 11 del primo 4014.

La sezione che genera l'impulso per il prest é composto dai nand U6A, U6B, U6C; i primi due formano una memoria di tipo SET-RESET che all'accensione si imposta con il pin 4 a livello alto perché la capacità da 10nF tiene per un istante a livello basso il pin 5 mentre il pin 2 e tenuto alto dal pin 3 dell'NE555.

In queste condizioni i pin 8-9 dell'U6C sono a livello alto e di conseguenza l'uscita pin 10 é bassa e non può ancora avvenire il prest dei 4014. Nel frattempo con U6D si assicura a tutti i pin dei 4015 un impulso positivo di reset (RES=azzeramento) di tutte le uscite (1-28) così da garantire un livello basso a tutti i transistori ad esse collegati e cioè LED spenti. Questo impulso di reset nasce perché la capacità da 47 nF garantisce per un breve istante un livello basso ai pin 12-13 e di conseguenza un livello alto sul pin 11che va appunto alla linea di RES.

Per capire cosa avviene nel primo istante all'accensione del circuito é bene prendere in esame il seguente grafico:

Riprendendo il discorso del preset osserviamo che la memoria SET-REST (U6A-U6B) cambia stato, sul fronte di discesa del clock (CK), e porta C1 a massa che assicura pure un livello basso ai pin 8-9 di U6C cosí da avere sul pin 10 cioè PE un livello alto; sul fronte di salita del clock si verifica la condizione di preset necessaria per impostare 13 FILP-FLOP a livello alto. Il C1 attraverso R1 inizia la carica verso un livello alto, raggiunto il quale il pin 10 di U6C torna a livello basso bloccando qualsiasi altro preset infatti la memoria SET-RESET non potrà più cambiare il suo stato se non dopo uno spegnimento e riaccensione, visto che il condensatore da 10 nF sul pin 5 U6B permane carico a livello alto. La costante di tempo R1C1 deve essere piú grande di RC (circa 3/2 RC per poter avere un preset regolare).

Da questo momento in poi ad ogni fronte di salita del clock i schift-register traslano da sinistra verso destra i 13 livelli alti presettati e continueranno a ciclare per tutto il tempo che il circuito permane acceso.

Al primo fronte di salita del CK si ha già "1" a livello alto da polarizzare il primo transistore così da accendere il primo LED della punta della freccia; al secondo fronte di salita questo livello alto trasla a destra di un posto e cioè il "2" diventa alto così da polarizzare il secondo transistore e nel frattempo é sopraggiunto un altro livello alto sull' "1" e si accenderà sia il LED di prima più altri tre , due laterali del primo e un nuovo LED della punta che avanza. Al terzo fronte di salita del CK si hanno a livello altro "1", "2", "3" e pertanto si accendono tutti quelli di prima più uno nuovo della punta che avanza, i laterali delle due precedenti file di LED ; della prima fila in pratica si sono accesi tutti e 5 perché il terzo transistore fa condurre anche un ulteriore transistore che ha la base polarizzata da una resistenza da 2k2 messa verso il +12V e il suo emettitore é chiuso a massa dal collettore del terzo transistore. Questo transistore, al prossimo clock si interdirà perché il quarto transistore, conducendo, blocca la polarizzazione della sua base. Come si può capire la freccia avanza e i LED che si accendono aumentano fino al sopraggiungere del quattordicesimo clock che porta avanti uno livello basso e cioè "1" a massa così da interdire il primo transistore che comincia a spegnere il LED centrale della coda della freccia; al quindicesimo pure il "2" va basso cioé spegne altri LED e così via per tutti gli altri.

Data-Sheet CD4015       Data-Sheet CD4014

ALTRO POSSIBILE METODO:

Se si collegano le 5 righe e le 25 colonne di LED alle uscite di 4 EPROM programmate opportunamente ed indirizzate con due contatori CD4040 in cascata tali da poter indirizzare 32768 byte (celle da 8 bit), si potrá visualizzare ancora la freccia che scorre. Questa volta peró per ricostruire ogni freccia, composta da 13 led, si dovrá utilizzare 13 combinazioni messe sulle uscite con 13 clock. Considerato che dovrá scorrere, cioé spostarsi 25+13=38 volte verso destra, ed avendo a disposizione 32768 celle di 8 bit, si potrá per ogni posizione di freccia ferma avere 32768 : 37 = 871 byte + i rimanenti 541 byte per tenere tutti i led spenti. Per ogni freccia pertanto si potrá ripetere le 13 combinazione per un numero dato da 871 : 13 = 67 volte.
Se si vuole la stessa freccia ferma per 0,33 secondi il periodo del clock dovrá essere 330 mS : 871 = 0,3788 ms cioé una frequenza F = 1:T = 1:0,3788 = 2639 Hz.
I LED della freccia si accendono in modo multiplexato, ogni colonna si accende per un tempo pari al periodo T del clock e sta spento per 13 clock pari a 13 x 0,3788 mS = 4,92 ms.
Essendo il rapporto acceso spento molto basso (1/13) sará opportuno far circolare la corrente massima nei led per avere una luminositá adeguata.
Per ingannare l'occhio ed avere la sensazione che tutti i LED sono accesi in contemporanea e non in modo multiplexato, la frequenza di clock non puó scendere sotto i 300 Hz.
Con frequenza di clock 300 Hz si rallenterebbe pure lo spostamento della freccia che avverebbe circa ogni 3 secondi.
Con un clock di 1750 Hz si avrebbe uno spostamento ogni circa 0,5 secondi.

File di testo con le 38 combinazioni delle 3 eprom 27C256.

É IN PREAPRAZIONE LO SCHMEA PER LA PROVA PRATICA

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