Меню

Регулировка частоты мигания светодиода



Мигаем светодиодом по CRT гамме

Вернёмся к примеру с плавным миганием светодиода/ленты из урока про светодиоды.

Если вы соберёте схему и загрузите пример, то увидите, что яркость меняется неравномерно, нелинейно. Дело в том, что человеческий глаз воспринимает яркость экспоненциально, и для улучшения восприятия мигающего светодиода ШИМ сигнал тоже надо менять нелинейно, по так называемой CRT гамме (читай на Википедии). На следующем графике по вертикальной оси – светимость, по горизонтальной – условное напряжение.

Как задать изменение ШИМ сигнала по такому закону? Есть несколько способов, давайте обо всём по порядку.

Степенное уравнение

В основе лежит уравнение вида out = (maxOut / (maxOut^gamma)) * (val^gamma) , где val – “обычное” значение для ШИМ, out – новое, скорректированное, maxOut – максимальное значение для val, а gamma – коэффициент коррекции гаммы, обычно принимается в диапазоне 2.0-3.0. На графике перехода обычного сигнала (горизонтальная ось) в скорректированный (вертикальная ось) это выглядит так:

В принципе этим уравнением уже можно пользоваться, возьмём наш пример с плавно мигающим светодиодом и добавим в него функцию для перевода “линейного” ШИМ в CRT с гаммой для примера 2.46. Также я заранее посчитал первую скобку (255.0 / pow(255, 2.46)) , потому что её значение меняться не будет:

Если теперь попробовать менять яркость реального светодиода, вы увидите разницу: изменение яркости стало более приятным глазу! Для 10 бит ШИМ формула будет такая: 0.000040326 * pow(val, 2.46) .

Чем хорош данный способ? Он позволяет выбрать гамму с любой точностью, и это его единственный плюс. Из-за использования дробных степеней (функция pow() ) вся функция выполняется очень долго, в районе 400 мкс, а также требует подключения библиотеки для таких вычислений, что прибавляет программе аж 2 килобайта Flash! То есть в два раза больше, чем есть например в ATtiny13!! Попробуем оптимизировать способ.

Таблица

В программировании часто используется табличный подход: если существует фиксированный набор значений вычисления уравнения, то его можно посчитать заранее, сохранить как массив и использовать готовый результат напрямую. Давайте запишем результаты предыдущего уравнения для диапазона 0-255 и сохраним в PROGMEM. Таким образом получим 256 байт в памяти вместо 2 килобайт расчётов. Круто? Круто, влезет даже в тини!

При помощи таблицы можно выводить любую гамму, заранее её посчитав. А как быть с 10 битами? Таблица займёт 1024*2, то есть 2 килобайта! Для 10 бит таблица будет неоправданно много “весить”, пусть даже доступ к таблице в сотни раз быстрее вычислений: около 0.8 микросекунды!

Более правильная таблица

Полином

Что ещё можно сделать с графиком, чтобы его “запомнить” в памяти? Правильно, попробовать заменить его более простой функцией. Загнав таблицу в Excel и построив линию тренда видим, что CRT вполне сносно аппроксимируется полиномом, который гораздо проще вычислить.

Расхождения появляются в нижней части, но их можно обойти при помощи условия: если меньше начального значения, то считать результат нулём. Итоговая функция с чуть подправленным уравнением:

Мы не сильно потеряли в точности CRT кривой, но зато сильно ускорили и облегчили код: перевод выполняется за 56 микросекунд, а во Flash памяти занимает

1 килобайт за счёт использования float . Если он используется где-то ещё в коде, дополнительно память практически не займётся. Также способ является универсальным для любой битности и гаммы. Но можно пойти ещё дальше!

Парабола x^2

Если принять gamma равной 2, при которой график всё ещё весьма далёк от линейного и всё ещё отлично работает, то можно заметить (и по графику, и по функции), что это обычная парабола x*x . Таким образом формула упрощается до out = (long)val * val / maxOut , где maxOut будет двойкой в степени, а как мы знаем из урока по оптимизации, деление на такие вещи можно заменить сдвигом. Формула примет вид out = ((long)val * val) >> bit , где bit – разрядность ШИМ. Такое уравнение приведёт к тому, что результат не достигнет максимума на единицу (потеряется при делении). Для округления в большую сторону при целочисленном делении запишем в общем виде так: out = ((long)val * val + (2^bit) — 1) >> bit . Не нужно пугаться, потому что в частном случае для 8 и 10 бит наша конвертирующая функция будет выглядеть вот так:

И всё! Можно подставить её в предыдущий “полный” пример с миганием светодиода и наслаждаться. А что по скорости и весу? Всё очень круто, потому что мы используем целочисленные вычисления и даже не используем деление: расчёт выполняется за 4 микросекунды, а занимает всего 150 байт.

Парабола x^3

Точно так же можно подставить gamma = 3 в исходное степенное уравнение CRT и получить упрощение до кубической параболы, которая будет вычисляться чуточку медленнее обычной, но результат будет более приятен глазу!

Что использовать?

Промежуточные выводы были сделаны в каждом способе, вот общая таблица для преобразования 8 бит ШИМ:

Уравнение CRT Выполнение, мкс (при 16 МГц) Flash память, байт
Степенное 365 1920
Полином 56 960
Парабола кубическая 16 170
Парабола квадратная 4 152
Таблица 0.8 360

В общем случае рекомендуется использовать параболический CRT как самый оптимальный по памяти и скорости выполнения (кубическая парабола приятнее воспринимается глазом, чем квадратная), а также с лёгкостью вместится даже в тиньку13. Остальные способы приведены для развития, это всё-таки урок =)

Читайте также:  Подсветка ног с регулировкой яркости

Источник

3 варианта реализации простой схемы с мигающим светодиодом

Схема с мигающим светодиодом похожа на электронную версию программы «Hello World». Она такая же простая как и эта программа, которую пишет любой начинающий программист.

Это простая электронная схема, которая дает визуальную подсказку, работает ли она. Это была одна из первых схем, которую я когда-то давно построил.

Цель её состоит в том, чтобы светодиод мигал.

Три разных способа создания такой схемы

Есть несколько способов сделать схему с мигающим светодиодом. Вы можете сделать один вариант с помощью реле. А второй вариант — используя транзисторы. Или вы можете сделать 3 вариант, используя компоненты, такие как инвертор, 555 таймер или микроконтроллер.

Я собираюсь показать вам три способа построения схемы с мигающим светодиодом, используя:

Вариант 1: Схема на основе реле

Самый простой способ заставить диод мигать (или, по крайней мере, самый простой для понимания) заключается в следующем:

В приведенной выше схеме вы видите батарею, реле (в красном квадрате) и лампочку (вы можете взять и светодиод). Чтобы понять схему, вам нужно знать, как работает реле .

Когда на катушку реле подается питание, переключатель отключит питание от электромагнита и вместо этого подключит питание к лампочке, чтобы она загорелась.

Но когда на реле больше не подается питание, оно переключится назад и отключит питание от лампочки и снова выдаст питание на электромагнит.

Затем цикл начинается заново.

Проблема с вышеописанной схемой заключается в том, что она будет переключаться так быстро, что вы не увидите, что лампочка мигает.

Для решения этой проблемы вы можете ввести временную задержку, используя резистор и конденсатор (см. рисунок ниже).

Когда вы подаете питание на вышеуказанную цепь, аккумулятор начинает заряжать конденсатор через резистор R2.

Через некоторое время катушка реле переводит реле в другое положение.

Это заставит светодиод включиться.

Поскольку конденсатор теперь заряжен, он будет удерживать реле в этом положении. Но конденсатор обладает достаточной энергией только для того, чтобы электромагнит в реле немного работал до того, как он разрядится.

Когда на конденсаторе нет энергии, реле возвращается в исходное состояние и снова выключает светодиод.

Затем цикл повторяется.

Для этой схемы с указанными выше значениями компонентов я рекомендую реле DS2Y-S-DC5V или аналогичное.

Вариант 2. Схема с 2 мигающими светодиодами на основе транзисторов

Схема мигания светодиода с использованием транзисторов называется нестабильным мультивибратором (см. рисунок ниже).

Чтобы понять эту схему, вам нужно знать, как напряжения и токи ведут себя вокруг резисторов, конденсаторов и диодов .

Выжимка по этой схеме:

Два конденсатора С1 и С2 будут попеременно заряжаться и разряжаться и, таким образом, включать и выключать транзисторы Q1 и Q2. Когда транзистор включен, он пропускает ток через себя, и, как итог, соответствующий светодиод L1 или L2 загорается.

Вариант 3. Схема на основе логического инвертора

Это, вероятно, самая легкая схема с мигающим светодиодом, когда речь идет о количестве компонентов: вам нужно всего три компонента!

Инвертор — это логический компонент, который выдает противоположный сигнал входному сигналу. Если он получает высокое напряжение, он выдает низкое напряжение. И наоборот.

Высокое напряжение — это напряжение, близкое к напряжению питания. Низкое напряжение — это напряжение, близкое к нулю.

На принципиальной схеме видно, что выход инвертора (U1) подключен обратно к входу с помощью резистора R1. Это означает, что если на входе присутствует высокое напряжение, выходной сигнал будет низким. Но так как выход подключен обратно к входу, вход будет низким. Теперь, когда входной сигнал низкий, выходной сигнал будет высоким. Это означает, что вход снова будет высоким, и так далее…

То есть он будет продолжать прыгать между высоким и низким напряжением.

Чтобы замедлить прыжок вперед и назад, я использовал конденсатор на входе инвертора. Резистор R1 контролирует, какой ток возвращается на зарядку конденсатора на входе. Следовательно, номинальное значение R1 и конденсатора C1 будет определять скорость мигания.

Источник

Мигающие светодиоды (Blinking LEDs)

Устройство и параметры мигающих светодиодов

Мигающий светодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 – 3 Гц. Многие, наверное, видели такие светодиоды на прилавках магазинов радиодеталей.

Есть мнение, что с практической точки зрения, мигающие светодиоды бесполезны и могут быть заменены более дешёвой альтернативой – обычными индикаторными светодиодами, которые стоят дешевле.

Возможно, такой взгляд на мигающие светодиоды имеет право на жизнь, но хотелось бы сказать несколько слов в защиту мигающего светодиода.

Мигающий светодиод, по сути, представляет завершенное функциональное устройство, которое выполняет функцию световой сигнализации (привлечения внимания). Отметим то, что мигающий светодиод по размерам не отличается от рядовых индикаторных светодиодов.

Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип-генератора и некоторые дополнительные элементы. Если выполнить генератор импульсов на стандартных элементах с использованием обычного индикаторного светодиода, то конструктивно такое устройство имело бы куда большие размеры. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален – напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от 3 до 14 вольт – для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Перечислим отличительные качества мигающих светодиодов.

Компактное устройство световой сигнализации

Читайте также:  Регулировка фар в баку

Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)

Различный цвет излучения. В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно – 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.

Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предъявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию – мигающие светодиоды очень экономичны, т.к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах.
Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок – пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Разберёмся подробнее в конструкции мигающего светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.

Чип генератора размещён на основании анодного вывода.

Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора – он работает постоянно — частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,53 Гц.
Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

В микроэлектронике для создания конденсатора ёмкостью несколько микрофарад потребовалось бы использование большей площади полупроводника для создания обкладок конденсатора, что с экономической стороны нецелесообразно.

Чтобы не расходовать площадь подложки полупроводника на создание конденсатора большой ёмкости инженеры пошли на хитрость. Высокочастотный генератор требует небольшой ёмкости конденсатора во времязадающей цепи, поэтому и площадь обкладок минимальна.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.

Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует. Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

На примере мигающего светодиода L-816BID фирмы Kingbright рассмотрим основные параметры мигающих светодиодов.

Частота вспышек светодиода L-816BID непостоянна и изменяется в зависимости от напряжения питания.

Как видно из графика с увеличением питающего напряжения (forward voltage) частота вспышек светодиода L-816BID уменьшается c 3 Гц (Hz) при напряжении питания 3,5 вольт, до 1,5 Гц при 14.

Зависимость прямого тока (forward current), протекающего через светодиод L-816BID, от приложенного постоянного прямого напряжения (forward voltage) показана на графике. Из графика видно, что максимальный потребляемый ток – 44 mA (0,044 A). Минимальный потребляемый ток составляет 8 mA.

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода, например, при покупке, можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Цоколёвка выводов мигающих светодиодов аналогична цоколёвке обычных светодиодов. Длинный вывод – анод (+), более короткий – катод (-).

Источник

Мигающий светодиод: как сделать, подключить и где применять

Моргающий световой сигнал находит широкое применение – от особого режима работы фонарей до индикации сложной аппаратуры. В его основе все чаще используется мигающий светодиод, как надежная и долговечная альтернатива любым другим видам светоисточников.

Рассмотрим, каков его принцип действия, какие готовые решения подобного прибора доступны сегодня на рынке, как сделать, чтобы лед-элемент, функционирующий в обычном режиме, стал работать в мерцающем ритме, какова общая сфера их применения, а также как своими руками на их основе изготовить гирлянды и бегущие огни.

Принцип действия

Светодиод с мигающим световым излучением – это стандартный лэд-кристалл, в электрическую схему питания которого включены задающие режим функционирования емкость и резистор. Внешне он ничем не отличается от обычных аналогов. При этом механизм его работы на уровне процессов, происходящих в электрической цепи, сводится к следующему:

  1. При подаче тока на резистор R накапливается заряд и напряжение в конденсаторе С.
  2. При достижении его потенциала 12 вольт образуется пробой в p-n-границе в транзисторе. Это повышает проводимость, что и инициирует производство светового потока лед-кристаллом.
  3. Когда напряжение снижается, транзистор снова становится закрытым и процесс начинается заново.

Все модули такой схемы функционируют на единой частоте.

Готовые мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды от различных производителей по сути представляют собой функционально завершенные, готовые к применению в различных областях схемы. По внешним параметрам они мало чем отличаются от стандартных лед-устройств. Однако в их конструкцию внедрена схема генераторного типа и сопутствующих ему элементов.

Среди главных преимуществ готовых мигающих светодиодов выделяются:

  1. Компактность, прочность корпуса, все компоненты в одном корпусе.
  2. Большой диапазон напряжения питающего тока.
  3. Многоцветное исполнение, широкое разнообразие ритмов переключения оттенков.
  4. Экономичность.

Совет! Простейший мигающий светодиод можно сделать, если соединить в одну цепочку соблюдая правила полярности led-кристалл, CR-батарейку и резистор 160-230 Ом.

Схемы использования

Самый простой вариант схемы, выпускаемых сегодня мигалок на базе светодиодов, изготовление которых возможно своими силами радиолюбителям, включает:

Читайте также:  Регулировка птф на приоре своими руками

  1. Транзистор малой мощности.
  2. Конденсатор полярного типа на 16 вольт и 470 микрофарад.
  3. Резистор.
  4. Лед-элемент.

При накоплении заряда осуществляется лавинообразный его пробой с открытием транзисторного модуля и свечением диода. Устройство такого типа часто используется в елочной гирлянде. Недостатком схемы является необходимость применения особого источника питания.

Другой вариант популярных на сегодня схем светодиодов мигающего типа включает пару n-p-n-транзисторов модификации КТ315 Б. Для ее сборки применяются также следующие компоненты:

  1. Две пары резисторов на 6,8–15 кОм и 470–680 Ом.
  2. Два конденсатора емкостью на 47-100 мкФ.
  3. Небольшой светодиод или отрезок лед-полоски.
  4. Источник питания от 3 до 12 В.

Принцип действия устройства обуславливается попеременной сменой цикла зарядки/разрядки конденсаторов, которые в свою очередь открывают транзисторы и питают светодиоды и обеспечивают их мигание.

Обычные светодиоды

Стандартный не мигающий светодиод дает яркое равномерное освещение и характеризуется малым потреблением электроэнергии. Наряду с такими качествами, как долговечность, компактность, энергоэффективность и широкий диапазон температур свечения это делает его вне конкуренции среди прочих искусственных источников света. На базе таких led-элементов и собирается схема мерцающих светильников. Рассмотрим, по какому принципу они изготавливаются.

Как сделать чтобы светодиоды мигали

Мигалка на светодиоде может быть собрана на базе одной из выше представленных схем. Соответственно нужно будет приобрести компоненты, описанные выше. Они необходимы для функционирования того или иного варианта. При этом для сборки потребуется паяльник, припой, флюс и другие необходимые комплектующие для пайки.

Сборка цепочки мигающих светодиодов предваряется обязательным лужением выводных контактов всех соединяемых элементов. Также нельзя забывать о соблюдении правил полярности, особенно при включении конденсаторов. Готовый светильник будет выдавать мерцание с частой около 1,5 Гц или что тоже самое порядка 15 импульсов каждый 10-секундный отрезок времени.

Схемы мигалок на их основе

Чтобы происходили элементарные заданные определенной периодичностью вспышки света, требуется пара транзисторов типа C945 или аналоговых элементов. Для первого варианта коллектор размещается в центре, а у второго – по середине располагается база. Один или пара мигающих светодиодов изготавливается по обычной схеме. При этом частотность вспышек задается наличием в цепочке конденсаторов С1 и С2.

В такую систему допустимо внедрение одновременно нескольких лед-кристаллов при монтаже достаточно мощного транзистора pnp-типа. При этом мигающими светодиоды делаются при соединении их контактов с разноцветными элементами, поочередность вспышек задается генераторным модулем, а частотность – заданными программными настройками.

Область применения

Светодиоды, функционирующие в мигающем ритме, применяются в различных областях:

  1. В развлекательной сфере, в игрушках, для украшения декора, в качестве гирлянд.
  2. Как индикация в бытовых и промышленных приборах.
  3. Светосигнализирующих устройствах.
  4. В элементах рекламы, вывесках.
  5. Информационных табло.

Важно! Светодиоды, излучающие свет в мигающем заданном ритме, применяются не только в видимом диапазоне спектра, но также в инфракрасном и ультрафиолетовом сегментах. Область их назначения – системы автоматизации и дистанционного управления различной техники – отоплением, вентиляцией, бытовыми приборами.

Бегущие огни на светодиодах своими руками

Одной из сфер эксплуатации мигающих светодиодов является устройство «бегущие огни». Для сборки схемы применяются такие компоненты:

  1. Генератор импульсом прямоугольного вида.
  2. Устройство индикации.
  3. Дешифратор.
  4. Счетчик.

Изготовление схемы осуществляется на макетной плате беспаечного типа. При этом по номиналу резисторов и конденсаторов допускается небольшой разброс, но не выше 20%. Светодиоды от HL1 до HL16 могут быть не обязательно одного цвета, но различных оттенков. Однако падение напряжение каждого лед-элемента должно быть в рамках 3 вольт.

Как сделать гирлянду из светодиодов

Для изготовления гирлянды, периодически мигающей с заданным ритмом, потребуются следующие компоненты и набор инструмента:

  1. Светодиоды на 20 мАч.
  2. Проводка площадью сечения 0,5-0,25 мм 2 .
  3. Трансформатор на 6 вольт.
  4. Резистор на 100 Ом.
  5. Паяльная станция с наконечником небольшого сечения, припой, канифоль.
  6. Нож с острым лезвием.
  7. Герметик на силиконовой основе.
  8. Фломастер.
  1. Определиться точно с промежутками между мигающими элементами.
  2. Подготовить провод и обозначить фломастером отметины под светодиоды.
  3. На местах отметок сделать срезы изоляции острым ножом.
  4. Далее на оголенные участки нанести канифоль с припоем.
  5. Припаять электроды диодов к этим местам.
  6. Нанести силиконовый герметик на оголенные участки для обеспечения электроизоляции.

По завершении подсоединяется блок питания и обычный резистор. Устройство включается в сеть и проверяется на работоспособность.

Совет! При изготовлении гирлянд нужно учитывать, что исключительно последовательный характер соединения светодиодов в цепи будет обеспечивать свойственный им мигающий эффект.

Основные выводы

Мигающий светодиод – это стандартный лед-элемент, оснащенный для специфического ритмичного свечения резистором и конденсатором, работающий по следующему принципу:

  1. Поступающий ток накапливает заряд на резисторе.
  2. По достижении заданного потенциала происходит пробой в p-n-переходе транзистора – ток проходит, светодиод вспыхивает.
  3. По мере снижения заряда транзистор закрывается и процесс повторяется.

Схема распространенного мигающего самодельного светодиода может включать один или пару транзисторов. При самостоятельной их сборке нужно заранее подготовить все необходимые компоненты и требуемые в ходе работы инструменты. Область применения мерцающих лед-светильников огромна – от игрушек и гирлянд до сигнализации, индикации и систем дистанционного управления.

Если вы знаете, как другим способом собрать схему мигающего светодиода, обязательно поделитесь полезной информацией в комментариях.

Источник

Adblock
detector