P R O J E K T Y
Klepsydra
Klepsydra
AVT-832
Chciałbym zaproponowaĘ
Czytelnikom budowÍ dośĘ
efektownego gadłetu, jakim
bÍdzie elektroniczna imitacja
jednego z najstarszych
narzÍdzi do odmierzania
czasu - klepsydry. W pismach
przeznaczonych dla
elektronikÛw opublikowano
wiele takich ukÅ‚adÛw, ale
W proponowanym ukÅ‚adzie do zastosowania pÅ‚ytek obwodÛw
uwaÅ‚am, Å‚e klepsydrÍ
symulowania obrazu spadajÄ…cych drukowanych na laminacie dwu-
opracowanÄ… przeze mnie
ziarenek piasku sÅ‚uÅ‚Ä… 32 diody stronnym. Jednak ze wzglÍdu na
cechuje najwiÍksze
LED, poÅ‚Ä…czone w dwie grupy roz- znacznÄ… komplikacjÍ poÅ‚Ä…czeÒ
podobieÒstwo do oryginaÅ‚u.
mieszczone w ksztaÅ‚cie stoÅ‚kÛw. okazaÅ‚o to siÍ bezwzglÍdnie ko-
MoÅ‚e ona byĘ naprawdÍ
ìSpadniÍcie ziarenka piaskuî po- nieczne.
efektownym drobiazgiem.
woduje zgaÅ›niÍcie jednej z diod
w pierwszej, gÛrnej grupie i wÅ‚Ä…- Opis dziaÅ‚ania
czenie jej odpowiednika w grupie Schemat elektryczny układu
dolnej. Po zakoÒczeniu zliczania elektronicznej klepsydry pokazano
wyznaczonego okresu wyłączone na rys. 1 i 2. Na rys. 1 przedsta-
zostajÄ… wszystkie diody w grupie wiono czÍśĘ sterujÄ…cÄ… ukÅ‚adu, a na
gÛrnej, a zapalone w grupie dolnej. rys. 2 sposÛb poÅ‚Ä…czenia diod wy-
ObrÛcenie klepsydry o 180O powo- Å›wietlacza. O ile jednak forma
duje rozpoczÍcie procesu ìprze- pierwszego rysunku nie moÅ‚e bu-
sypywania siÍ piaskuî w przeciw- dziĘ zastrzeÅ‚eÒ, to drugi schemat
nym kierunku. Dodatkową cechą został narysowany w zupełnie nie-
uatrakcyjniajÄ…cÄ… ukÅ‚ad, z ktÛrego typowy sposÛb i tu winien jestem
budowÄ… zapoznamy siÍ dalej, jest Czytelnikom wyjaÅ›nienia. PoÅ‚Ä…cze-
fakt, Å‚e ìziarenka piaskuî podczas nia typu BUS stosowane sÄ… za-
przesypywania siÍ z jednej czÍÅ›ci zwyczaj do zaznaczania poÅ‚Ä…czeÒ
klepsydry do drugiej w ìcudowny takich jak magistrale danych lub
sposÛbî zmieniajÄ… kolor: z zielone- adresowe ukÅ‚adÛw cyfrowych i po-
go w jednej grupie, na czerwony winny zostaĘ zaopatrzone w sto-
w drugiej. sowny opis (tzw. etykiety). Jednak
Układ klepsydry jest banalnie w przypadku naszego schematu
prosty i zrozumienie jak dziaÅ‚a, taki sposÛb jego prezentacji jedy-
z pewnością nie sprawi trudności nie gmatwałby rysunek, nie wno-
nawet zupełnie początkującemu sząc niczego nowego do jego
elektronikowi. Takłe praktyczne zrozumienia.
wykonanie urzÄ…dzenia nie powin- Natomiast narysowanie sche-
no dla nikogo byĘ kÅ‚opotliwe, matu w sposÛb ìklasycznyî, z od-
a koszt potrzebnych do jego bu- dzielnym zaznaczaniem kałdego
dowy elementÛw nie okaÅ‚e siÍ poÅ‚Ä…czenia doprowadziÅ‚oby do po-
zbyt wysoki. Jedynym problemem, wstania rysunku monstrualnych
na jaki napotkaÅ‚em podczas bu- rozmiarÛw, takÅ‚e zupeÅ‚nie nieczy-
dowy klepsydry, była koniecznośĘ telnego. Dlatego teł musimy przy-
Elektronika Praktyczna 12/2000
17
Klepsydra
jąĘ ìna wiarÍî, Å‚e:
- kaÅ‚dy z rezystorÛw R1..R16 zo-
stał dołączony do jednej z par
anod diod D1 + D32, D2 + D31
i tak dalej...,
- katody diod D1..D16 zostały
dołączone do właściwych wy-
prowadzeÒ zÅ‚Ä…cza CON 1,
- katody diod D17..D32 zostały
połączone ze sobą i dołączone
do minusa zasilania.
AnalizÍ schematu i sposobu
działania układu klepsydry roz-
poczniemy teł dośĘ nietypowo: od
układu wyświetlacza. Na rys. 2
obok schematu wyświetlacza za-
mieszczone zostały dwa schematy
pomocnicze, ktÛre majÄ… dopomÛc
w zrozumieniu pewnego tricku za-
stosowanego w układzie. Zadaniem
układu jest kolejne włączanie jed-
nej z szesnastu diod świecących
w jednej grupie i jednoczesne wy-
Å‚Ä…czanie odpowiadajÄ…cej jej diody
w drugiej grupie. Realizacja takie-
go zadania jest prosta, ale zwykle
pociÄ…gnÍÅ‚aby za sobÄ… koniecznośĘ
zastosowania aÅ‚ 32 elementÛw
sterujÄ…cych diodami, np. tranzys-
torÛw. W ukÅ‚adzie zastosowano
rozwiązanie polegające na połącze-
niu odpowiadajÄ…cych sobie diod
LED parami, z jednym wspÛlnym
rezystorem zasilajÄ…cym je od stro-
ny plusa zasilania. Warunkiem
poprawnej pracy układu jest za-
stosowanie diod czerwonych
w jednej, a zielonych w drugiej
grupie. Jełeli w układzie przedsta-
wionym na rysunku pomocniczym
przełącznik (odpowiednik tranzys-
torÛw w ukÅ‚adzie praktycznym) jest
rozwarty, to świeci zielona dioda.
Jełeli zewrzemy przełącznik, to
zapala siÍ dioda czerwona, a po-
niewaÅ‚ napiÍcie jej przewodzenia
jest znacznie niłsze nił diody
zielonej, to ta ostatnia zostaje
jakby ìzwartaî i przestaje Å›wieciĘ.
Zastosowanie tego prostego tricku
pozwoliło na dwukrotne zmniej-
szenie liczby tranzystorÛw sterujÄ…-
cych, ale połączone jest z pewny-
mi ograniczeniami, o ktÛrych
wspomnimy w dalszej czÍÅ›ci arty-
kułu.
Popatrzmy teraz na rys. 1, na
ktÛrym przedstawiono schemat
czÍÅ›ci sterujÄ…cej ukÅ‚adu. AnalizÍ
schematu rozpoczniemy od mo-
mentu włączenia zasilania, kiedy
to impuls z wyjścia bramki IC3C
spowodował wyzerowania wszys-
tkich rejestrÛw IC1 i IC2, a klucz
Rys. 1. Schemat elektryczny klepsydry.
Elektronika Praktyczna 12/2000
18
Klepsydra
S1 jest rozwarty. Na wyjściach
QA..QD rejestrÛw wystÍpujÄ… wÛw-
czas wyłącznie stany niskie, ła-
den z tranzystorÛw T1..T16 nie
przewodzi i w konsekwencji na
wyświetlaczu włączone są wszys-
tkie diody zielone. Zwarcie klucza
S1 (w wykonaniu praktycznym
przycisk ten zwierany jest przez
obrÛcenie klepsydry) spowoduje
wymuszenie stanu wysokiego na
wejściu danych pierwszego rejes-
tru oraz uruchomienie generatora
wbudowanego w strukturÍ ukÅ‚adu
IC5. Na wyjściu Q14 IC5 zaczną
siÍ pojawiaĘ impulsy prostokÄ…tne,
ktÛre po doprowadzeniu do wejśĘ
zegarowych rejestrÛw przesuw-
nych IC1A..IC2B spowodujÄ… cyk-
liczne wpisywanie do nich ìjedy-
nekî. Stany wysokie, pojawiajÄ…ce
siÍ na wyjÅ›ciach rejestrÛw, spo-
wodują kolejne włączanie tranzys-
torÛw T1..T16 i w konsekwencji
zapalenie kolejnych diod czerwo-
nych i wyłączanie zielonych.
ìZiarenka piaskuî spadajÄ… teraz
z ìzielonejî czÍÅ›ci klepsydry do
czÍÅ›ci ìczerwonejî.
Nie bÍdziemy tu szczegÛÅ‚owo
analizowaĘ funkcji logicznej zre-
alizowanej w układzie na bram-
kach zawartych w układach sca-
lonych IC3 i IC4. Wystarczy
stwierdziĘ, łe wysoki stan logicz-
ny, pojawiajÄ…cy siÍ na wyjÅ›ciu QD
IC2, spowoduje wymuszenie stanu
wysokiego na wejściu licznika IC5
i zatrzymanie pracy generatora.
Nasza klepsydra odmierzyła juł
zadany czas i oczekuje teraz na
Rys. 2. Schemat elektryczny układu wyświetlacza.
odwrÛcenie i ponowne uruchomie-
nie odliczania czasu. Montał i uruchomienie czych i kładziemy całą konstruk-
OdwrÛcenie klepsydry, czyli Na rys. 3 pokazano rozmiesz- cjÍ na gÅ‚adkiej powierzchni ìtwa-
ponowne rozwarcie styku S1 spo- czenie elementÛw na dwÛch pÅ‚yt- rzÄ… w dÛÅ‚î i lutujemy po jednej
woduje wymuszenie stanu niskie- kach obwodÛw drukowanych na nÛÅ‚ce kaÅ‚dej z diod. OstatniÄ…
go na wejściu danych rejestru laminacie dwustronnym z metali- czynnością przy montału wyświet-
IC1A, ponowne uruchomienie licz- zacjÄ…. lacza bÍdzie staranne wyrÛwnanie
nika - generatora IC5 i rozpoczÍ- MontaÅ‚ pÅ‚ytki sterownika wy- szeregÛw diod i przylutowanie ich
cie odmierzania czasu. Jednak konujemy w typowy sposÛb, roz- pozostaÅ‚ych wyprowadzeÒ.
teraz na wyjÅ›ciach rejestrÛw bÍdÄ… poczynajÄ…c od elementÛw o naj- Obie zmontowane pÅ‚ytki Å‚Ä…czy-
pojawiaĘ siÍ kolejno stany niskie, mniejszych gabarytach, a koÒczÄ…c my ze sobÄ… za pomocÄ… podwÛj-
tranzystory T1..T16 bÍdÄ… kolejno na wlutowaniu w pÅ‚ytkÍ konden- nego szeregu goldpinÛw i zÅ‚Ä…cza
wyłączane, co spowoduje wyłą- satora elektrolitycznego (najlepiej szufladowego, tworząc w ten spo-
czanie diod czerwonych i zapale- zamocowaĘ go poziomo) i zÅ‚Ä…cza sÛb zwartÄ… ìkanapkÍî. JeÅ‚eli po-
nie diod zielonych. goldpin. W pÅ‚ytkÍ wyÅ›wietlacza Å‚Ä…czenie mechaniczne okaÅ‚e siÍ
CzÍstotliwośĘ pracy generatora najpierw wlutowujemy wszystkie niezbyt pewne, to na pÅ‚ytkach
zegarowego okreÅ›lona jest wartoÅ›ciÄ… rezystory, a nastÍpnie trzy diody umieszczone zostaÅ‚y dodatkowe
pojemnoÅ›ci C1 oraz poÅ‚Ä…czonych LED, zwracajÄ…c uwagÍ, aby zna- punkty lutownicze, ktÛre moÅ‚emy
szeregowo rezystancji R34 i PR1 lazÅ‚y siÍ one w idealnie rÛwnej wykorzystaĘ do usztywnienia ca-
i moÅ‚e byĘ w szerokich granicach odlegÅ‚oÅ›ci od powierzchni pÅ‚ytki. Å‚ej konstrukcji za pomocÄ… krÛtkich
regulowana za pomocÄ… potencjo- NastÍpnie wkÅ‚adamy pozostaÅ‚e kawaÅ‚kÛw srebrzanki.
metru montaÅ‚owego PR1 (ewentu- diody LED w przeznaczone dla PozostaÅ‚y nam jeszcze do omÛ-
alnie poprzez zmianÍ wartoÅ›ci C1). nich otwory w punktach lutowni- wienia trzy sprawy.
Elektronika Praktyczna 12/2000
19
Klepsydra
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1..R16: 560&!
R17..R32: 1k&!
R33, R34, R36, R37: 100k&!
R35: 1M&!
PR1: potencjometr montażowy
miniaturowy 220k&!
Kondensatory
C1: 1nF(*) patrz tekst
C2, C3, C4: 100nF
C5: 470µF/16V
Półprzewodniki
D1..D16: diody LED Ć5mm
czerwone
D17..D32: diody LED Ć5mm zielone
D33: 1N4148
IC1, IC2: 4015
IC3: 4093
IC4: 4001
IC5: 4060
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytkach drukowanych.
T1..T16: BC548 lub odpowiednik
Różne
1. Efekt ìzwieraniaî diody zie- tego czasu (w przypadku zastoso-
CON1: ARK2 (3,5mm)
lonej przez diodÍ czerwonÄ…, bÍ- wania klepsydry do gotowania
CON2: goldpin 10x2
dący podstawą działania naszej jajek czas ten powinien chyba
CON3: złącze szufladkowe 10x2
konstrukcji, jest ściśle uzalełnio- wynosiĘ ok. 3 min, ale osobiście
ny od rodzaju zastosowanych radziłbym skonsultowanie tej spra-
diod, napiÍcia zasilania i wartoÅ›ci wy z doÅ›wiadczonymi gospody-
rezystorÛw R1..R16. Dlatego teÅ‚ niami). aby zrekompensowaĘ Wam wyso-
zarÛwno wartośĘ tych rezystorÛw, 3. Otwarta pozostaje jeszcze ki koszt pÅ‚ytek obwodÛw druko-
jak i napiÍcie zasilania naleÅ‚y sprawa klucza S1. Powinien to byĘ wanych potrzebnych do jego wy-
ustaliĘ doÅ›wiadczalnie, dostoso- wÅ‚Ä…cznik zwierany lub rozwierany konania i nie zostaÅ‚ ìfabrycznieî
wujÄ…c je do typu posiadanych w momencie odwrÛcenia ukÅ‚adu wyposaÅ‚ony w jakikolwiek akus-
diod. W wiÍkszoÅ›ci przypadkÛw o 180O. Idealnym rozwiÄ…zaniem by- tyczne elementy sygnalizacyjne.
ukÅ‚ad bÍdzie pracowaÅ‚ poprawnie Å‚oby zastosowanie wÅ‚Ä…cznika rtÍ- SprawÍ tÍ pozostawiam pomysÅ‚o-
z rezystorami o wartoÅ›ci podanej ciowego, ale te elementy sÄ… dośĘ woÅ›ci CzytelnikÛw.
na schemacie i zasilany napiÍ- trudne do nabycia i kosztowne. Zbigniew Raabe, AVT
ciem ok. 5VDC. MoÅ‚na wiÍc zastosowaĘ zwykÅ‚y [e-mail]
2. Nie byłem w stanie w ładen styk wykonany z kawałka blaszki
sposÛb przewidzieĘ, jaki okres ze stykÛw starego przekaünika lub Wzory pÅ‚ytek drukowanych w for-
bÍdÄ… odmierzaĘ zbudowane przez teÅ‚ specjalny przeÅ‚Ä…cznik düwi- macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
Was klepsydry. Dlatego teł war- gienkowy typu microswitch. pod adresem: http://www.ep.com.pl/
tośĘ kondensatora C1 naleły do- Nasz układ został zaprojekto- pcb.html oraz na płycie CD-EP12/
braĘ doÅ›wiadczalnie, po ustaleniu wany wyjÄ…tkowo ìoszczÍdnieî, tak 2000 w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 12/2000
20