Светодиодный, 3-х разрядный, 7-ми сегментный, 12-ти пиновый источник головной боли

Всем привет. Где-то с полгода назад купил ардуинку, до этого опыта с микроконтроллерами, да и с электроникой вообще, не было. По мере изучения туториалов для ардуино возникла необходимость восполнить пробелы в электронике и я приобрел себе набор "Электроника для начинающих". С этого момента у меня начались проблемы со свободным временем, конкретно залип на создании схем, с использованием таймеров и логических микросхем. В целях самообразования и создания себе лишних трудностей решил замучать светодиодный индикатор 3x7 с 12-ю ногами. И похоже не прогадал, с трудностями полный порядок.

Теперь собственно описание проблемы.
Имеется 1 светодиодный индикатор (3x7, общий катод), 3 десятичных счетчика CD4029BE, по одному на каждый сегмент, объединенные в каскад (т.е. все вместе считают от 0 до 999). В качестве декодера счетчиков -- одна CD4543B. Хочется красиво отображать циферки на индикаторе.
Теоретически вроде все просто, нужно последовательно значение каждого счетчика отображать в соответствующем ему разряде индикатора с частотой более 50 Гц. Для этих целей из трех 555-х таймеров был сооружен генератор импульсов на 150 Гц (коэффициент заполнения около 85%). У генератора есть три выхода, которые поочередно выдают высокий уровень напряжения. Генератор параллельно решает две задачи: переключение разрядов и переключение счетчиков.

Задача №1, переключение разрядов индикатора.
Тут вроде все просто, напряжение с трех выводов генератора подается на соответствующие три транзистора BC549C, у которых коллектор подключен к катоду нужного разряда, а эмиттер уходит в землю. Соответственно в каждый тик генератора может работать только один разряд индикатора.

Задача №2, переключение счетчиков.
Здесь все сложнее, т.к. выключать или останавливать счетчики нельзя. Здесь я решил использовать 3 микросхемы ЛОГ.И 4x2, она же 74HC08. Идея в том, что каждый выход генератора подключен к своей микросхеме ЛОГ.И, следующим образом: сигнал с генератора идет на все входы A, а выходы счетчика на входы B. В результате, что-то отличное от лог. 0 на выходых мы можем иметь только тогда, когда у нас высокий уровень, поступающий с генератора. Т.е. в каждый тик генератора только одна микросхема ЛОГ.И может иметь на своих выводах что-то отличное от 0000.
Далее через выпрямительные(!) диоды соответствующие выходы микросхем ЛОГ.И сливаются в 4 линии, поступающие прямиком на декодер CD4543B.

Такая схема оказалась вполне себе работоспособна, но только на низких частотах генератора (< 5Гц). При повышении частоты в разрядах появляются "хвосты" от соседних счетчиков, а при расчетной частоте индикатор превращается в мерцающее пятно, на фоне которого бегут цифры.

Насколько я понимаю происходящее, проблема в том, что включение разряда индикатора через транзистор происходит гораздо быстрее, чем обновляется информация в декодере индикатора. В результате я вижу остатки цифр от предыдущего счетчика. Если это так, то как я могу синхронизировать открытие транзисторов с обновлением значения счетчика в декодере? Или хотя бы приблизить их по времени.

Есть следующие идеи:
1) купить импульсные диоды (1N4148), сейчас стоят обычные 1N4007, в надежде ускорить прохождение сигнала до декодера;
2) организовать задержку открытия транзисторов, либо через RC-цепочку, либо опять-таки через таймер, а может даже через логическую мс, лишь бы притормозило;
3) поставить три декодера, по одному на разряд, дело в том, что у декодеров есть вход BLANKING и, подавая на него высокий уровень, можно выключить индикацию; При этом, становятся не нужны ЛОГ.И элементы, и диоды от счетчиков, счетчики смотрят напрямую в декодеры. Но похоже требуется один элемент ЛОГ.ИЛИ, чтобы по положительному сигналу с генератора отключать положительным сигналом два декодера. Ну и "диодный мостик" из 21-го диода (по 7 штук от каждого декодера) как-то напрягает.

Извиняюсь за сумбур, первый раз на такую тему пишу. Хочется как-то мысли свои проверить, а то уже неделю ковыряюсь, кончаются макетки и перемычки с проводами, а индикатор все еще не работает как надо.

 

Можете схему нарисовать как сейчас все сделано?

 

Если я попробую сегодня вечером изобразить это во Fritzing, сгодится? Опыт в рисовании схем пока близок к нулевому, поэтому решил для начала выразить все словами.

 

Можно так, очевидные вещи типа питания и всяких enable рисовать не стал



Если разрядов очень много, то можно мультиплексировать половинками HC244

 

Мда, это тот случай, когда имеющихся знаний не хватает для того, чтобы оценить ответ. До мультиплексоров я еще не добрался. Пока завис над тем как они работают. Как я понял, смысл данной схемы в том, что за счет мультиплексоров убираются 74HC08 и диоды и декодер обновляется быстрее? А почему на мультиплексоры идут три бита, а не четыре? Ведь для числа 9 нужно 4 (1001).

 

Конкретно этот мультиплексор подает на выход 1Y один из четырех входов 1С0-1С3. Какой подавать на выход определяется входами A и B. Он сдвоенный, т.е. еще есть выход 2Y на который подается один из 2C0-2C3

Вашу схему я не видел, поэтому не буду утверждать что там выкидывается

На мультиплексоры идут три бита потому что три разряда у индикатора. Т.е. в обозначении одна цифра с BCD счетчика - это DIG0_0, DIG0_1, DIG0_2 и DIG0_3

 

Ага, понял, спасибо. Но схемку я все же попробую изобразить, жалко ее выбрасывать, так и не поняв, что с ней не так.

 

Если будете рисовать, то только не монтажную схему, звините, но в ней я разбираться не буду
Т.е. надо в таком виде как у меня, а не в виде макетки и кучи дип-корпусов с проводами. Я распиновку всей 74й серии не помню

 

Кстати на половинках HC244 получается еще красивее. Счетчик "бегущая единица" и прямо с него на транзисторы и Enable у HC244

 

Я вчера попытался нарисовать цепочку из 3-х 555-х таймеров и то ли у меня лыжи не едут, то ли Fritzing не особо годится для компактных проектов, как у Платта. Скачал KiCad, вроде не сложный инструмент оказался. В результате получилась такая схема, для упрощения не рисовал генератор импульсов и ограничился только двумя разрядами индикатора. Я надеюсь это не очень принципиально. Вместо генератора у меня две линии, CLK1 и CLK2, для простоты можно считать, что это два инвертированных по отношению друг к другу сигнала одинаковой частоты.

 

1. Уверены что clk1/2/3 не перекрываются по времени друг с другом?
2. У декодера U5 на ноги 2, 3, 4 и 5 поставьте резисторы на землю, номинал "с потолка" где-то 1 кОм. Без них диоды "накачивают" вход высоким уровнем, а когда подается ноль, то кто их вниз тянуть будет? Вот и надо "помочь" вниз утянуть.

 

1. У меня в качестве генератора три 555-х таймера в моностабильном режиме, они друг друга по очереди через конденсатор запускают. По идее не должны перекрываться.
2. Спасибо, сегодня обязательно попробую. Что-то схема в монстра какого-то превращается , еще неделю назад наивно предполагал, что 12-пиновый индикатор будет иметь меньше обвязки, чем 28-пиновый.

 

Может Вы в душе ПЛИСовод, а не программист?

 

Да я пока не определился. Но программирование микросхемами доставляет гораздо больше удовольствия, нежели в Arduino IDE. Сидишь тихонько перетыкаешь их в макетке, да все новые и новые перемычки нарезаешь. Есть что-то в этом медитативное.

 

Я про другое. Что такое ПЛИС Вы знаете?
Это такая магия, когда в одной микросхеме есть несоединенные между собой триггеры и логические функции. Вы схему описываете словами и получается файл с прошивкой в которой указано как их надо между собой соединить. После прошивки в одной микросхеме умещается мешок 74HC микросхем и километр монтажного провода.

 

Нет, с ПЛИСами еще не сталкивался. Ради интереса глянул даташит на MAX7128. Я наверное не ПЛИСовод, ну пока еще. Мне как раз нравится то, что я могу что-то делать, просто имея горсть микросхем, рассыпухи и нескольких батареек. И никаких компьютеров.

 

Поставил стягивающие резисторы и все заработало.

Большущее спасибо.

 

Снова прошу помощи. Потихоньку допиливаю схему, сейчас добрался до элементарной вещи -- организация сброса счетчиков во время подачи питания. Делаю вот так:



Номиналы резистора и кондесатора выбирал исходя из даташита, там минимальная ширина имулься PE должна быть 130 наносекунд при питании 5V. Решил взять с запасом, 220 наносекунд должно хватить. Начал с третьего счетчика (сотни). И наблюдаю такое поведение: сначала отображается 0, а в момент старта 1-го счетчика почему перекидывается в 1. То же самое происходит и со вторым (десятки). С первым проверять не стал. Ради интереса подключил все три счетчика по этой схеме, просто объединив входы PE в точке между резистором и конденсатором. И внезапно все стало работать как и полагается. Вернул все обратно на сброс только третьего счетчика -- опять прыжок с 0 до 1. Существует ли какое-нибудь объяснение этому поведению? Почему когда они втроем сбрасываются, то не прыгают? Висящих входов у счетчиков нет, все неиспользуемые заведены на землю. Сглаживающий конденсатор в контуре имеется, 100 мкФ.