تعریف مدار چراغ چشمک زن

تعریف مدار چراغ چشمک زن:
مدار چراغ چشمک زن را می توان با استفاده از LED و یک شمارنده موجی ایجاد کرد، تا به صورت متناوب یک لامپ یا LED را خاموش و روشن کند. 

دانش آموزان و علاقه مندان به الکترونیک همیشه دوست دارند ساخت مدارات متنوع را تجربه کنند. مدار چراغ چشمک زن یکی از رایج ترین مداراتی است که توسط کیت های (Kit) آماده مختلف پیاده سازی شده اند و می توان آن ها را به راحتی تهیه کرد.

این مدارات قادرند تا هر تعداد LED را به صورت تناوبی (Periodically) یا تصادفی (Randomly) و یا متوالی (Sequentially) خاموش و روشن کنند. اما یک المان چندکاره که می تواند برای ساخت یک مدار چراغ چشمک زن ساده هم مورد استفاده قرار بگیرد، شمارنده باینری موجی نام دارد.

شمارنده موجی (Ripple counter)، همان طور که در مبحث مقسم های فرکانسی نیز توضیح داده شد، اساسا فلیپ فلاپ های تاگل یا نوع T هستند که می توانند به عنوان مدار مقسم فرکانسی مورد استفاده قرار بگیرند و فرکانس سیگنال کلاک مرجع را بر یک عدد از پیش تعیین شده تقسیم کنند.

در نتیجه سیگنال خروجی جدید دارای فرکانس پایین تر بوده و می توانید از آن در بخشی از مدار چراغ چشمک زن خود استفاده کنید.

این نوع از مدارات شمارنده ذاتا جزو مدارات آسنکرون (Asynchronous) طبقه بندی می شوند؛ زیرا تمام فلیپ فلاپ ها با یکدیگر و توسط اعمال یک پالس کلاک خارجی تغییر وضعیت نمی دهند. معمولا تغییر وضعیت در لبه منفی یا پایین رونده پالس کلاک اتفاق می افتد.

فلیپ فلاپ نوع T یا تاگل، بلوک پایه ای در ساخت تمام شمارنده های آسنکرون است که عموما به آن ها تحت عنوان شمارنده موجی اشاره می شود؛ زیرا به نظر می رسد که پالس کلاک ورودی در طول شمارنده به صورت موجی حرکت می کند.

در واقع دلیل این پدیده این است که ورودی کلاک هر طبقه، از طریق خروجی طبقه قبل از آن تامین می شود. نتیجه چنین پیکربندی، ایجاد یک اثر موجی است که هر طبقه به صورت متعاقب با طبقه قبل از خود تغییر حالت می دهد. از این عملکرد می توانیم در ساخت یک مدار چراغ چشمک زن استفاده کنیم.

شمارنده موجی از تعدادی فلیپ فلاپ نوع T مقسم بر 2 ساخته می شود که به صورت آبشاری به یکدیگر متصل شده اند و تشکیل یک مدار مقسم فرکانسی تقسیم کننده بر N می دهند. در یک مدار شمارنده، N برابر با تعداد بیت های شمارش است.

یکی از متداول ترین آی سی های شمارنده موجی باینری، 74LS93 است که یک شمارنده چهار بیتی (مقسم بر 16) است. CMOS 4024 هفت بیتی (مقسم بر 128) و CMOS 4040 دوازده بیتی (مقسم بر 4096) و نهایتا CMOS 4060 چهارده بیتی (مقسم بر 16384) نیز از دیگر آی سی های شمارنده محسوب می شوند.

بنابراین در این مدارات، خروجی شمارندهQn، به عنوان طبقه Nام شمارنده تعریف می شود. مثلا خروجیQ6 در طبقه 6ام و برابر با عددفرکانس کلاک) وQ12 برابر با عددفرکانس کلاک) است.

همان طور که گفتیم، شمارنده های باینری فراوانی وجود دارند که می توانند هر تعداد لامپ را متناوبا روشن و خاموش کنند. اما بعضی از آی سی های چندکاره وجود دارند که می توانند برای این هدف مورد استفاده قرار گیرند. CMOS CD4040B یک آی سی شمارنده باینری دوازده بیتی است که توسط دوازده خروجی دیکود شده (Decoded)، می تواند یک رشته متشکل از 12 LED را خاموش و روشن کند.

این 12 خروجی به صورت ترتیبی در هر لبه پایین رونده پالس کلاک تغییر حالت می یابند و یک رشته خروجی باینری را تولید می کنند.

خروجی آی سی 4040 در هر شمارش، بین سطح منطقی 1 یا HIGH و سطح منطقی صفر یا LOW تغییر می کند و در نتیجه می تواند یک رشته متحرک را تولید کند. در نتیجه آی سی 4040 یک ابزار ایده آل برای تولید یک مدار چراغ چشمک زن یا نمایش گر نوری در پروژه های الکترونیکی به حساب می آید.

چون 4040 یک شمارنده موجی 12 بیتی است، هر یک از 12 خروجی در یک دنباله باینری از 0 تا 4096 (2 12
) به سطح HIGH یا LOW تغییر حالت می دهند. روند انجام این کار در دیاگرام زمان بندی زیر نشان داده شده است.

اما قبل از این که بتوانیم از 4040 به عنوان شمارنده موجی در بخشی از مدار چراغ چشمک زن خود استفاده کنیم، نیاز داریم تا یک سیگنال زمان بندی ایجاد کنیم. راه های بسیار زیادی برای ایجاد سیگنال کلاک یا زمان بندی وجود دارند.

اما یک راه بسیار ساده و موثر برای تولید سیگنال کلاک مربعی با کم ترین قطعات مورد نیاز، استفاده از آی سی های اختصاصی تولید سیگنال کلاک مانند آی سی تایمر آستابل NE555 است.

دوره تناوب T در تایمر، به انتخاب فرکانس کلاک ورودی بستگی دارد:

زیرا دوره تناوب، معکوس فرکانس است. به عنوان مثال، اگر شمارنده 12 بیتی 4040 را به عنوان بخشی از مدار چراغ چشمک زن انتخاب کنیم و طولانی ترین تناوب زمان بندی بر روی بیت 12ام برابر با 4 ثانیه (فرکانس برابر با 0٫25 هرتز) باشد (2 ثانیه روشن و 2 ثانیه خاموش)، آن گاه فرکانس پالس کلاک ورودی بر روی پین 10 از آی سی شمارنده 4040 لازم است که در حدود 1 هرتز (0.25 × 4096) باشد. مدار چراغ چشمک زن در شکل زیر نشان داده شده است.

از طریق اتصال LEDها به خروجی های مختلف، در هر زمان یکی از آن ها چشمک می زنند، اما سرعت هر کدام با دیگری متفاوت خواهد بود. به عبارت دیگر، هر خروجی دارای فرکانسی برابر با نصف فرکانس خروجی قبلی است.

همچنین تمام LEDها با یکدیگر خاموش یا روشن نمی شوند و به همین دلیل است که این مدار برای کاربرد در چراغ چشمک زن بسیار ایده آل خواهد بود.

با استفاده از شمارنده/مقسم فرکانسی تقسیم کننده بر 2 و همچنین اتصال چند عدد LED به خروجی آن، می توان چراغ ها را به صورت متناوب خاموش و روشن کرد.

بسته به نوع خروجی موجی متصل به LEDها و نیز نحوه چیدمان فیزیکی LEDها، نحوه چشمک زدن لامپ ها را می توان بنا بر انتخاب طراح تغییر داد.