Светодиодная гирлянда на микроконтроллере. Светодиодная гирлянда на МК Attiny13 Контроллер елочных гирлянд на микроконтроллере pic

С наступающим вас дорогие пользователи. И к предстоящему празднику электронный портал сайт решил порадовать вас схемой-новогодняя гирлянда на PIC-микроконтроллере. Перейдем к просмотру данного устройства.

Она содержит четыре канала, к которым подключаются последовательно соединённые светодиоды, изображенные на рисунке ниже:

Ядром схемы является микроконтроллер PIC16F628A. Код программы написан на языке ассемблер, смотреть листинг Garland16F628ATEMP.ASM. Полный цикл внутрисхемного программирования и отладки микроконтроллера PIC16F628A был осуществлён при помощи MPLAB IDE v8.15 (интегрированная среде разработки), компилятор MPASM v5.22 (входит в MPLAB IDE v8.15) и MPLAB ICD 2 (внутрисхемный отладчик - «Дебагер»). Для тех, кто не располагает средствами приведёнными выше, а имеет свою программу для работы с HEX файлами и иной программатор, можно в соответствующем проекте найти файл 16F628ATEMP.HEX.

Микроконтроллер DD1 имеет функциональные выходы RB4 - RB7, к которым подключаются усиливающие полевые MOSFET транзисторы VT1 - VT4. Техническую спецификацию транзисторов можно найти на сайте . Стоки транзисторов подключены к нажимным клеммникам X2 - X5. Напряжение питание нагрузки задаётся источником питания схемы, который подключают к разъёму X1. Максимальный коммутируемый ток на канал составляет 0.5 А. Микроконтроллер DD1 не имеет функции принудительного сброса, вывод для сброса подключен через резистор R1 к положительному потенциалу питания. Для генерации тактовой частоты в микроконтроллере используется встроенный генератор тактовой частоты на кристалле. Прибор может эксплуатироваться в диапазоне температур от - 40 °С до +85 °С.

Прибор запитывается от переменного или постоянного источника напряжения, подключаемого к разъему X1. Номинальное напряжение источника питания 12 В. Номинальный ток источника питания зависит от нагрузки и составляет 0.5 - 2 А. Для стабилизации питания используется обычная схема из диодного моста VD1, линейного стабилизатора DA1, фильтрующих конденсаторов C1 - C4.

В микроконтроллер запрограммированы 3 световых эффекта в основе лежит эффект «бегущие огни»:

• Гирлянды поочерёдно загораются и гаснут в одну и так же повторяют в другую сторону.
• Гирлянды поочерёдно загораются и когда все четыре гирлянды горят, начинают поочерёдно гаснуть в том же направлении, так же повторяется и в обратном порядке.
• 1 и 2, 3 и 4 гирлянды поочерёдно перемигиваются между собой.

Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что выполняет заранее установленное число повторов светового эффекта. Стоить отметить, что интервал времени между загораниями гирлянд меняется (нарастает, достигая пика, а затем падает), то есть виден эффект «временной раскачки». Для лучшей демонстрации световых эффектов гирлянды (так как они пронумерованы на схеме) следует располагать по порядку в одной плоскости. В данном случае украшение ели от корней до верхушки (по вертикали, разбив ель на четыре сектора для гирлянд), от 1 до 4 гирлянды, соответственно.

Питание гирлянд связано с источником питания подключаемым к разъёму X1, следовательно нужно рассчитывать последовательно соединённые светоизлучающие элементы (светодиоды, лампы накаливания). Общее напряжение питания находится из суммы напряжений последовательно соединённых светоизлучающих элементов. Так например, последовательно соединённых ярких светодиодов рассчитанных на напряжение 2 - 2,5 В будет 6 штук в одной гирлянде. Так как светодиоды потребляют 20 мА, не исключено параллельного подключения последовательно соединённых светодиодов в ряды.

В данном устройстве можно заменить следующие детали. Микроконтроллер DD1 из серии PIC16F628A-I/P-xxx с рабочей тактовой частотой 20 МГц в корпусе DIP18. Стабилизатор напряжения DA1 отечественный КР142ЕН5А (5 В, 1.5 А). Полевые MOSFET транзисторы и VT1 - VT4 (N-канал) в корпусе I-Pak (TO-251AA), подойдут аналоги номиналов указанных на схеме. Диодный мост VD1 на рабочее напряжение не меньше 25 В и ток не меньше 2 А. Разъём питания X1 аналогичный указанному на схеме с центральным контактом d=2.1 мм. Неполярные конденсаторы С1 и С2 номиналом 0.01 - 0.47 µF x 50 V. Электролитические конденсаторы С3 и С4 ёмкостной номинал тот же, а напряжение не ниже указанного на схеме. Разноцветные светодиоды VD1 - VD6 на напряжение 2 - 2.5 В.

Способов разукрасить новогоднюю елку много, вот один из них.

На рисунке 1 изображена схема новогодней гирлянды. Она содержит четыре канала, к которым подключаются последовательно соединённые светодиоды, изображенные на рисунке 2.

Ядром схемы является микроконтроллер PIC16F628A. Микроконтроллер работает по алгоритму, изображенному на рисунке 3. Код программы написан на языке ассемблер, смотреть листинг Garland\16F628ATEMP.ASM.

Полный цикл внутрисхемного программирования и отладки микроконтроллера PIC16F628A был осуществлён при помощи (интегрированная среде разработки), компилятор MPASM v5.22 (входит в MPLAB IDE v8.15) и MPLAB ICD 2 (внутрисхемный отладчик - «Дебагер»). Для тех, кто не располагает средствами приведёнными выше, а имеет свою программу для работы с HEX файлами и иной программатор, можно в соответствующем проекте найти файл 16F628ATEMP.HEX. Техническую спецификацию микроконтроллера можно найти на сайте и .

Микроконтроллер DD1 имеет функциональные выходы RB4 – RB7, к которым подключаются усиливающие полевые MOSFET транзисторы VT1 – VT4. Техническую спецификацию транзисторов можно найти на сайте . Стоки транзисторов подключены к нажимным клеммникам X2 – X5. Напряжение питание нагрузки задаётся источником питания схемы, который подключают к разъёму X1. Максимальный коммутируемый ток на канал составляет 0.5 А. Микроконтроллер DD1 не имеет функции принудительного сброса, вывод для сброса подключен через резистор R1 к положительному потенциалу питания. Для генерации тактовой частоты в микроконтроллере используется встроенный генератор тактовой частоты на кристалле. Прибор может эксплуатироваться в диапазоне температур от – 40 °С до +85 °С.

Прибор запитывается от переменного или постоянного источника напряжения, подключаемого к разъему X1. Номинальное напряжение источника питания 12 В. Номинальный ток источника питания зависит от нагрузки и составляет 0.5 – 2 А. Для стабилизации питания используется обычная схема из диодного моста VD1, линейного стабилизатора DA1, фильтрующих конденсаторов C1 – C4.

В микроконтроллер запрограммированы 3 световых эффекта в основе лежит эффект «бегущие огни».
1) Гирлянды поочерёдно загораются и гаснут в одну и так же повторяют в другую сторону.
2) Гирлянды поочерёдно загораются и когда все четыре гирлянды горят, начинают поочерёдно гаснуть в том же направлении, так же повторяется и в обратном порядке.
3) 1 и 2, 3 и 4 гирлянды поочерёдно перемигиваются между собой. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что выполняет заранее установленное число повторов светового эффекта. Стоить отметить, что интервал времени между загораниями гирлянд меняется (нарастает, достигая пика, а затем падает), то есть виден эффект «временной раскачки». Для лучшей демонстрации световых эффектов гирлянды (так как они пронумерованы на схеме) следует располагать по порядку в одной плоскости. В данном случае украшение ели от корней до верхушки (по вертикали, разбив ель на четыре сектора для гирлянд), от 1 до 4 гирлянды, соответственно.

Питание гирлянд связано с источником питания подключаемым к разъёму X1, следовательно нужно рассчитывать последовательно соединённые светоизлучающие элементы (светодиоды, лампы накаливания). Общее напряжение питания находится из суммы напряжений последовательно соединённых светоизлучающих элементов. Так например, последовательно соединённых ярких светодиодов рассчитанных на напряжение 2 – 2,5 В будет 6 штук в одной гирлянде. Так как светодиоды потребляют 20 мА, не исключено параллельного подключения последовательно соединённых светодиодов в ряды.

Монтаж деталей односторонний. Размер отверстий от 0.7 мм до 3 мм. Файлы для изготовления печатной платы смотреть в папке .

Печатная плата изображена на рисунке 4. Расположение деталей смотреть на рисунке 5.

В данном устройстве можно заменить следующие детали. Микроконтроллер DD1 из серии PIC16F628A-I/P-xxx с рабочей тактовой частотой 20 МГц в корпусе DIP18. Стабилизатор напряжения DA1 отечественный КР142ЕН5А (5 В, 1.5 А). Полевые MOSFET транзисторы и VT1 – VT4 (N-канал) в корпусе I-Pak (TO-251AA), подойдут аналоги номиналов указанных на схеме. Диодный мост VD1 на рабочее напряжение не меньше 25 В и ток не меньше 2 А. Разъём питания X1 аналогичный указанному на схеме с центральным контактом d=2.1 мм. Неполярные конденсаторы С1 и С2 номиналом 0.01 – 0.47 µF x 50 V. Электролитические конденсаторы С3 и С4 ёмкостной номинал тот же, а напряжение не ниже указанного на схеме. Разноцветные светодиоды VD1 – VD6 на напряжение 2 - 2.5 В.

Список радиоэлементов

Данный проект светодиодной гирлянды на микроконтроллере хорошо подходит для начинающих. Схема отличается своей простотой и содержит минимум элементов.

Данное устройство управляет 13 светодиодами, подключенными к портам микроконтроллера. В качестве микроконтроллера используется МК фирмы ATMEL: . Благодаря использованию внутреннего генератора, выводы 4 и 5 задействованы как дополнительные порты микроконтроллера PA0,PA1. Схема обеспечивает выполнение 12 про- грамм эффектов, 11 из которых - индивидуальные комбинации, а 12-тая про- грамма – последовательный однократный повтор предыдущих эффектов. Переключение на другую программу осуществляется нажатием на кнопку SB1. Программы эффектов включают в себя и бегущий одинарный огонь, и нарастание огня, и бегущую тень и многое другое.

Устройство имеет возможность регулировки скорости смены комбинаций при выполнении программы, которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – увеличение скорости и SB3 – уменьшение скорости при условии, что переключатель SA1 находиться в положении “Скорость программы”. Также имеется возможность регулировать частоту горения светодиода (от стабилизированного свечения до легкого мерцания), которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – уменьшение (до мерцания) и SB3- увеличение при условии, что переключатель SA1 находиться в положении “Частота мерцания”. У переключателя SA2 замкнутое положение соответствует режиму регулировки скорости выполнения программ, а разомкнутое - режиму регулировки частоты горения светодиодов.

Порядок нумерации светодиодов в схеме соответствует их порядку зажигания при выполнении программы. При необходимости вывод RESET может быть использован для сброса, а в качестве порта PA2 он не задействован. В устройстве выбрано при программировании тактовая частота 8 МГц от внутреннего генератора (фузы CKSEL3..0 - 0100).Хотя возможно использование частоты в 4 МГц(фузы CKSEL3..0 - 0010) с соответствующими изменениями временных интервалов работы схемы.

Тип светодиодов, указанный на схеме использовался в опытном образце, для схемы подойдут любые светодиоды с напряжением питания 2-3 вольта, резисторами R1-R17 можно регулировать яркость свечения светодиодов.

Прошивку HEX, а также файлы программы на ассемблере вы можете скачать ниже

Список радиоэлементов

Кто не любит Новый год с его особой атмосферой входящего в жизнь волшебства, чудес и праздника? Китайские гирлянды для украшения дома как внутри, так и снаружи пользуются большим спросом благодаря своей низкой цене. Но их качество не всегда позволяет беззаботно встретить новогодние праздники - иногда перестает гореть один или несколько лампочек, а то и вообще вся гирлянда. Чтобы подобное происшествие не испортило торжество, можно попробовать починить светодиодное устройство своими руками.

Состав изделия

Светодиодная гирлянда, будь то китайская или отечественная, неизменно состоит из одних и тех же элементов, позволяющих украсить к празднику любое помещение. Обычно отличия продукции разных производителей заключаются только в качестве деталей, гарантии и долговечности изделия. Состоит гирлянда из следующих компонентов:

Кроме того, в блок управления обязательно входит кнопка переключения световых режимов.

Анализ повреждений

Когда что-то в доме перестает работать, как полагается, это всегда не радует, но поломка гирлянды больше всего сулит расстройство, так как к празднованию уже почти все готово, а тут такая неожиданность. Покупая китайскую гирлянду, следует помнить, что в отличие от механизмов других производителей, она весьма ненадежна и может выйти из строя в любой момент. Основные слабые места ее следующие:

• Крайне тонкие провода. Они многожильные, каждая жила без преувеличения толщиной в волос, следовательно, соединять их очень трудно и неудобно. Равно как и припаивать.
• Часто выходящие из строя тиристоры. Они отвечают за смену режимов мигания, что, собственно, и создает праздничное настроение.
• Лампочки. Независимо от их вида - обычные они или светодиодные, лампы могут перегореть. Если гирлянда перестала мигать, например, зеленым светом, в то время как остальные в порядке, то, скорее всего, пришла в негодность зеленая лампочка. Но может быть и отсоединение провода от ножек светодиода определенного цвета.

Для обнаружения неисправности нужно осмотреть гирлянду. Если причина кроется в поломке какой-то детали, придется искать ее отечественные аналоги. Хотя лучше будет переделать всю схему - так механизм станет надежней и сможет прослужить не один год.

Устранение неисправностей

Учитывая все особенности китайской продукции, для исправления поломки не понадобится много времени. Но в будущем все-таки лучше проверять праздничные атрибуты заранее, чтобы неприятные сюрпризы не заставали врасплох накануне праздника.

Перед началом ремонта необходимо убедиться, что изделие отключено от сети. А также нужно заранее подготовить необходимые материалы - изоленту, мультиметр, кусачки, нож и другие (конкретнее можно будет сказать после диагностики повреждения).

Соединение проводов

Разрыв провода найти довольно просто. Необходимо тщательно просмотреть гирлянду по всей ее длине , соблюдая аккуратность, чтобы не добавить новых повреждений. Если провод оторвался от лампочки с одной стороны, можно не мучиться с пайкой и отсоединить его и с другого контакта, а потом просто скрутить два конца вместе. При общем количестве в 100−500 лампочек отсутствие одной останется незамеченным. И хотя напряжение на остальные элементы возрастет, так как в последовательной цепи оно делится поровну, разница все же будет незначительной и на ускорение износа деталей гирлянды не повлияет.

Чтобы соединить два конца, надо сперва их зачистить от изоляции. Вот тут может быть проблема. Дело в том что провод имеет несколько очень тонких жил, которые практически впаяны в изоляцию. Счищать ножом нужно очень осторожно, чтобы не повредить их, хотя все равно одна-две обязательно оторвутся или срежутся. Но это не критично, без них гирлянда тоже будет отлично работать.

Зачищенные концы скручивают вместе и обматывают изолентой. Можно спаять и заизолировать, главное, добиться относительной надежности крепления.

Замена лампочки

Перегоревший светодиод можно вычислить при помощи мультиметра. Замену ему можно как купить отдельно , так и снять со старой нерабочей гирлянды, если такая имеется. После этого новая деталь припаивается на свободное место, а контакты изолируются.

Если провода и лампочки проверены, все исправно, а гирлянда до сих пор не работает или работает некорректно, то проблема в блоке управления. Возможно, там отломились контакты или пришла в негодность какая-то деталь. При отсутствии предохранителя - в самых дешевых моделях - детали могли перегореть при скачках напряжения.

Ремонт микросхемы

В любом случае необходимо проверить все детали мультиметром. При выходе из строя какой-то из них можно поступить двумя способами:

• Подыскать в магазинах или интернете замену. Чтобы правильно подобрать деталь, нужно посмотреть маркировку на корпусе и купить соответствующую или аналогичную.
• Собрать всю схему самостоятельно. Это предпочтительнее, так как своими руками можно спаять качественное изделие, которое сможет прослужить гораздо дольше китайского конвейерного продукта. Правда, этот вариант уже гораздо сложнее и для людей, не занимающихся электроникой, не подойдет.

Схема гирлянды на светодиодах выглядит примерно так. Ее можно усовершенствовать, а можно упростить. Но легче, конечно, купить новую гирлянду, если есть такая возможность.

При этом предпочтение лучше отдавать если и китайским производителям, то хотя бы выбирать не самый дешевый вариант. Изделия из Китая подороже имеют вполне высокое качество и гораздо менее подвержены поломкам.

Попросили меня как-то собрать несложную и недорогую гирлянду на микроконтроллере. Под руку попался самый дешёвый восьми битный AVR микроконтроллер Attiny13. В данной статье я хочу пошагово описать процесс сборки данного устройства.

Из деталей нам понадобится:
Микроконтроллер Attiny13 - 1шт.
Панелька DIP-8 - 1шт.
Резистор 4.7кОм - 1шт.
Резистор 100 Ом - 5шт.
Штырьки PLS - 2шт.
Светодиоды (любые) - 5шт.
Гнездо BLS-2 - 1шт.
Отсек для батареек - 1шт.

Сборку устройства я разделил на несколько этапов:
Этап 1. Изготовление платы
Этап 2. Запаивание радио деталей на плату
Этап 3. Изготовление программатор для прошивки микроконтроллера
Этап 4. Прошивка микроконтроллера

Этап 1. Изготовление платы

Внимание! Крайне не обязательно изготавливать плату, можно воспользоваться макетной платой. Но всё же лучше и красивее изготовить плату для устройства.

И так, для начала нам понадобится следующее:
Кусочек текстолита (размером 45 на 30мм)

Небольшая ёмкость
Вода
Перманентный маркер
Немного технического спирта или одеколона
Ластик

Поверхность текстолита покрыта медной фольгой, а фольга, как и любой другой металл имеет свойство окислятся на воздухе. Поэтому возьмём ластик и протрем медную часть текстолита.

Нарисовали? Отлично. Теперь надо вытравить плату используя хлорное железо.
Во время травления, хлорное железо выедает (не закрашенную маркером) часть медного покрытия текстолита.

И так, поскольку хлорное железо это порошок нам его надо развести в воде.
Вот пропорция: 100гр. хлорного железа на 700мл воды. Но нам так много не надо, поэтому берём 10гр. на 100 мл. воды. Далее в этот раствор опускаем нашу плату.

И ждём примерно часа два (пока раствор хлорного железа не выест не закрашенную часть медного покрытия текстолита).

После того, как плата вытравилась, достаём её из емкости и промываем под проточной водой.

Вот фотография вытравленной платы.

Теперь стираем с платы маркер (для этого отлично подходит технический спирт или одеколон).

Поскольку у меня нет электродрели я использую свой школьный циркуль

После того, как все отверстия в плате сделаны надо зачистить её тонкой наждачной бумагой.

Теперь включаем паяльник и залудим плату. Внизу фотография залуженной платы

Оставшийся на плате канифоль можно стереть техническим спиртом или жидкостью для снятия лака.

Плата готова! Этап 1 завершен!

Этап 2. Запаивание радио деталей на плату

После того как сделали плату (а может кто-то не делал её, а решил использовать макетную плату) необходимо запаять на неё радио детали.

Схема светодиодной гирлянды на микроконтроллере Attiny13:

Запаиваем радио детали на плату (по схеме выше) и получаем следующее устройство:

Всё устройство почти готово, дело остаётся за малым это прошить микроконтроллер.
Этап 2 завершён!

Этап 3. Изготовление программатор для прошивки микроконтроллера

Внимание! Если у вас уже есть программатор для AVR микроконтроллеров вы можете пропустить этот этап и прошить микроконтроллер самостоятельно! Скачать прошивку вы можете по ссылке внизу страницы.

Собирать программатор мы будем на LPT порт компьютера. Вот схема программатора:

На рисунке в прямоугольнике (где LPT порт) номер контакта, куда подсоединять проводок. Провода старайтесь делать покороче (не более 20 см). Если провода будут длиннее 20 см то во время прошивки или чтения микроконтроллера будут ошибки, которые могут стоить микроконтроллеру жизни!
Будьте очень аккуратны, LPT порт очень легко спалить!

Для изготовления программатора нам понадобится:
25-контактный разъем для LPT порта (папа)
Резисторы 150 Ом 4 шт.
Резистор 10 кОм 1 шт.
Батарея на 3 вольта

Вот мой вариант программатора:

Теперь можно приступить к прошивке микроконтроллера.

Этап 4. Прошивка микроконтроллера

Внимание! В этом этапе описывается прошивка микроконтроллера Attiny13 с помощью программы и программатора на LPT порт.

Всем известно, что без прошивки, микроконтроллер - это ничего не делающая микросхема, а чтобы она управляла нашей гирляндой нам её надо прошить.
Для прошивки мы будем использовать ранее изготовленный нами LPT программатор, компьютер и программу PonyProg2000.
Для начала скачайте прошивку для гирлянды (ссылка внизу страницы), потом из интернета скачайте программу PonyProg2000 и установите её.

Теперь всё почти готово для прошивки микроконтроллера. Остаётся лишь подключить микроконтроллер к программатору а программатор подключить к компьютеру.
После того как всё подключили запускаем программу PonyProg2000.

Выскачет такое окно:

В окне нажимаем кнопку "Yes".

После калибровки появится вот такое сообщение:

Все, программа откалибрована!

Теперь заходим в настройки (Setup > Interface Setup…). Появится вот такое окно:

После в главном окне программы выбираем "AVR micro", "Attiny13"

Теперь осталось открыть прошивку, для этого в меню "File" выбираем "Open Device File…". В списке "Тип файлов:" выбираем "*.hex" и указываем путь к прошивке нашей светодиодной гирлянды, нажимаем кнопку "Открыть".

В главном окне нажмите на кнопку "Write device":

После появление такого сообщения:

Микроконтроллер прошит и работоспособен! Но подождите нам ещё необходимо установить фьюз биты. Кстати, фьюз биты это раздел (4 байта) в AVR микроконтроллерах в котором хранится конфигурация работы микроконтроллера.

Для установки фьюз битов в меню "Command" выберите "Security and Configuration Bits…", в появившимся окне нажмите кнопку "Read" и установите галочки как на картинке ниже:

После установки галочек (как на картинке выше) нажмите кнопку "Write". Всё готово!
Теперь выключите компьютер и извлеките микроконтроллер из программатора, вставьте микроконтроллер в панельку на плате гирлянды. Если всё сделано правильно, то при подаче питание (3 вольта) гирлянда должна заработать!

В заключении хотелось бы сказать, что программу я писал в среде (исходник прилагается), программе 9 подпрограмм эффектов, так что ничего не мешает создавать вам свои эффекты.

По умолчанию устройство имеет 4 разных эффекта:
1. Бегущая точка
2. Бегущая линия
3. Переключение светодиодов
4. Моргание

Скачать прошивку, исходники, проект в Proteus вы можете ниже

Список радиоэлементов