به کار بستن پتانسیومتر دیجیتال برای کنترل نور و صدا

.

.

پتانسیومتر دیجیتال، افزاره ای که در درون سامانه های صوتی و دستگاه های استریو پنهان است، نیازی به تنظیم ندارد، زیرا خودش خودش را تنظیم می کند. مقاومت اهمیِ شناورِ یک پتانسیومتر دیجیتال می تواند رنگ یا شدت روشنایی یک منبع نور، حجم صدا یا فرکانس نوای یک ساز، یا هر پارامتر دیگری را که به ولتاژ و جریان وابسته باشد، تغییر دهد.

.

پله های روی یک نردبام

در مدار یکپارچه ای که در این مقاله به معرفی آن می پردازیم، نردبامی از مقاومت ها خوابیده است. تصویر 1 ایده ی ساختمانی چنین نردبامی را نشان می دهد. اتصالات میان مقاومت ها «پریز» یا tap خوانده می شوند.  اگر شما 127 مقاومت داشته باشید (مانند این مثال)، با احتساب مقاومت های انتهایی نردبام، وجود 128 پریز ممکن می شود. پتانسیومترهای دیجیتالی نوعاً دارای 8، 16، 32، 64، 100، 128، 256، یا 1024 پریز هستند.

.

تصویر 1: در پتانسیومترهای دیجیتال، تعداد پریزها همواره یکی بیشتر از تعداد مقاومت ها است. در اینجا 128 پریز و 127 مقاومت داریم.

.

آی.سی. دارای دو پایانه با نام های A و B است. از طریق این پایانه ها دسترسی به دو انتهای نردبام برقرار می شود.در همین حال، یک پایانه ی سوم، همان که در پتانسیومترهای معمولی به «سر لغزنده» نامیده می شود، در داخل آی.سی. وجود دارد که می تواند به هر یک از پریزها وصل شود. چون مقدار اهمی مقاومت بین سر لغزنده و انتهاهای A و B به صورت پله پله، پله های کوتاه تغییر می کند، انتقال از پله ای به پله ی دیگر آنقدر "نرم" هست که برای بسیاری از کاربردها، مانند ولوم صدای یک دستگاه صوتی استریو، مناسب باشد.

.

تصویر 2: وظیفه و کارکرد تک تک پایانه های آی.سی. پتانسیومتر دیجیتال در اینجا دیده می شوند.

.

ترتیب و وظیفه ی پایانه های خانواده ی مدارهای یکپارچه ی AD5220 (که دربرگیرنده ی AD5220BNZ10, AD5220BNZ50, AD5220BNZ100 است و به ترتیب دارای مقاومت کلی 10 کیلو و 50 کیلو و 100 کیلواهم هستند)، در تصویر 2 دیده می شوند.

با رسیدن هر پالس به ورودی ساعت (Clock) این آی.سی.، موقعیت سرلغزنده (Wiper) یک پله تغییر می کند. جهت این تغییر به تراز منطقی روی پایه ی بالا/پایین (Up/Down) بستگی دارد و سرلغزنده را یا به سمت انتهای A و یا انتهای B از نردبام مقاومتی می برد. برای فعال کردن آی.سی.، پایانه ی انتخاب چیپ (Chip Select) باید به زمین وصل باشد.

مدار یکپارچه ی AD5220 با 5 ولت جریان مستقیم تغذیه می شود. این ولتاژ را می توان از طریق یک تثبیت کننده ی ولتاژ از نوع 7805 از یک منبع غیررگوله ی مثلاً 9 ولتی تامین کرد.

یادداشت: شما خواننده ی گرامی می توانید آی.سی. های پتانسیومتر دیجیتالی دیگری نیز  بخرید که در آنها هر مقاومت دارای یک «شماره ی نشانی» است و یک رمز دودویی (باینری کُد) به سرلغزنده می گوید که مستقیماً به نشانی متناظر با آن برود. البته این نوع آی.سی.ها به یک پروتکل سریال مخابراتی نیاز دارند که کارکردن با آنها برای من آسان نیست.

.

زمانبندی مقاومت

اگر شما AD5220 را با استفاده از کلید فشاری کنترل کنید، بایستی از مدار «لرزش گیر» نیز استفاده کنید تا نوسان مکانیکی و قطع و وصل های مکرر کنتاکت های کلید باعث اختلال در کار مدار نشود. البته، راه آسان تر و حرفه ای تر آن است که AD5220 خود را نه با یک کلید شستی مکانیکی، بلکه با یک کلید نیمه رسانای الکترونیکی کنترل کنیم. پیشنهاد من استفاده از یک آی.سی. 7555 (مدل سی.ماس تایمر معروف 555) است. 555 های معمولی در هنگام کار ضربه های ولتاژی (Spike) ایجاد می کنند که باعث بروز خطا در کارکرد پتانسیومترهای دیجیتالی خواهند شد.

تصویر 3 مدار آزمایشی ما را نشان می دهد که در آن من دو انتهای نردبام مقاومتی (پایانه های 3 و 6 از AD5220) را بین دو سر منبع تغذیه وصل کرده ام. بنابراین، ولتاژ روی سرلغزنده (پایانه 5) می تواند پله پله بین صفر تا 5 ولت تغییر کند.

.

تصویر 3: یک مدار آزمایشی که شدت نور یک دیود نوری قرمز را آرام آرام زیاد می کند و با فشار دادن دکمه ای کم کم از نور آن می کاهد.

.

آزمایش خود را در حالی آغاز می کنیم که ال.ای.دی. قرمز از مدار خارج باشد. در این حال با وصل کردن باتری، ال.ای.دی. زرد باید چشمک بزند که نشان دهنده ی کارکرد صحیح مدار تایمر است. شروع به کار AD5220 همیشه به صورتی است که گویا سرلغزنده در وسط پتانسیومتر قرار دارد. با ورود پالس های تایمر، ولتاژ آن کم کم بالا می رود، زیرا پایانه ی بالا/پایین (پایه 2) از طریق یک مقاومت 10 کیلواهمی به زمین وصل است (Pull Down). ولتمتر شما در مدار مقدار ولتاژ روی سرلغزنده، که اندک اندک زیاد می شود را نشان می دهد. با فشار دادن کلید شستی، پایه 2 آی.سی. به خط مثبت 5 ولت وصل می شود و خروجی شروع به شمارش به سمت پایین می کند تا به حدود صفر ولت برسد (مقدار آن به مقاومت داخلی منبع تغذیه ی شما وابسته است).

ال.ای.دی. قرمز و مقاومت محدودکننده ی آن را موازی با ولت متر ببندید، کلید را فشار دهید تا آی.سی. به سمت صفر شماذرش کند. روشن است که دیود نوری با رسیدن ولتاژ دو سرش به حدود 1/6 ولت، کاملاً خاموش می شود. علت آن است که دیود نوری هم مانند همه ی دیود های دیگر برای این که اصلاً کارکند، به یک کمینه ی ولتاژی نیاز دارد. به این ولتاژ «ولتاژ پیشرو» یا «ولتاژ فوروارد» می گویند. انتخاب دیود نوری قرمز رنگ به این علت است که ولتاژ پیشروی ال.ای.دی.های قرمز از همه ی انواع دیگر ال.ای.دی.ها کمتر است. به عنوان مثال، ولتاژ پیشروی یک ال.ای.دی. سفید 3/2 ولت است.

اگر بخواهید که ال.ای.دی. در پایین ترین پله ی تنظیم با نور کم روشن بماند، لازم است که یک مقاومت بین پایه 3 پتانسیومتر دیجیتال و زمین مدار وصل کنید. همچنین ضروری است که با اضافه کردن یک طبقه ی تقویت کننده (Driver) ترانزیستوری، AD5220 خود را از تحمل دایمی 20 میلی آمپر جریان که بیشینه ی جریان مجاز خروجی آن است، خلاص کنیم.

.

تصویر 4: افزودن یک تقویت کننده ی ترانزیستوری به مدار آزمایشی پیشین برای کنترل مطمئن ال.ای.دی. در تمامِ گامِ کاریِ آن.

.

در تصویر 4 نیمه ی پایینی مدار پیشین دیده می شود که به منظور مورد نظر مدارهای آن تغییر داده شده اند. در حالت جدید، یک مقاومت 6/8 کیلواهمی ولتاژ کمینه ی سرلغزنده را روی 2 ولت (بجای صفر ولت) قرار می دهد. این امر از خاموش شدن کامل ال.ای.دی. جلوگیری می کند. همچنین، مقاومت محدودکننده ی 220 اهمی نیز بایک مقاومت 100 اهمی عوض می شود، زیرا مسیر کلکتور-امیتر ترانزیستور که در مسیر جریان ال.ای.دی. واقع است، داری مقدار موثری از مقاومت می باشد. جریان بیشینه و کمینه ی روشنایی دیود نوری من 18 میلی آمپر و صفر میلی آمپر هستند. شما هم دیود نوری خود را بیازمایید که آیا به نتیجه ی من می رسید یا خیر.

حالا خازن زمانگیری 10 میکروفارادی را با یک خازن 1 میکروفارادی عوض کنید. در این حالت، روند روشن و خاموش شدن دیود نوری سریع تر و روند تغییر شدت روشنایی آن نرم تر خواهد بود.

.

گام بعدی: خودکاری کامل!

حالا بیایید شستی را با چیزی که خودش به صورت خودکار چرخه ی کار را وارونه کند، جایگزین کنیم. خروجی یک تایمر دیگر (کُندتر) را می توان به پایه ی «بالا/پایین» داد، اما ممکن است این کار باعث ناهماهنگی در همزمانی با تایمر اول شود. آنچه که مورد نیاز ماست، افزاره ای است که 128 چرخه را بشمارد و سپس تراز منطقی روی پایه ی «بالا/پایین» را وارونه کند، دوباره 128 چرخه ی دیگر را بشمارد و باز هم ولتاژ پایه ی گفته شده را معکوس کند... و همین طور به این کار ادامه دهد.

همان طور که شما هم حتماً حدس زدید، این وظیفه ی یک «آی.سی. شمارنده» است! در واقع، یک شمارنده ی دودویی 8 بیتی تا 256 را می شمارد که درست برابر 128×2 است. پس از شمارش اولین 128 گام، خروجی این آی.سی. از 01111111 به 10000000 تبدیل می شود، یعنی باارزش ترین بیت در خروجی از صفر به یک می رسد. این بیت در طول 128 شمارش بعدی «یک» باقی می ماند و پس از آن از یک به صفر برمی گردد. به همین سادگی! علت این که من یک پتانسیومتر دیجیتالی 128 پریزی انتخاب کردم همین بود که می شود آن را با یک شمارنده ی 8 بیتی وادار به عملکرد بالا و پایین رونده کرد.

مدار نهایی و شماتیک آن در تصویر 5 آمده است. در این مدار از یک آی.سی. شمارنده از نوع 74HC4520 که دارای دو شمارنده ی 4 بیتی است، استفاده کرده ام. دو شمارنده را با هم سری بسته ام. تمام خروجی ها باز و بی استفاده هستند، به استثنای خروجی متناظر بر باارزش ترین بیت.

.

تصویر 5: پس از جداکردن کلید شستی از مدار و جایگزین کردن آن با یک آی.سی. شمارنده، مدار به صورت خودکار عمل خواهد کرد.

.

دستگاه را رنگین کنیم!

دو نسخه ی دیگر از همین مدار بسازید، یکی برای راه اندازی یک ال.ای.دی. سبز و دیگری برای کنترل یک دیود نوری آبی. زمان بندی کاری آنها را طوری تنظیم کنید که با هم اندکی اختلاف فاز داشته باشند. حالا اگر نور ال.ای.دی.ها را با هم مخلوط کنیم، تمام رنگ های طیف مرئی به شکلی که اتفاقی به نظر می رسد، به دنبال هم شکل می بندند.

برای ال.ای.دی. سبز مقدار مقاومت 6/8 کیلواهمی باید افزایش داده شود، طوری که کمینه ی ولتاژ روی سرلغزنده با کمینه ی ولتاژ پیشروی این دیود نوری هماهنگ باشد. همین کار را نیز باید در مورد ال.ای.دی. آبی انجام دهیم. این کار با روش «سعی و خطا» انجام خواهد گرفت.

.

حالا به این گوش کنید

تا اینجا همه چیز به خوبی برگزار شد- اما این تازه آغاز کار بود. پس جلوه های صوتی چه می شود؟ با یک آی.سی. تایمر 555 یک نوسانگر فرکانس صوتی ببندید. به جای مقاومت مدار زمانگیری، یک پتانسیومتر دیجیتال همراه با یک مقاومت 5 کیلواهمی به صورت سری با آن در مدار قرار دهید. وجود مقاومت ثابت 5 کیلواهمی باعث می شود که مجموع مقدار مقاومتی در اینجا هیچگاه به صفر نرسد. با اضافه کردن شمارنده ی دودویی و 8 بیتی مانند قبل، ما یک تون موسیقایی بالا و پایین رونده خواهیم داشت.

.

یک مدار عملیاتی برای کاربرد پتانسیومتر دیجیتالی

مدار زیر برای بسیاری از کاربردها مناسب است. در اینجا ما یک پتانسیومتر دیجیتالی 10 کیلواهمی با 128 پله داریم. مدار با 5 ولت کار می کند و مصرف جریان آن بسیار ناچیز است.

.

.

طرح فیبر مدار چاپی پیشنهادی و چگونگی چینش افزاره ها بر روی آن در تصویر زیر ملاحظه می شود.

.

.

آخرین به روز رسانی:

20 آبان ماه 1397

.

.

مطالب مرتبط:

مدار یک پتانسیومتر دیجیتالی

.

.

www. etesalkootah.ir ||   2017-11-25 © 

2015 www.etesalkootah.ir  © All rights reserved.

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو،  تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه  استفاده  کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است.