ELECTRONIQUE 3D
L'ELECTRONIQUE FACILE ET AMUSANTE
Une roulette électronique
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- Nicolas, dans la série je m'amuse avec des LED, voici une roulette électronique. Les composants employés sont courants et n'emploie pas un microcontrôleur pic du genre 16Fxxx qu'il faut programmer. Ce montage à donc plus de composants.
Le circuit intégré pilotant les LED est un CD 4514. Le CD 4514 est un décodeur BCD/Décimal à 4 entrées binaires, ce C-I est déjà employé sur le site (voir ici). Pour piloter le CD 4514, j'ai employé le CD 4040 compteur binaire 12 bits et comme horloge le NE 555.
- Quelle est l'effet recherché ?
- Bonne question, voilà le cahier des charges. 37 Diodes LED disposées en cercle doivent s'allumer une à une avec un effet de ralentissement dans la progression de l'allumage des diodes. L'allumage des LED s'accompagne d'un son. Cela parait simple du premier abord, mais il faut tout de même un peu de logique. Une petite vidéo montre le montage fini.
Le circuit intégré pilotant les LED est un CD 4514. Le CD 4514 est un décodeur BCD/Décimal à 4 entrées binaires, ce C-I est déjà employé sur le site (voir ici). Pour piloter le CD 4514, j'ai employé le CD 4040 compteur binaire 12 bits et comme horloge le NE 555.
- Quelle est l'effet recherché ?
- Bonne question, voilà le cahier des charges. 37 Diodes LED disposées en cercle doivent s'allumer une à une avec un effet de ralentissement dans la progression de l'allumage des diodes. L'allumage des LED s'accompagne d'un son. Cela parait simple du premier abord, mais il faut tout de même un peu de logique. Une petite vidéo montre le montage fini.
- Voici ci-dessous le schéma général, pour les explications il sera décomposé en sous ensembles.
Les plots notés J1 à J37 sont les terminaisons des diodes LED, les autres plots, des terminaisons sur le circuit imprimé. Les points de liaison n'apparaissent pas sur le schéma, voir les vues détaillées
Figure 2
- Comme dit plus haut, c'est un NE555 qui sera l'horloge du montage, voir ci-contre. À première vue rien de particulier sauf que la ligne reliant R2-C2-RV4 n'est pas reliée au plus de l'alimentation en permanence, mais par l'intermédiaire de l'inverseur tétrapolaire SW1-B.
Le but étant de charger le condensateur C2 et lorsque que la ligne sera interrompue à l'aide de l'inverseur, le temps de rotation sera fonction de la décharge du C2 via l'ajustable RV4. Ce temps de rotation va de 0 à 40 secondes environs.
La vitesse de rotation, réglable par RV1 va diminuant, car dépendant de la tension du condensateur C2. À Noter que SW1 à trois fonctions, ceci est la première.
Le but étant de charger le condensateur C2 et lorsque que la ligne sera interrompue à l'aide de l'inverseur, le temps de rotation sera fonction de la décharge du C2 via l'ajustable RV4. Ce temps de rotation va de 0 à 40 secondes environs.
La vitesse de rotation, réglable par RV1 va diminuant, car dépendant de la tension du condensateur C2. À Noter que SW1 à trois fonctions, ceci est la première.
Figure 3
- Le NE555 pilote un CD 4040 compteur binaire 12 étages (voir ici), via son entrée horloge CLK . Seules les six premières sorties Q0 à Q5 sont utilisées. Les quatre premières pour piloter le CD 4514 via ses entrée ABCD, et les deux autres sorties Q4 et Q5 pour la logique d'affichage des LED. Figure 2 et 3.
Cette logique correspond à quoi ?
Et bien, il faut que les CD 4514 soient actifs en allumant leurs LED à tour de rôle. Au départ c'est U3 qui actif et allume les 16 premières LED, les deux autres sont inactif (LED éteintes), ensuite, c'est U4 qui est actif et U3-U4 sont inactif et en dernier, c'est U5 qui est actif et U3-U4 étant inactif. Ce contrôle est fait via la broche INIBIT (INH) du CD 4514, un niveau H sur son entrée éteint toutes les LED. C'est ainsi que les 37 LED s'allument à tour de rôle en donnant un effet de roulement.
Cette logique correspond à quoi ?
Et bien, il faut que les CD 4514 soient actifs en allumant leurs LED à tour de rôle. Au départ c'est U3 qui actif et allume les 16 premières LED, les deux autres sont inactif (LED éteintes), ensuite, c'est U4 qui est actif et U3-U4 sont inactif et en dernier, c'est U5 qui est actif et U3-U4 étant inactif. Ce contrôle est fait via la broche INIBIT (INH) du CD 4514, un niveau H sur son entrée éteint toutes les LED. C'est ainsi que les 37 LED s'allument à tour de rôle en donnant un effet de roulement.
Table de vérité du CD4514, on remarque bien que lorsque INIBIT est H, les entrées sont inactives et les LED s'éteignent. Il faut par ailleurs que l'entrée STROBE soit à l'état H pour que les LED s'allument. Pour rappel, un état H est le + de l'alimentation, un état L est le moins de l'alimentation.
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Logique d'allumage des LED. Examinons le schéma Figure 2:
Pour commencer il faut savoir que les deux transistors T2-T3 ont pour fonction d'inverser le signal présent à leur base.
1- Au départ on considère que U2-U3-U4-U5 sont à 0, donc quand le CD 4040 commence à compter, les sorties Q4-Q5 (Ch4_Ch5 figure de droite) sont à l'état bas (L) se qui rend les transistors T2-T3 conducteurs. Les entrées INH de U4-U5 sont donc à l'état H, ils sont donc inactif, seul U3 est actif et allume les 16 premières LED.
Pour commencer il faut savoir que les deux transistors T2-T3 ont pour fonction d'inverser le signal présent à leur base.
1- Au départ on considère que U2-U3-U4-U5 sont à 0, donc quand le CD 4040 commence à compter, les sorties Q4-Q5 (Ch4_Ch5 figure de droite) sont à l'état bas (L) se qui rend les transistors T2-T3 conducteurs. Les entrées INH de U4-U5 sont donc à l'état H, ils sont donc inactif, seul U3 est actif et allume les 16 premières LED.
Etat des sortie du CD4040
2- Au 17 em top d'horloge la sortie Q4 du CD4040 devient H ce qui met l'entrée INH de U3 à l'état H via la diode D7, U3 devient donc inactif (ces LED s'éteignent). Dans le même temps T2 n'est plus conducteur (sa base étant devenue positive) ce qui met l'entrée INH de U4 à l'état L via D2, U4 devient donc actif et allume ses LED. La sortie Q5 du CD4040 étant toujours L, U5 est donc toujours inactif. Seul donc U4 allume ces LED, les LED de 17 à 32.
3- Au 34 em top d'horloge la sortie Q4 du CD4040 redevient L et c'est autour de la sortie Q5 de devenir H. Il en résulte que U3 est toujours inactif vue que sont entrée INH est toujours à l'état H via D1. Le transistor T3 n'est plus conducteur ce qui met l'entrée INH de U5 à L et c'est à lui d'allumer ces LED. Quand la sortie Q5 de U5 devient H celle-ci étant reliée à l'entrée RAZ du CD4040 remet celui-ci à zéro et le cycle recommence.
À ce stade, on voit que les LED s'allument à tour de rôle.
Et les diodes D3-D4-D6 dans tout cela ?
Et bien, si tu regardes le schéma figure 3, tu vois que l'interrupteur SW1-C les commute au plus de l'alimentation et de ce fait elles servent à éteindre toutes les LED, ce qui sera utile pour le jeu.
3- Au 34 em top d'horloge la sortie Q4 du CD4040 redevient L et c'est autour de la sortie Q5 de devenir H. Il en résulte que U3 est toujours inactif vue que sont entrée INH est toujours à l'état H via D1. Le transistor T3 n'est plus conducteur ce qui met l'entrée INH de U5 à L et c'est à lui d'allumer ces LED. Quand la sortie Q5 de U5 devient H celle-ci étant reliée à l'entrée RAZ du CD4040 remet celui-ci à zéro et le cycle recommence.
À ce stade, on voit que les LED s'allument à tour de rôle.
Et les diodes D3-D4-D6 dans tout cela ?
Et bien, si tu regardes le schéma figure 3, tu vois que l'interrupteur SW1-C les commute au plus de l'alimentation et de ce fait elles servent à éteindre toutes les LED, ce qui sera utile pour le jeu.
Figure 4
- Parlons maintenant de l'interrupteur tétrapolaire. Celui-ci à trois fonctions:
1- SW1-C comme dit plus haut, il étint les diodes LED en commutant les entrées INH des CD 4514 au plus de l'alimentation.
2- SW1-B charge le condensateur C2 au plus de l'alimentation
3- SW1-A commute le haut-parleur sur la sortie du NE555 ce qui fera le bruitage quand les LED défilent.
À ce stade, cela peut paraître compliqué, mais on verra plus bas l'utilité de cet interrupteur tétrapolaire en phase de jeu.
- Au cours des essais sur table, il est apparu quelques fois que l'arrêt du défilement des LED ne se faisait pas franchement. J'ai donc ajouté un comparateur de tension qui décharge rapidement le condensateur C2 en fin de défilement des LED. Ce comparateur à été mis sur le montage pour vérifier son bon fonctionnement. Il est possible qu'il ne soit pas utile, il sera donc monté si des ratés en fin de défilement à lieu. Celui-ci compare donc la tension aux bornes du condensateur C2 sur son entrée + par rapport à une tension de référence réglable par l'ajustable RV2 appliquée sur son entrée -. Tant que l'entrée + est supérieure à l'entrée - la sortie du comparateur est positive et le transistor T1 ne conduit pas. Dès que la tension sur l'entrée + devient égale ou inférieure à l'entrée - la sortie du comparateur chute à zéro volt et le transistor T1 conduit, déchargeant rapidement C2.
Pour le réglage, on met l'ajustable du côté de R16 et on augmente la tension pour que le basculement se face juste à l'arrêt du défilement des LED.
1- SW1-C comme dit plus haut, il étint les diodes LED en commutant les entrées INH des CD 4514 au plus de l'alimentation.
2- SW1-B charge le condensateur C2 au plus de l'alimentation
3- SW1-A commute le haut-parleur sur la sortie du NE555 ce qui fera le bruitage quand les LED défilent.
À ce stade, cela peut paraître compliqué, mais on verra plus bas l'utilité de cet interrupteur tétrapolaire en phase de jeu.
- Au cours des essais sur table, il est apparu quelques fois que l'arrêt du défilement des LED ne se faisait pas franchement. J'ai donc ajouté un comparateur de tension qui décharge rapidement le condensateur C2 en fin de défilement des LED. Ce comparateur à été mis sur le montage pour vérifier son bon fonctionnement. Il est possible qu'il ne soit pas utile, il sera donc monté si des ratés en fin de défilement à lieu. Celui-ci compare donc la tension aux bornes du condensateur C2 sur son entrée + par rapport à une tension de référence réglable par l'ajustable RV2 appliquée sur son entrée -. Tant que l'entrée + est supérieure à l'entrée - la sortie du comparateur est positive et le transistor T1 ne conduit pas. Dès que la tension sur l'entrée + devient égale ou inférieure à l'entrée - la sortie du comparateur chute à zéro volt et le transistor T1 conduit, déchargeant rapidement C2.
Pour le réglage, on met l'ajustable du côté de R16 et on augmente la tension pour que le basculement se face juste à l'arrêt du défilement des LED.
Figure 5
Câblage de l'inverseur
L'alimentation est de 15 V. Un régulateur 7815 régule cette tension. Pour le transformateur un 15 V 2,8 VA est le minimum.
- Le Jeu :
Intéressons-nous sur l'inverseur "Start" (SW1 sur le schéma). Du coté opposé à Start, les LED s'éteignent et l'oscillateur est mis en route (charge complète de C2), l'inverseur est mis dans cette position lorsque les joueurs effectuent leurs mises, (à noter que le petit HP est au aussi déconnecté dans cette position). Lorsque les jeux sont faits, on bascule sur Start et le défilement des LED commence avec le bruitage, car sur cette position le HP est connecté.
Le hasard est donc du au temps que met les joueurs pour miser, l'oscillateur étant en route. On ne sait pas dans quel état sont les entrées du CD4514 et donc ou se trouve la LED allumée au démarrage.
Au cours de l'élaboration du montage, je me suis posé la question à savoir si un joueur, fin observateur, puisse mémoriser ou se trouve le départ de la première LED, et puisse deviner où le défilement s'arrêtera. C'est pour contrer cela que j'ai mis un poussoir (Pusch) qui, actionné après le Start empêche ce fait en relançant les LED celles-ci étant allumées.
À l'usage, il s'avère à peu près impossible de voir ou démarre le défilement des LED. Ce poussoir est donc facultatif. Le cas échéant, il se câble en parallèle sur SW1 aux plots "Poussoir" et "Poussoir +" sur le schéma.
- Le Jeu :
Intéressons-nous sur l'inverseur "Start" (SW1 sur le schéma). Du coté opposé à Start, les LED s'éteignent et l'oscillateur est mis en route (charge complète de C2), l'inverseur est mis dans cette position lorsque les joueurs effectuent leurs mises, (à noter que le petit HP est au aussi déconnecté dans cette position). Lorsque les jeux sont faits, on bascule sur Start et le défilement des LED commence avec le bruitage, car sur cette position le HP est connecté.
Le hasard est donc du au temps que met les joueurs pour miser, l'oscillateur étant en route. On ne sait pas dans quel état sont les entrées du CD4514 et donc ou se trouve la LED allumée au démarrage.
Au cours de l'élaboration du montage, je me suis posé la question à savoir si un joueur, fin observateur, puisse mémoriser ou se trouve le départ de la première LED, et puisse deviner où le défilement s'arrêtera. C'est pour contrer cela que j'ai mis un poussoir (Pusch) qui, actionné après le Start empêche ce fait en relançant les LED celles-ci étant allumées.
À l'usage, il s'avère à peu près impossible de voir ou démarre le défilement des LED. Ce poussoir est donc facultatif. Le cas échéant, il se câble en parallèle sur SW1 aux plots "Poussoir" et "Poussoir +" sur le schéma.
Figure 6
Quelques photos du montage en cours d'élaboratuion :
La platine en cours de réalisation
Essai sur table
La platine finie en phase d'essai
On voit sur la photo du centre la présence de nombreux straps, cela est dû au fait que le circuit est en simple face. Mon fabricant de circuits imprimé ne faisant que du simple face.... Sur la photo de droite, les nombreuses liaisons à faire et ce sera sûrement une source d'erreurs (j'en ai fait).
- Pour réussir ce montage, il faut un travail soigné et:
- 1 Vérifier toutes les soudures à la loupe, pour voir s'il n'y a pas de chevauchement de soudure entre les pastilles, certaines sont très proches l'une de l'autre.
- 2 Vérifier le bon endroit du câblage, sur tout au niveau des LED qui est source d'erreurs. Mettre des barrettes mâle et femelles au niveau du circuit imprimé principal, (photo du centre).
- Pour réussir ce montage, il faut un travail soigné et:
- 1 Vérifier toutes les soudures à la loupe, pour voir s'il n'y a pas de chevauchement de soudure entre les pastilles, certaines sont très proches l'une de l'autre.
- 2 Vérifier le bon endroit du câblage, sur tout au niveau des LED qui est source d'erreurs. Mettre des barrettes mâle et femelles au niveau du circuit imprimé principal, (photo du centre).
Vérification en cours de montage
On remarque que le zéro "La banque gagne" se trouve au centre. Dans le montage définitif, j'ai placé une LED clignotante, voir vidéo en haut de page. Celle-ci ne s'allume jamais en cours de rotation des LED, cela est dû à l'inertie du clignotement de la LED.
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