Скоро Новый Год и хотелось бы собрать для украшения ёлки красивую гирлянду с переливающимися разноцветными огоньками с несложной схемой, не требующей особой наладки, или навыков в программировании МК. Для того, что бы лампочки переливались необходимо ими управлять с помощью ШИМ. Обычно в качестве ШИМ модулятора используют микроконтроллер с программной реализацией данной функции. А можно обойтись без МК? Оказывается можно собрать простейший ШИМ - автомат без использования МК всего на 5 цифровых микросхемах.

Смотрим рисунок:

Основой ШИМ - автомата в этой схеме является компаратор К1533СП1, который сравнивает два 4 разрядных числа. На вход компаратора приходят все время разные числа со счетчиков A и B (от 0 до F) время появления импульса на выходе компаратора изменяется, то увеличиваясь, то уменьшаясь, а используемый реверсивный счетчик В К555ИЕ17, позволяет получить плавный переход от конца счета к началу. Полный цикл работы ШИМ - автомата насчитывает 512 тактов. Сначала увеличивается скважность положительного импульса, Затем начинает расти скважность отрицательного импульса. В результате, сначала плавно загораются светодиоды LD1-LD12, а LD13-LD24 плавно гаснут, гирлянда светится только зелеными огоньками, затем наоборот LD1-LD12 плавно гаснут, а LD13-LD24 плавно загораются, гирлянда светится только красными огоньками. Максимальная скважность у этого простейшего ШИМ - автомата равна 16. Время зажигания /потухания около полсекунды. Изменяя емкость конденсатора С1 можно увеличить/уменьшить длительность мерцания гирлянды, но увеличением длительности увлекаться не стоит, так как станут заметны отдельные вспышки светодиодов. Собранный ШИМ - автомат в настройке не нуждается, если схема собрана правильно, она сразу заработает. Желательно только подобрать емкость С1, настроив длительность мерцания светодиодов по своему вкусу. Если все собрано правильно и аккуратно, а схема все же не работает, то для ее наладки потребуется обычный мультиметр и любой светодиод. Перед началом отладки проверьте внимательно монтаж, убедитесь с помощью мультиметра , что на каждую микросхему подведено питание. Затем отключите питание и припаяйте параллельно конденсатору С1 дополнительный конденсатор емкостью 47 - 50 мкф. Припаяйте через сопротивление 220 ом к Uпит (+5в) плюс светодиода, а к минусу светодиода длинный проводок. Получился импровизированный пробник-щуп логических уровней. Включите питание и попробуйте прикоснуться свободным проводком этого щупа к выходу генератора (нога 8 микросхемы d4). Светодиод должен замигать с частотой генератора. Если светодиод не мигает, проверьте монтаж и уменьшите емкость конденсатора С1 раза в 2. Светодиод мигает от генератора, проверяем наличие импульсов, указанных на схеме 1. На выходе инвертора d1 (нога2), после прикосновения щупа светодиод должен периодически вспыхивать. Если коснуться щупом выхода компаратора (микросхема Е 6нога) светодиод должен периодически гаснуть. Что бы удостовериться в работе реверсивного счетчика, нужно прикоснуться выхода 6 микросхемы с1. Светодиод должен периодически гаснуть/загораться. Далее проверяем наличие импульсов на выходах триггера с2 (нога 8; нога 9), светодиод должен гаснуть/загораться с изменяющейся длительностью. Если это так, то значит схема ШИМ - автомата работает правильно. Отпаиваем дополнительный конденсатор. Собранный ШИМ - автомат заработал. Теперь пара слов о гирлянде. Светодиоды красные и зеленые можно чередовать через один на расстоянии 5 см друг от друга, или сделать две отдельных гирлянды. Если есть желание собрать более сложную цифровую схему для украшения новогодней елки, то в таком случае можно собрать схему на рисунке 2. Представленная схема позволяет получить эффект бегущих, плавно загорающихся огоньков, с угасающими за ними шлейфами вдоль гирлянды. Для решения поставленной задачи придется использовать параллельные пары регистров сдвига К1533ИР8. Почему пары? Дело в том, что импульсы включения/выключения светодиодов в гирлянде разделены не только по времени, но и по фазе. Для изменения фазы задающего генератора в схеме используется, оставшийся свободным на схеме 1, инвертор d3. Вот, что бы не пропустить ни один из коротеньких импульсов приходящих с разностью фаз в 180 градусов и необходимо использовать пары регистров К1533ИР8. 
Смотрим следующий рисунок:

Выходы микросхем К1533ИР8 подключаются к светодиодам через один лишь для уменьшения количества корпусов микросхем используемых D-триггеров, уменьшения количества светодиодов и проводов в гирлянде до приемлемого количества. Если использовать каждый выход сдвиговых регистров, то градации яркости светодиодов будут меняться плавней, соответственно количество D-триггеров и светодиодов увеличится вдвое. При желании можно увеличить количество световых эффектов схемы. Для этого достаточно добавить узел коммутации тактовой частоты задающего генератора. Этот узел позволит превращать ШИМ - автомат в обычную схему бегущих огней и теней, изменяющихся в размере, и снова возвращаться в режим ШИМ - автомата. Для подобной метаморфозы достаточно ввести в схему 2 всего две микросхемы К1533ИЕ19 и К1533КП15. Счетчик К1533ИЕ19 будет делить исходную частоту задающего генератора на ряд частот кратных двум и управлять коммутацией входов мультиплексора, а мультиплексор К1533КП15 выбирать из этого ряда одну из задающих частот для схемы. Изменяя порядок подключения входов мультиплексора D0-D7 к выходам счетчика, можно изменить "программу" смены частот задающего генератора на ваш вкус, вплоть до остановки бегущих огней ( достаточно один из входов мультиплексора D0-D7 подсоединить к общему проводу). Если таким способом остановить ШИМ - автомат, то произойдет самоблокировка схемы и заставить ее снова заработать можно будет, только отключив и подключив питание повторно. 
И опять смотрим рисунок:

В итоге получилась схема ШИМ - автомата с функцией бегущих огней из 15 цифровых микросхем и с гирляндой из 18 светодиодов. Собирая и отлаживая эту схему, начинающие котята смогут узнать, как работают сдвиговые регистры, мультиплексоры, счетчики последовательного типа и реверсивные счетчики, синхронные счетчики, компараторы, триггеры. Надеюсь, что гирлянда, управляемая предложенной схемой, станет достойным украшением новогодней елки, радуя хозяев и гостей своими веселыми разноцветными огоньками.

Вопросы, как обычно, складываем тут.