Как подключить 9-позиционный переключатель, чтобы в каждой позиции включался на один светодиод больше, чем предыдущий?

У меня есть 9-позиционный переключатель, как этот парень:

И я пытаюсь выяснить, как я могу включить один светодиод с позицией 1, 2 с позицией 2, вплоть до всех 9 в позиции 9.

Очевидно, что я могу повторить всю проводку для светодиодов в каждой позиции, но это кажется глупым.

Моя идея состоит в том, что при расположении, подобном приведенному ниже, переключатель будет отображать обведенную кружком красную линию (показана в позиции 3), которая будет вытягиваться вправо в каждой последующей позиции до тех пор, пока он не соединит все источники света. Как я могу это сделать?

Вот низкотехнологичное решение, которое требует много деталей. Только 4 позиции показаны, вам нужно 45 диодов на 9 позиций.

У Sunyskyguy есть умное решение, если у вас есть высокое напряжение.

Используя регулируемый источник тока, чтобы зажечь их, подключите светодиоды последовательно и закоротите сегмент, который вы хотите быть темным.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Вы можете использовать понижающий повышающий преобразователь для создания 30 В, если у вас еще нет подходящего напряжения.

Вот простой способ построить его с помощью модуля LM2596S:

1. Снимите потенциометр и оба больших конденсатора
2. Подключите один из спасенных конденсаторов между + входом и + выходом (положительный к + входу) и установите керамический конденсатор емкостью 1 мкФ там, где был выходной конденсатор.
3. Подключите 100-омный резистор от выхода к центральной клемме потенциометра.

Модифицированный таким образом, он создаст отрицательное напряжение на клеммах -out и будет действовать как потребляющий ток 12,5 мА на клемме центрального потенциометра (с источником на + out), если питание подается между + in и + out.

^{смоделировать эту схему}

или модуль повышенной прочности XL6009 можно модифицировать. на этот раз просто снимите потенциометр и добавьте резистор 100 Ом, подключите 3-30 В к клеммам входного разъема и подключите светодиодную цепочку к выходу и резистору.

^{смоделировать эту схему}

Если вы не подключены к конкретному имеющемуся у вас переключателю, замените его «поворотным переключателем с постепенным закорачиванием». Это работает так же, как ваш рисунок.

Один из способов обеспечить прогрессивное свечение светодиодов при повороте поворотного переключателя - это использовать сток тока на общем переключателе, а затем подключить светодиоды к клеммам селекторного переключателя, как показано ниже. Показанный приемник постоянного тока - это недорогой способ получить потребляемую мощность 20 мА для светодиодов, чтобы не было изменений яркости при изменении количества светящихся светодиодов. Эта схема требует достаточно высокого напряжения питания, которое преодолевает прямое падение напряжения последовательной цепочки до девяти светодиодов.

Oldfart и Mattman944 ​​дают очень похожие ответы, касающиеся сложных диодных сетей. Если допустимо изменение яркости, достаточно простой диодной лестницы. Красные светодиоды, как правило, имеют падение напряжения 2 В, а диоды, как правило, имеют падение напряжения 0,6 В, поэтому суммарный эффект падения напряжения на диодах в цепочке может быть значительным.

При 9-вольтовой батарее и переключателе в положении 9 резистор ограничения тока для светодиода 9 будет отображать 9-2 = 7 В, а резистор ограничения тока для светодиода 1 - 9-2- (0,6 * 8) = 2,2 В, что привести к более чем трехкратной разнице в токе через светодиоды, если ограничивающие ток резисторы имеют одинаковое значение.

Если вы настаиваете на равной яркости, необходимо включить все диоды, рекомендованные Oldfart и Mattman944, но только с несколькими дополнительными диодами вы можете уменьшить колебания яркости до, возможно, незаметных уровней. Добавляя еще три диода слева, как показано на рисунке выше, мы обеспечиваем, чтобы с переключателем в положении 9 светодиод 5 видел то же напряжение, что и светодиод 8. Фактические напряжения на резисторах, ограничивающих ток, соответствуют приведенным ниже. Обратите внимание, что дополнительный диод между светодиодами 5 и 2 (не рассмотрен в таблице ниже) улучшит схему.

LED  Voltage across current limiting resistor
9             7
8    7-0.6   =6.4
7    7-0.6*2 =5.8
6    7-0.6*3 =5.2
5    7-0.6   =6.4
4    7-0.6*2 =5.8
3    7-0.6*3 =5.2
2    7-0.6*4 =4.6
1    7-0.6*5 =4

Другой способ уравновесить яркость - это установить диоды в линии на некоторые светодиоды, чтобы намеренно увеличить падение напряжения. На приведенном выше рисунке дополнительный диод вставлен в линию от контакта 1 переключателя до светодиода 1, так что светодиод 1 видит одно и то же напряжение независимо от того, находится ли переключатель в положении 1 или 2. Тогда резистор ограничения тока для светодиода 1 может быть меньшее значение, чем у других, чтобы сбалансировать яркость этого светодиода с остальными.

Это всего лишь идеи - для этого типа проекта наилучший баланс между яркостью и сложностью может быть наилучшим образом найден экспериментально.

Вы можете использовать буфер для каждого светодиода, как это.

На этой схеме R1-R3 являются нагрузочными резисторами. Закрытие любого из переключателей приведет к тому, что непосредственно связанный с ним буфер станет равным 0, что приведет к снижению всех буферов ниже него. 4050 имеет 6 буферов. Вам понадобится 2 из них на 9 светодиодов.

Это решение требует только напряжения для питания 4050 (от 3 до 20 В для CD4050B). Вы можете связать столько 4050-х, сколько захотите.

Если вы можете позволить себе еще 0,5 В падение, вы можете использовать массив диодов. Вот пример с тремя светодиодами, для которых требуется 6 диодов.
(Извините за SW, SW2 .., схема лаборатории не имеет символа поворотного переключателя)

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Это может показаться излишним, но это будет меньше частей, и, возможно, дешевле, чем некоторые другие решения для использования микроконтроллера. Многие платы Ardunio имеют более 9 выводов цифрового выхода - вы можете управлять одним светодиодом с каждым из девяти выводов. Имея переключатель, выбирающий различные точки делителя напряжения и подающий его на один аналоговый вывод, вы можете определить положение переключателя и высветить то, что, по вашему мнению, должно быть освещено.

Я бы не советовал этого делать, если вы не хотите подняться по кривой обучения для ПЛИС (включая покупку модуля программирования и работу с SMT-компонентом с большим количеством контактов), но вы можете использовать серию Lattice LCMXO2 с внутренней вспышкой и генератором. Схема будет выглядеть следующим образом (плюс некоторые разъемы питания, разъем для программирования и заглушки байпаса):

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Программное обеспечение для программирования (Lattice Diamond) поддерживает VHDL и Verilog.

Если вам повезет, вы можете установить выходы на минимальный ток привода и пропустить резисторы.

Альтернативный подход заключается в использовании LM3914 для управления светодиодами, с помощью внешнего резистора 10-лестницы с питанием от опорного напряжения. Затем поворотный переключатель просто выбирает напряжение на лестнице, которое подсвечивает необходимое количество светодиодов.

Это всего лишь набросок; например, самый верхний резистор лестницы будет выбран для установки ступенчатых напряжений в пределах допуска (который, по моему опыту, довольно жесткий) компараторов LM3914.

Кроме того, все это будет работать от источника питания 3,3 В

Аналогично методу микроконтроллера, другой способ заключается в использовании интегральных схем с усилителем. Все положительные входы соединены вместе и соединены с потенциометром, который выдает переменное напряжение, вместо переключателя. Отрицательные соединения соединяются с рядом резисторов, чтобы дать каждому различное напряжение. Когда ручка повернута, свет включается один за другим.

Этот тип цепи используется в силовых преобразователях, которые имеют эти 10-сегментные светодиодные ленты, чтобы сообщить вам, сколько ампер выводит инвертор. Я считаю, что они имеют все операционные усилители в одной микросхеме.

Я знаю, что это не точный ответ на вопрос, поскольку он не использует переключатель, но, скорее всего, он выполняет то, что вы хотите.

Изменить 2: все еще возможно использовать обычный переключатель, который подключает только один контакт за раз. Подключите все отрицательные входы операционного усилителя к низкому напряжению, например, 1 В. Затем подключите каждый выход переключателя к каждому положительному входу операционного усилителя. Поместите большой резистор типа 100 кОм на вход переключателя и подключите его к положительному источнику питания. Это должен быть большой резистор, чтобы не пропустить достаточный ток для заметного включения вышеуказанного светодиода, поскольку положительные входы будут подключены к аноду светодиода от другого операционного усилителя. Теперь, когда вы включаете выключатель, одновременно загорается один светодиод. Чтобы включить все светодиоды рядом с ним, просто подключите выход каждого операционного усилителя к положительному входу под ним. Прямое падение напряжения на светодиодах будет слишком велико по сравнению с опорным напряжением 1 В, чтобы отвести достаточное напряжение от положительного входа операционного усилителя под ним, поэтому светодиод не будет препятствовать включению операционного усилителя, но другие Светодиодные нагрузки могут. Это предполагает, что операционные усилители относятся только к типу источника тока. Операционные усилители источника тока и приемника не могут быть использованы, так как это предотвратит усиление положительного входа другого операционного усилителя. Многие операционные усилители потребляют только ток, поэтому в этом случае светодиоды должны быть расположены так, чтобы катоды подключались к входам операционного усилителя, а остальная цепь переключалась. Не забудьте использовать подтягивающие или понижающие резисторы для входов операционного усилителя, которые подключены к коммутатору. То же значение резистора, которое использовалось для подключения переключателя к положительному напряжению, должно быть в порядке

Редактировать 3: Похоже, кто-то другой опубликовал аналогичное, но более простое решение с использованием буферных ИС вместо операционных усилителей.