دائرة لمبات الليد الراقصة

وصف المشروع

دائرة مكونة من مجموعة لمبات led تتبدل إضائتها بشكل تلقائى مما يجعلها تبدو ممتعة.

الهدف من المشروع

استخدام الدائرة المتكاملة 555 لإرسال نبضة التشغيل والتبديل اتوماتيكياً إلى الدائرة المتكاملة 4017 بدلا من استخدام مفتاح كما فى الدائرة السابقة (رابط: دائرة تجربة واختبار IC-4017).

جدول المكونات

توصيل الدائرة

شرح المكونات

• المقاومات Resistors

المقاومة هى عنصر كهربى فائدته إعاقة مرور التيار بقدر معين يتناسب مع قيمة المقاومة، فالتيار المار فى مقاومة 100 أوم يكون أكبر من التيار المار فى مقاومة 10 كيلو أوم عند تطبيق نفس قيمة الجهد عليهما.
تقاس المقاومة بوحدة الأوم (ohm) ويرمز له بهذا الرمز: وشكل المقاومة فى الدوائر كالتالي:

أو

وللمقاومة ألوان يتم من خلال ترتيب الألوان هذه تحديد قيمة كل مقاومة، والجدول التالى يوضح القيم الخاصة بكل لون:

نحتاج فى الدائرة عدد 10 مقاومات قيمة 150 أوم

وواحدة 1 كيلو أوم

وواحدة 10 كيلو أوم

من خلال هذا الرابط يمكنك حساب قيمة المقاومة بالألوان أو من هذا الرابط، وللمزيد من الشرح فى هذا الرابط.

• المقاومة المتغيرة 10 كيلو أوم Potentiometer  10 K ohm

وتعرف بالإنجليزية Potentiometer  أي أنها تقسم الجهد الداخل إلى جهد أصغر، لذلك تختلف المقاومة المتغيرة عن المقاومة العادية في أنه يمكن تغيير قيمتها فى مدى معين مثلاً من 1 كيلو أوم وحتى 10 كيلو أوم، وهذه بعض أشكالها فى الطبيعة:

ولها 3 أطراف يوصل طرفان منها بمصدر الجهد والطرف الثالث يكون الخرج عليه قيمة الجهد المتغيرة حسب تحريك المفتاح وتكون بالطبع أقل من قيمة الجهد الكلي على طرفي المقاومة، والصور التالية توضح شكل المقاومة فى الدوائر:

يرجى زيارة الرابط التالي للمزيد حول مجزئ الجهد من هنا.

• المكثفات Capacitors

الصورة فى الأعلى لأنواع مختلفة من المكثفات، والصورة التالية رموز المكثفات في الدوائر والرسومات:

فهناك مكثفات ذات قطبية (طرف موجب وطرف سالب) ومكثفات أخرى بدون قطبية، وهناك أيضاً مكثفات سيراميك ومكثفات كيميائية وتعتمد على طبيعة المادة الداخلية في تركيب المكثف، وتوجد مكثفات ذات سعة (قيمة) ثابتة ومكثفات أخرى متغيرة القيمة يتم التحكم بها عن طريق مفتاح دوران (مثل المقاومة المتغيرة)، الصورة التالية توضح شكل المكثفات الكيميائية:

والصورة التالية توضح شكل المكثفات السيراميك:

والصور التالية للمكثفات المتغيرة:

المكثف الأول المستخدم فى دائرتنا قيمته 10 ميكرو فاراد 10uF وهذا شكل النوع الذى يعمل مع 16 فولت فيما أقل:

وله طبعاً طرفان، أحدهما سالب ويكون مكتوب على جسم المكثف علامة – تدل على الطرف السالب (مهم جداً تحديد القطبية قبل التوصيل)، ووحدة قياس المكثف نانو فاراد (nF) ميكرو فاراد (uF) أو ميللي فاراد (mF).

وهنا أنواع تعمل مع جهود أعلى أخرى مثل 25 فولت:

أيضاً سعة المكثفات بالفاراد وأقصى جهد تتحمله التى من هذا النوع تكون مكتوبة على جسم المكثف يمكنك إيجادها بسهولة.

والمكثف الثاني قيمته 10نانو فاراد 10nF، وليس له اتجاهات + و – فتستطيع توصيل أطرافه فى الدائرة بأي ترتيب لا مشكلة.

وهذا الموقع يساعدك فى تحديد قيمة المكثفات التى من هذا النوع (ذات الكود 3 أرقام) حيث تدخل الكود لتحصل على القيمة بالفاراد أو تدخل القيمة بالفاراد لتحصل على الكود: من هنا أو من هنا، وللمزيد حول المكثفات اضغط هنا.

• مصباح الليد LED

المصباح الليد LED وهى اختصار لـ (Light Emitting Diode) وهو من الداخل دايود ولكن باعث للإضاءة، ولها طرفان ولها اتجاه واحد لسريان التيار بداخلها كى تضيء والطرف الأكبر هو الطرف الموجب الذى يوصل بالجهد الموجب والآخر يوصل بالأرضي مثل الشكل التالي:

ويفضل فى الدوائر أن توصل مقاومة 150 أوم أو أعلى قليلاً 330 أوم بالتوالى مع الليد للحفاظ عليه من الإحتراق، وإذا أردت تجربة الليد لمعرفة إن كان يعمل أم لا يمكنك باستخدام بطارية صغيرة مع مراعاة اتجاه الأطراف، ليكون طرف الليد الموجب Anode (+) الأطول متصل بطرف البطارية الموجب، وطرف الليد السالب Cathode (-) متصل بالأرضى، كما هو موضح بالشكل التالي:

ويوجد ألوان متعددة لليد منها الأبيض والأحمر والأخضر والأزرق والأصفر وتعطي أشكالاً جميلة عند اللعب بإضاءتها كما سترى عند تشغيلك هذه الدائرة.

وللمزيد حول LED اضغط هنا.

• الدائرة المتكاملة IC4017

رمزها 74HC4017  أو 74HCT4017 واختصاراً تعرف فقط برقم 4017.

كما ستجد فى ورقة البيانات الخاصة بالعنصر decade counter with 10 decoded outputs فهو عداد يغير الخرج بين 10 مخارج مختلفة من Q0 حتى Q9، بناءً على إشارة تأتي على طرف CLK رقم 14، على أن يكون طرف MR رقم 15 Master Reset متصل بالأرضي، فإذا كان متصل بجهد HIGH يعمل إعادة تصفير العداد إلى الصفر (كي يبدأ من الأول)، وأيضاً طرف E رقم 13 يكون متصل بالأرضي، وهذا الطرف ينفي الإشارة الداخلة إليه، فعندما يكون متصل بالأرضى هذا يعنى (1) أي أنه يعمل تفعيل Enable، وعند توصيله بجهد HIGH يتوقف عن وظيفته.

حسناً كيف يتغير الخرج على أطراف العنصر؟

تعرفنا فى دائرة سابقة (رابط : دائرة تجربة واختبار IC-4017) على كيفية عمل الدائرة المتكاملة 4017 باستعمال مفتاح push button، لكن فى هذه الدائرة سوف نستغنى عن المفتاح بدائرة متكاملة أخرى رقم 555 لكي ترسل هى النبضات اللازمة لتشغيل 4017.

دعنا أولاً نعرف أطراف الخرج فهي أرقام 3 – 2 – 4 – 7 – 10 – 1 – 5 – 6 – 9 – 11، وتسميتها بالترتيب Q0 ثم Q1 وحتى Q9، أو output 1 ثم output 2 وحتى output 9، سنجعل طرفي E و MR أرقام 13 و 15 بالأرضي ليكون دائماً مفعل Enable ومستمر فى عمل العداد.

نوصل طرف رقم 14 CLK بخرج IC555 طرف رقم 3، الذى تخرج عليه إشارة التشغيل (النبضة) وستكون هناك ليد متصلة بنفس الطرف للدلالة على وجود النبضة، وعند وصول كل نبضة يتغير الخرج على أطراف IC4017 وتتبدل بالتوالى وتنتنهى لتبدأ من البداية وهكذا بالتكرار.

لتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالدائرة المتكاملة 4017 من هنا.

• الدائرة المتكاملة 555

ورمزها: NE555

IC555 هو مؤقت Timer ويستخدم فى توليد فترات تأخير Delay time أو مذبذب oscillator لتوليد نبضات/ذبذبات، ويعمل بأنظمة مختلفة منها نظام أحادي الاستقرار Monostable، وعند إدخال نبضة trigger إلى 555 فإن خرج الدائرة المتكاملة يتغير من 0 low إلى 1 HIGH لمدة فترة زمنية معينة تحدد بواسطة مقاومة متغيرة ومكثف متصلين بالـ 555، ويوجد طرفين أحدهما للبدء Trigger والآخر للتصفير Reset.

أطراف الدائرة المتكاملة 555

1- Ground ويوصل بالأرضى
2- Trigger لاستقبال إشارة البدء وتكون من المقاومة المتغيرة
3- OUTPUT خرج الدائرة المتكاملة ويتصل بدخل العنصر IC 4017
4- Reset إعادة ضبط / تصفير ويعمل عند توصيله بالأرضى (low) لذا سنجعله متصلاً بالموجب (High)
5- Voltage Control جهد التحكم، عادة يوصل بمكثف ثم إلى الأرضى للتخلص من التداخلات الناتجة عن مصدر التغذية noise
6- Threshold ويوصل بالطرف 2
7- Discharge
8- Vcc ويوصل بمصدر جهد التغذية (بين 4.5 إلي 16 فولت)

لمزيد من المعلومات قم بتحميل ورقة البيانات datasheet الخاصة بالدائرة المتكاملة 555 من هنا.

• البطارية 9 فولت Battery

وهى مصدر الجهد أو مصدر تغذية الدائرة بالتيار اللازم للعمل، وهى منتشرة بكثرة فى الأسواق بالشكل التالي:

وتستخدم هذه التوصيلة وتوضع على البطارية لتوصيل أطرافها بالدائرة.

وللمزيد عن البطاريات وأنواعها اضغط هنا.

• لوحة اختبار الدوائر Bread board

هذه اللوحة مفيدة جداً في التجارب، يمكنك توصيل عناصر دائرتك عليه للتأكد من عملها بالشكل السليم وعمل التعديلات عليها قبل صناعتها على لوحة نحاسية مطبوعة، أو لمجرد التجربة فقط وذلك لسهولة التوصيلات كما سنرى.

تحتوي معظم اللوحات هذه على صفين على الجوانب أحدهما أحمر والآخر أزرق كما بالصورة بالأسفل (A  و D)، وكل النقاط في طول هذا الصف متصلة ببعض.

باقي النقاط في المنتصف يمين ويسار الفراغ المنتصف (B و C) مقسمة طولياً وليس أفقياً كما بالأحمر والأزرق، والصورة التالية توضح لك النقاط المتصلة ببعضها:

ويتم تركيب العناصر بإدخال الأطراف المعدنية في الفراغات، والعناصر المراد توصيلها معاً يتم إدخال الأطراف في نفس العمود (حيث كل 4 نقاط رأسية متصلة ببعض).

ملحوظة: الصفين الموجب يمين ويسار اللوحة غير متصلين ببعض، والصفين الأرضي أيضاً لذا عليك توصيلهم بهذا الشكل:

يمكنك تتبع الصورة في بداية الشرح لإتمام توصيل العناصر ببعضها، وللمزيد عن كيفية استخدام لوح التجارب (Breadboard) اضغط هنا.

• مجموعة أسلاك التوصيل Connecting wires

ينصح بالحصول على مجموعة أسلاك للتوصيل مثل التي بالصورة وتستخدم في توصيل العناصر ببعضها أو التوصيل بأجزاء خارجية مثل لوحة الأردوينو والحساسات وغيرها.

وللمزيد عن استخدام الأسلاك (wires) اضغط هنا.

تجربة وتشغيل الدائرة

يمكنك تجربة محاكاة الدائرة من هنا، وفى هذا الرابط ستجد الدائرة مرسومة كما هو مُوضح بالأعلى، للتشغيل اضغط على زر Start Simulation لبدء المحاكاة، ستجد لمبات الليد تتغير اضائتها بالتوالي، ولتغير سرعة تغير الإضاءة قم بلف المقاومة المتغيرة لزيادة أو إنقاص السرعة.

يرجى مراعاة توصيل الأطراف بدقة خاصة مع الدوائر المتكاملة فهى حساسة وقد تحترق بسبب التوصيل الخطأ، فلابد من مراجعة أطراف العنصر PIN diagram جيداً لمعرفة رقم واسم كل طرف وأين سيتم توصيله هل إلى جهد موجب أم إلى الأرضى أم إلى عنصر آخر.

يمكنكم تحميل رسم وتصميم الدائرة ببرنامج Fritzing من هنا.

ولتحميل برنامج Fritzing المجاني من خلال الموقع الخاص اضغط هنا.

ويمكنك أيضاً البحث في الموقع عن تصميمات ورسومات لدوائر مختلفة واسعة المجال وتطبيقات متنوعة ورائعة (جربها الآن).

أتمنى أن يكون الدرس مفيداً لكم.