Electronique > Réalisations > Jeux de lumière > Chenillard 004

Dernière mise à jour : 11/09/2016

Présentation

Chenillard 10 voies avec fonction aller-retour. Une autre façon de penser qu'avec le chenillard 002.

Schéma

Il est vrai que ce circuit comporte cinq circuits intégrés. Je vous présente toutes mes excuses.

chenillard_004

Base de temps
Le premier bout du circuit (on commence par la gauche) est un oscillateur. C'est lui qui est chargé de fournir des impulsions à intervalles réguliers pour faire "avancer" les LED. Ce circuit oscillateur ressemble un peu à un circuit à base de NE555, mais ô trahison, ce n'est pas le cas ici ! Pourquoi ? Parce que j'en ai décidé ainsi. Un peu plus loin, nous verrons qu'il est fait usage d'une bascule D contenue dans un circuit intégré de type CD4013, qui en comporte deux. L'idée de laisser une bascule seule (U1:B) dans son coin ne me plaisant guère, j'ai décidé de voir s'il était possible de la convertir en oscillateur. Ca a été un peu casse-pied pour mon petit cerveau, mais j'y suis arrivé. Ce n'était donc pas si difficile que ça. Le principe est simple, il suffit de transmettre les changements d'état des sorties Q et Q barre sur les entrées SET et RESET de la bascule, mais avec un temps de retard, de l'ordre de quelques centaines de ms ou de la seconde, pour créer une oscillation dont la fréquence convient à notre application. Explication ? Imaginons que le montage vient d'être mis sous tension. Dans ces conditions, les deux condensateurs C2 et C3 sont déchargés. L'état de la bascule est non défini, il se peut que la sortie Q soit à l'état haut, tout comme il se peut que ce soit la sortie Q barre qui soit à l'état haut. Voyons donc ce qui se passe dans les deux cas (il faut de toute façon le faire pour s'assurer que le montage démarre bien à chaque mise sous tension).
Dans tous les cas, nous avons bien un changement d'état périodique sur chacune des deux sorties Q et Q barre, nous pouvons parfaitement utiliser l'une ou l'autre comme source d'horloge. Si au réglage de la vitesse maximum vous trouvez que cela va trop vite, adoptez pour C2 et C3 des condensateurs de valeur plus élevée, par exemple 470 nF pour chacun d'eux. Si le montage oscille de façon instable, assurez-vous que la source d'alimentation est propre, et ajouter au besoin un condensateur de découplage de 100 nF aux bornes d'alim du CD4013, et un autre de même valeur (100 nF) aux bornes d'alim du CD4029. Si vraiment rien ne va plus, essayez donc la manip de Thomas qui consiste à ajouter une diode et résistance en série (RA+DA), le tout en parallèle sur R14 (voir commentaire de Thomas L. au paragraphe Prototype).

Compteur et démultiplexeur
Le compteur utilisé ici est un compteur / décompteur BCD (Binaire Codé Décimal) prépositionnable de type CD4029, qui délivre un mot binaire sur quatre bits. Ce mot binaire évolue à chaque fois qu'une impulsion d'horloge est appliquée sur son entrée d'horloge CLK (broche 15). L'évolution va dans le sens montant (1, 2, 3, 4, etc) ou dans le sens descendant (7, 6, 5, 4, etc), selon l'état logique de l'entrée U/D (Up / Down, broche 10). Ce circuit compteur est doté d'entrée de prépositionnement, qui permettent de commencer le comptage par un nombre autre que zéro, par exemple par 4 ou Par 5. Cette fonction ne nous interresse pas du tout ici, aussi ces entrées de prépositionnement (broches 4, 12, 13 et 3) sont toutes cablées à la masse. Pour que le code binaire présent en sortie du circuit compteur / décompteur soit bien à 0000 au moment de la mise sous tension, la valeur des entrées de prépositionnement est tout de même lue une fois, grâce à l'application d'une impulsion positive sur l'entrée PE, créée par C1 et R11 quand on allume le circuit (et seulement à ce moment là).
Le circuit intégré démultiplexeur utilisé ici, de type CD4028, transforme le code binaire quatre bits fourni par le circuit compteur / décompteur CD4029, en un code décimal. En clair : le CD4029 dispose de quatre entrées de type "binaire", et de 10 sorties de type "décimal". Une seule sortie peut être activée à la fois, et celle qui est activée dépend du code binaire appliqué sur les quatre bits d'entrée A, B, C et D (broches 10, 13, 12 et 11). Si on a le code binaire 0000 en entrée du circuit CD4028, c'est la sortie Q0 (broche 3) qui est activée, et aucune autre sortie ne l'est. Si on a le code binaire 0001 en entrée du circuit CD4028, c'est la sortie Q1 (broche 14) qui est activée, et aucune autre sortie ne l'est. Si on a le code binaire 0010 en entrée du circuit CD4028, c'est la sortie Q2 (broche 2) qui est activée, et aucune autre sortie ne l'est. Etc. Si le compteur / décompteur CD4029 est en phase de comptage, les sorties du circuit démultiplexeur CD4028 s'activent donc les une après les autres dans le sens montant (sortie Q0, puis sortie Q1, puis sortie Q2, etc). Si le compteur / décompteur CD4029 est en phase de décomptage, les sorties du circuit démultiplexeur CD4028 s'activent les une après les autres dans le sens descendant (sortie Q9, puis sortie Q8, puis sortie Q7, etc).

Changement de sens
Le changement de sens est réalisé en modifiant le mode de comptage / décomptage du circuit compteur / décompteur CD4029, en basculant quand il le faut, l'état logique de son entrée U/D (Up/Down, broche 10). Le procédé est fort simple. Imaginons que le compteur / décompteur soit en mode comptage. Dans ce cas, les sorties du démultiplexeur CD4028 passent les unes après les autres à l'état haut, au rythme des impulsions d'horloge transmises par l'oscillateur bâti autour de la bascule U1:B, dans le sens Q0, Q1, Q2, Q3, etc. Quand la sortie Q9 (broche 5) du CD4028 devient active, la sortie Q de la bascule U1:A change d'état suite à réception sur son entrée CLK, d'un état haut transmis au travers de la diode D12, et le compteur / décompteur passe dans en mode décomptage. Dès lors, toutes les impulsions fournies par l'oscillateur font "reculer" les sorties du démultiplexeur CD4028, les sorties s'activent dans le sens Q9, Q8, Q7, etc. Il y a bien un moment où la sortie Q0 va de nouveau s'activer. Et à cet instant, la bascule D U1:A reçoit sur son entrée CLK, une nouvelle impulsion via la diode D11, qui fait changer l'état de sa sortie Q. Le compteur / décompteur repasse alors en mode compteur, et repart dans l'autre sens...

Sorties de puissance
Si vous utilisez des LED faible consommation ou haute luminosité, vous pouvez les relier directement sur les sorties du démultiplexeur CD4028 (avec résistances série tout de même). Si vous utilisez des LED "normales", il est conseillé d'intercaller des buffers de puissance permettant de débiter suffisement de courant dans les LED pour en obtenir un flux lumineux suffisant. J'ai choisi des CD4009 (six buffers dans un seul boîtier) pour augmenter le courant de sortie disponible pour chaque LED, mais vous pouvez en choisir d'autres si le coeur vous en dit. Vous pouvez aussi simplement ajouter un transistor avec sa résistance de base pour chacune des sorties. Rien ne vous interdit en outre de remplacer les LED par des optotriacs pour commander des lampes 230V (exemple).

Prototype

Pas de photo de mon proto, mais photos de Thomas L. que je remercie pour ses retours.

Prototype de Thomas L.
Thomas a réalisé une implantation bien sympathique "NOT MADE IN CHINA" avec un connecteur d'alim qui ressemble fort à de l'USB, et des transistors "discrets" pour le pilotage des LED (à la place de l'horrible CD4009 qui déroute tout le monde avec ses broches d'alim peu conventionnelles).

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Remarque de Thomas L : Je tenais à vous signaler qu'en l’état du schéma, il y a manifestement un problème avec l'oscillateur articulé autour de la bascule D. Au bout de quelques oscillations, le chenillard s’arrête... ou bien il s'emballe tellement vite que le 4029 ne peut plus suivre. N’ayant pas d'oscilloscope, je ne sais pas ce qui se passe, mais ça ne fait pas les chocapics attendus. Quoi qu'il en soit, j'ai eu le feeling que c'était parce que C2 ne parvenait pas à suffisamment se décharger, ou pas assez rapidement. J'ai cherché dans tous les sens, et la modification de votre câblage comme indiqué en pièce jointe "electronique_chenillard_004_MODIFIE.gif" résout le problème. La diode est une 1N4148 et la résistance une 6,8 K. N'étant pas un AS des AS en électronique, il est probable que mon contournement soit assez peu élégant techniquement, et j'attends avec impatience votre réaction. Peut être un trop grand déséquilibrage entre les valeurs R des résistances de charge des deux condensateurs ? Ou bien peut être une histoire de découplage d'alimentation? J'en sais rien en fait, mais j'imagine que mon patch est dégueulasse en tout cas.

Je n'ai pas constaté ce défaut sur mon proto, réalisé sur plaque sans soudure et alimenté avec une pile 9 V associée à un régulateur LM7805. Sans en être certain à 100%, je pense que le problème constaté est plutôt lié à une alimentation 5 V pas assez "propre" et/ou à l'absence de découplage d'alimentation sur les circuits intégrés. Votre contournement, qu'il soit ou non "élégant techniquement", a le mérite de résoudre le problème. Pour cette simple raison, je ne peux m'empêcher de l'inclure dans le schéma (DA et RA) pour ceux qui auraient envie ou besoin de tester ;-)
J'ai profité de la mise à jour du schéma pour mettre les symboles de condensateurs adéquats (non polarisés) pour C2 et C3 (au départ j'avais utilisé des 1 uF chimique) et ajouter les infos "alim" des circuits intégrés que j'avais omis.

Historique

11/09/2016
- Retours et suggestion d'un utilisateur pour le fonctionnement de la bascule CD4013 en oscillateur.
01/02/2008
- Première mise à disposition.