Chenillard 1


Voici là quelques petits montages d'initiation, conçus autour de circuits intégrés bon marché et faciles à trouver. 


 chenillards_patern_001

Plusieurs schémas sont proposés pour vous permettre d'avancer petit à petit :

Schéma 001 : chenillard manuel, permet d'allumer une LED différente à chaque nouvel appui sur un bouton poussoir.

Schéma 001b : chenillard automatique avec oscillateur à base de NE555, permet d'allumer de façon automatique (sans intervention manuelle et avec vitesse réglable) les LED les unes après les autres.

Schéma 001c : chenillard automatique avec oscillateur à base de CD4093, fonctions identiques au schéma 001b.

Schéma 001d : chenillard automatique avec oscillateur à base de CD40106, fonctions identiques au schéma 001b.

Schéma 001e : faire de la musique au lieu de la lumière...

Schéma 001g : remplacement du CD4017 (10 sorties) par un CD4022 (8 sorties).

Schéma 001h : remplacement des LED par des lampes à incandescence.

Schéma 001i : défilement unique puis arrêt jusqu'à relance manuelle.

Voir aussi Chenillard et Chenillard 2 qui est une version 6 voies avec fonction aller-retour.

Schéma 001 - Chenillard manuel avec bouton poussoir

Les LED s'allument les unes après les autres à chaque appui sur le bouton poussoir.

Chenillard 001a

Compteur CD4017

Le CD4017 est un compteur décimal qui possède une entrée d'horloge CLK et dix sorties distinctes Q0 à Q9, dont une seule peut être active à un instant donné. Les sorties sont activées séquentiellement, c'est à dire les unes après les autres, à chaque nouvelle impulsion sur l'entrée d'horloge CLK. Par impulsion, entendez deux changements d'état logique successifs, par exemple passage de l'état bas (0V) à l'état haut (+V), puis retour de l'état haut à l'état bas. Ainsi, si vous appliquez une série de dix impulsions sur l'entrée d'horloge CLK, les dix sorties seront activées les unes après les autres. Le schéma ci-avant montre que c'est la troisième sortie (Q2) qui est activée et qui provoque l'allumage de la LED D3, une impulsion envoyée sur l'entrée d'horloge aura donc pour effet de désactiver cette sortie puis d'activer la suivante (Q3), allumant la LED D4. Une autre impulsion, et c'est la sortie Q4 qui sera activée et donc la LED D5 allumée, etc. Dans le cas présent, l'impulsion appliquée à l'entrée d'horloge CLK est produite par un bouton poussoir, qui lorsqu'il est enfoncé, amène la tension de +9V sur l'entrée CLK. Quand le poussoir est relâché, l'entrée CLK est portée à un potentiel nul, grâce à la présence de la résistance R2 reliée à la masse (0V). 

Anti-rebonds

La présence du condensateur C1 aux bornes du bouton poussoir permet de s'affranchir des rebonds mécaniques provoqués par le bouton poussoir quand on le manipule, et qui provoquent plusieurs impulsions successives non désirées. Si vous retirez ce condensateur, vous verrez qu'à chaque appui sur le bouton poussoir, plusieurs LEDs s'allument à tour de rôle très rapidement, comme si vous aviez appuyé plusieurs fois très rapidement au lieu d'une seule fois. Je vous conseille vivement de retirer temporairement le condensateur C1 et  de faire le test au moins une fois pour vous rendre compte de ce qui se passe.

Commande des LED

Vous pouvez noter la présence d'une seule résistance de limitation de courant (R1) pour l'ensemble des LEDs. Cela n'est possible ici que parce qu'une seule sortie du CD4017 n'est active à la fois. Bon, en pratique, il arrive parfois que plusieurs sorties du CD4017 soient actives en même temps lors de la mise sous tension, mais ne vous inquiétez pas, la conséquence première est que les LEDs brillent moins que la normale, pas de risque de cramer le circuit intégré.

Schéma 001b - Chenillard automatique

Les LED s'allument les unes après les autres de façon automatique, au rythme de l'oscillateur construit autour du NE555, rythme qui dépend de la position du potentiomètre RV1.

Chenillard 001b

Le NE555 est un circuit intégré génial, très connu des électroniciens qui l'emploient pour diverses taches, même si la plus courante et la plus connue est sans aucun doute l'oscillateur astable permettant de produire un signal rectangulaire périodique ou le monostable permettant de produire une impulsion de durée calibrée. Comme chez nous on aime faire simple, le NE555 est ici câblé en oscillateur astable (j'aime ce mot parce qu'il me fait penser à aller manger). Le signal rectangulaire qui permet de faire avancer pas à pas le compteur CD4017, est disponible sur la broche de sortie 3 du NE555, et va directement sur l'entrée d'horloge CLK du CD4017. Ah ben non, les signaux d'horloge ne sont pas appliqués sur l'entrée CLK du CD4017, cette broche est d'ailleurs reliée au +V. Bizarre. Une erreur, sans doute ? Et bien non, vous pouvez aussi faire avancer le compteur CD4017 en reliant son entrée CLK au +V, et en appliquant les signaux d'horloge sur son entrée de validation E, broche 13. En somme, le NE555 remplace bêtement le bouton poussoir de notre premier montage, et nous évite des crampes dans nos petits doigts, et surtout, permet au compteur de continuer de tourner même quand on s'est endormi devant le montage (les LEDs qui avancent ont un terrible pouvoir hypnotique, comme les poissons dans un aquarium). Les composants R1, R2 et C1 déterminent la plage de fréquence de fonctionnement, c'est grâce à leur valeur que l'on décide si le défilement des LEDs doit se faire globalement rapidement ou lentement. Bien entendu, un réglage de vitesse par potentiomètre est disponible, car il n'y a rien de plus casse-pied que de devoir changer une résistance ou un condensateur pour changer la cadence du défilement.

Prototype de Lucas

Lucas m'a envoyé quelques photos du chenillard qu'il vient de terminer et qui est conforme au schéma ci-avant (avec NE555). Merci à lui !

 
 


La troisième photo montre deux LED allumée, cela est lié au "temps d'ouverture" de l'appareil photo utilisé, il n'y a en réalité qu'une seule LED allumée à la fois.

Schéma 001c - Autre chose qu'un NE555 pour l'oscillateur ?

Le NE555 vous donne des boutons ? Vous avez à disposition une porte logique de type trigger de schmitt style CD4093 ou CD40106 et vous aimeriez bien l'exploiter ? Aucun problème, puisqu'une telle porte peut être utilisée pour réaliser un oscillateur astable. C'est ce que montre le schéma suivant :



Si vous voulez en savoir plus, jetez donc un coup d'oeil à la page Oscillateur rectangulaire à base de CD4093.

Proto réalisé avec un CD4017 et CD4093

Le tout monté dans un petit boitier plastique, comme l'attestent les photos suivantes. Les LEDs "tournent" quand on appui sur le bouton poussoir flanqué en plein milieu du boitier.

 
 

Les LEDs ont été fixées avec de la colle fondue avec un pistolet électrique. Ca fait presque aussi moche que mon feu follet :



Mais revenons à nos moutons...
Même chose avec le CD40106 en remplacement du CD4093, cela fonctionne là aussi très bien :

chenillard_001d

Utilisation d'une LED comme oscillateur ?

Dans le cas improbable où vous seriez allergique à tout type d'oscillateur basé sur circuit intégré et qu'il vous est insupportable de pouvoir régler la vitesse de défilement des LED, vous pouvez vous tourner vers un oscillateur construit avec une LED clignotante. J'ai plutôt envie de vous laisser chercher un peu et de ne pas vous proposer un schéma tout cuit. Un indice tout de même : la chute de tension aux bornes d'une LED clignotante dépend du fait qu'elle est allumée ou éteinte...

Plus de voies de sortie avec plusieurs CD4017 ?

Il va de soi que les 10 sorties du CD4017 sembleront un peu justes à certains, qui réclameront 12 sorties, 16 sorties ou même 30 sorties. Qu'à cela ne tienne, il est possible de chaîner plusieurs CD4017 en vue d'augmenter le nombre de sorties. Le schéma suivant, décrit en détail à la page Chenillard 14, présente un tel exemple d'extension à 16 voies de sortie.

Chenillard 014
Dans la réalité, on ne peut pas exploiter les dix sorties de chaque CD4017, mais qu'importe, la perte est faible : pour le premier CD4017 on peut utiliser 9 sorties sur les dix, et pour chaque CD4017 suivant, on peut exploiter 8 sorties sur les dix. Une autre façon de procéder consisterait à utiliser un compteur BCD associé à un décodeur BCD / Décimal (par exemple un CD4040 et un CD4514 pour 16 sorties, ou un CD4040 et deux CD4514 pour 32 sorties).

Schéma 001h - Autre chose que des LED en sortie ?

Vous pouvez brancher autre chose que des LEDs en sortie du CD4017. Par exemple, des optocoupleurs (ou optotriacs) avec des triacs, pour permettre un branchement sur secteur 230V, pour un pilotage d'ampoules 230V (voir page interface secteur 230V). Vous pouvez également n'utiliser que de simples triacs, sans isolation électrique entre sorties du CD4017 et éléments de puissance, mais vous devez alors faire encore plus attention car une des bornes du secteur se retrouve alors reliée à la basse tension qui alimente les circuits intégrés de commande (voir page Chenillard 7). En restant dans le domaine des basses tensions, vous pouvez aussi câbler des petites ampoules à incandescence qui s'allume instantanément et s'éteignent progressivement (exemple en page Chenillard 5). Ou pour rester plus simple, des ampoules qui s'allument et s'éteignent normalement, au travers d'un simple transistor de moyenne ou forte puissance, comme le montre l'exemple suivant :

chenillard_001h

Dans ce schéma, Q1 est un transistor de type Darlington, c'est à dire qu'il possède un très grand gain, qui le rend apte à commuter un courant important (une ampoule de puissance consommant 1 A en régime établi, par exemple) avec un courant de commande aussi faible (quelques mA) que celui limité d'une sortie d'un circuit CMOS tel le CD4017. Q10 en revanche est un modèle un peu plus "faiblard", qui convient pour piloter des courants de quelques dizaines de mA, voire de 100 mA (il pourrait commuter un courant plus important si on pouvait lui fournir un courant de base plus conséquent). Vous l'avez compris, le choix du transistor doit se faire en fonction de la charge commandée. Pour quelques dizaines de mA, vous pouvez vous contenter d'un 2N2222 ou d'un 2N1711, pour des courants de plusieurs ampères il faut s'orienter vers des transistors de forte puissances, darlington (par exemple TIP122) ou MOSFET (par exemple IRF540 ou IRFZ44). 

Schéma 001e - Stop aux LED et place à la musique ?

Vous pouvez aussi câbler des potentiomètres réglés différemment, pour fournir une suite (séquence) de tensions différentes, attaquant par exemple l'entrée d'un VCO, ce qui transforme alors le chenillard en boite à musique programmable. En ajoutant un condensateur, vous pouvez même obtenir une tension qui passe d'une valeur à l'autre de façon progressive (pour obtenir une effet de glissando par exemple).

chenillard_001e

Le schéma précédent ne le montre pas, mais il est préférable d'ajouter une diode sur chaque sortie pour isoler les sorties entre elles et éviter ainsi qu'elles ne puissent interagir entre elles. Un exemple pratique d'un petit séquenceur musical 10 voies tenant compte de ce point est donné à la page VCO 003. Vous pouvez aussi fort bien exploiter les sortie du CD4017 pour sélectionner une source audio parmi plusieurs, voir par exemple le montage expérimental Commutateur audio 010 qui utilise des diodes classiques au silicium "pilotées" par un 4017 pour faire passer ou bloquer des signaux audio.

Schéma 001g - Autre chose qu'un CD4017 ?

Oui, le CD4022 par exemple, qui dispose de 8 sorties contre 10 avec le CD4017. Si cela vous suffit, n'hésitez pas !

chenillard_001g

Le câblage du CD4022 est similaire à celui du CD4017, les broches CLK (horloge), E (validation) et MR (remise à zéro) doivent être utilisées de la même façon.

Schéma 001i - Séquence unique

Vous avez envie que les LED s'allument toutes à tour de rôle, mais sur un cycle unique : une fois la dernière LED allumée, vous voulez que tout s'arrête. Pour cela, il faut bloquer l'oscillateur ou le compteur quand la première passe est achevée. Un exemple pratique est proposé sur le schéma suivant.

chenillard_001i

La dernière sortie de U2 / CD4017 (Q9), qui alimente la LED D10, pilote le transistor Q1 via R5, ce transistor est monté en commutation (fonctionnement en tout ou rien). Tant que la sortie Q9 est à l'état bas, le transistor Q1 ne conduit pas (la jonction C-E se comporte comme un interrupteur ouvert), et la broche 4 de U1 / NE555 est portée à un état logique haut grâce à la résistance R4. Dès que la sortie Q9 s'active (passe à l'état haut), le transistor Q1 reçoit sur sa base un courant suffisant pour le saturer, et la jonction C-E se comporte alors comme un interrupteur fermé, dont la résistance, si elle n'est pas nulle, n'en est pas moins bien plus faible que celle de R4 : l'entrée 4 de U1 / NE555 passe a l'état logique bas et l'oscillateur se bloque aussitôt. Le compteur U2 / CD4017 ne recevant plus aucune impulsion d'horloge, il reste sur sa position, c'est à dire avec D10 allumée en continu. Si on souhaite que D10 reste allumée aussi longtemps que les autres LEDs et s'éteigne à son tour une fois le cycle terminé, il faut ajouter une logique supplémentaire.

Variation progressive de l'intensité lumineuse ?

La luminosité des LEDs peut évoluer de façon régulière à chaque changement de LED, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un arsenal de composants additionnels. Une façon de procéder est décrite à la page chenillard 10.

 

 

 

 

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