Применение интегральных схем


НазваниеПрименение интегральных схем
страница6/15
Дата публикации12.04.2013
Размер2.21 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Журналистика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Глава 5



^ СИНХРОНИЗАТОРЫ И ВРЕМЯЗАДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Одним из самых давно известных и все же наиболее полезных электронных устройств является устройство, обеспечи­вающее управление по времени. Времязадающие устройства можно в общем плане разделить на два типа: устройства, выполняющие какую-либо операцию за заданный интервал времени, и устройства, производящие какую-либо операцию по истечении заданного интервала времени.

Различие между устройствами этих двух типов можно сравнить с различием между детьми двух групп, которых просят сделать неприятную работу. К одной группе относят­ся дети, которые сразу реагируют и проделывают работу за определенный период времени, а другая группа детей имеет как бы внутреннюю задержку и приступает к работе через некоторое время.

Времязадающие устройства обоих типов имеют свои об­ласти применения, которые рассматриваются в данной гла­ве. Если радиолюбитель ранее не работал с времязадающими устройствами собственного изготовления, то ему следует сна­чала собрать и наладить несколько относительно простых устройств, прежде чем переходить к более сложным устрой­ствам, рассмотренным далее в главе.
5.1. Простое регулируемое времязадающее устройство
На рис. 5.1 представлена схема одного из простейших времязадающих устройств. При первоначальном переводе переключателя Кл1 в положение «Вкл» зажигается сигналь­ный светодиод Д2, обозначенный «Отсчет», что указывает на начало работы устройства. Когда заданное время истекает, стветодиод Д2 выключается и включается светодиод Д1, обозначенный «Конец». Последний остается включенным до перевода переключателя Кл1 в положение «Выкл» не менее чем на 5 с. После этого операция может быть повторена пу­тем включения переключателя Кл1.

При использовании компонентов с номиналами, указан­ными на рис. 5.1, устройство позволяет регулировать время от 30 с до ~ 10 мин с помощью потенциометра «Регулировка времени». Крайние значения времени устанавливаются не точно, что обусловлено ошибками, связанными с допусками на параметры радиодеталей, изменением температуры окру­жающего воздуха и в меньшей степени колебаниями питаю­щего напряжения. Однако после калибровки этого регуля­тора с помощью достаточно точных часов устройство позво­ляет выдерживать задаваемый временной интервал с весьма удовлетворительной точностью.



^ Рис. 5.1. Регулируемое времязадающее устройство.

Д1 — светодиод с красным свечением; Д2светодиод с зеленым свечением; ИС, — таймер типа 555- Ль Л2 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; К3потенциометр 500 кОм; R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R5 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С1, С2электроли­тический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; С3 — электролитический конденсатор 1000 мкФ, 16 В.
Подобное времязадающее устройство недостаточно надеж­но для работы с временными интервалами, значительно пре­вышающими 10 мин. Сдвинуть вниз весь диапазон временных интервалов можно путем снижения емкости конденсатора С3. Например, при уменьшении емкости конденсатора в 10 раз диапазон временных интервалов снижается до пределов от 3 с до ~ 1 мин.

Любой из светодиодов «Отсчет» и «Конец» может быть ис­ключен из схемы без нарушения работы устройства в целом, Исключение какого-либо из этих светодиодов упрощает схе­му за счет удаления также одного из резисторов R1 или R2. Устройство на рис. 5.1 можно, .например, использовать в ка­честве реле времени при варке яиц,
^ 5.2. Простое реле времени
Реле времени представляет собой устройство, которое сра­батывает по истечении заданного периода времени. На рис. 5.2 представлена принципиальная схема одного из вариантов ре­ле времени. В данной схеме период задержки по времени на­чинается с момента перевода переключателя Кл1 в положе­ние «Вкл». При этом включается светодиод «Отсчет», но, что важно, светодиод «Конец» остается выключенным по крайней мере до истечения времени задержки.

Величина задержки устанавливается с помощью регуля­тора задержки. При использовании указанных на схеме ве­личин R2, Rs, С2 время задержки будет составлять от 1 до ~ 100 с. Таким образом, если регулятор задержки будет ус­тановлен на время 30 с, то свотодиод Д1 «Конец» включает­ся лишь через 30 с после перевода переключателя Кл1 в по­ложение «Вкл». По истечении 30 с светодиод «Конец» оста­ется включенным до перевода переключателя Кл1 в положе­ние «Выкл».

Повторный отсчет времени задержки происходит при пе­реводе переключателя 1Оц в положение «Вкл». В схеме на рис. 5.2 можно исключить светодиод Д2 («Отсчет») и ограни­чительный резистор У?5. Путем замены конденсатора С2 на конденсатор меньшей емкости можно сократить время за­держки. При повышении емкости этого конденсатора время задержки соответственно увеличивается, причем увеличение или уменьшение времени задержки происходит пропорцио­нально. Так, конденсатор, емкостью 10 мкФ дает диапазон времени задержки от 0,1 до ~ 10 с, а конденсатор емкостью 100 мкФ — от 0,1 до 100с.

Устройство на рис. 5.2 можно использовать с любым ис­точником питания напряжением 6-12 В, однако при этом со­противления ограничительных резисторов светодиодов должны выбираться в зависимости от напряжения питания. Практи­чески не возникнет каких-либо неприятностей, если исполь­зовать резисторы с сопротивлением 330 Ом для любых на­пряжений в пределах 6-12 В. При величине.сопротивлений R5 и R9, равной 150 Ом, на светодиоды будет поступать не­сколько завышенный ток при более высоких напряжениях.
^ 5.3. Комбинированное реле времени и времязадающее устройство
Устройство на рис. 5.3 представляет собой зуммер, рабо­тающий по истечении определенного периода времени в те­чение ~5 с. Величина временного периода в этом устройстве регулируется в пределах 1 — 10 мин.



Рис. 5.2. Регулируемое реле времени.

Д1, Д2светодиод с красным свечением; ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС5 — двойной J — К-триггер типа 4027; Т1 — n-р-n-транзистор; R1, R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я2 — потенциометр 1 МОм; Я3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R6, R9 — 510 или 330 Ом, 0,25 Вт; R6резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R7 — резистор 100 кОм. 0,25 Вт; Д8 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С1, С3электролитический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4, Cs — электролитический конденсатор 0,1 мкФ, 50 В.
Схема устройства фактически содержит два времязада-ющих устройства, включенных последовательно, Первое времязадающее устройство, являющееся регулируемым, построе­но на основе микросхемы HC1_A с соответствующими конден­саторами и резисторами. Оно срабатывает при первоначаль­ной установке переключателя Кл1 в положение «Вкл», а длительность задержки регулируется с помощью резистора R2. Пo истечении периода задержки в первом времязадаю-щем устройстве оно включает второе устройство, выполнен­ное на основе микросхемы ИC1-Б. Время задержки во втором устройстве неизменно и составляет ~5 с, хотя его можно и регулировать путем изменения величин R5 и С4. Второе времязадающее устройство обеспечивает включение зуммера, имеющего напряжение питания 9 В. Как нетрудно догадать­ся, зуммер работает в течение 5 с, что определяется работой второго времязадающего устройства.



Рис. 5.3. Реле времени с задержкой.

ИС1 — двойной таймер типа 556; R1, R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R2 — потенцио­метр 1 МОм; R3резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R5резистор 1 МОм, 0,25 Вт; Д, — маломощный выпрямитель-диод; С1, Сз — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, БО В; С2 — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; С4 — электролитический конденсатор 4,7 мкФ, 35 В,
Повторное срабатывание всего устройства происходит при его кратковременном выключении на несколько секунд и за­тем новом включении.

Не следует также забывать выключать устройство после истечения времени задержки, в противном случае интеграль­ные схемы даже после отработки времени задержки будут расходовать энергию батареи.

Для каких целей можно использовать подобное устройство? Оно годится, скажем, для шуточных сюрпризов, Например, на вечеринке можно установить в устройстве время задерж­ки 3 мин, включить его и положить на столе рядом с одним из гостей. И... вдруг неожиданно для всех и неизвестно поче­му невинное на первый взгляд устройство начинает издавать громкие звуки.

Можно придумать самому радиолюбителю и другое при­менение устройства. В частности, вместо зуммера можно под­соединить катушку реле с рабочим напряжением 9 В и ис­пользовать контакты реле для включения любого бытового электроприбора, в том числе и лампы или электродвигателя. Достоинством этого устройства по сравнению с устройством на рис. 5.2 является то, что оно автоматически включает при­бор, который к нему подсоединен, тогда как в устройстве на рис. 5.2 это надо делать вручную,
^ 5.4. Ступенчатое реле времени
Один из недостатков времязадающего устройства с рези-сторным регулятором времени состоит в том, что радиолюби­тель не может совершенно точно определить положение регу­лятора для получения нужного времени задержки. Для обес­печения этого необходимо неоднократно проверять работу устройства при различных положениях регулятора и отмечать значения времени на некоем подобии шаклы. Однако прак­тическая точность выдерживания этих значений будет неве­лика. Решение такой задачи облегчается при использовании схемы, показанной на рис. 5.4.

Вместо переменного резистора для установки величин времени в этой схеме используется группа резисторов, вы­бор которых производится с помощью шестипозиционного селекторного переключателя. Таким образом, исключается подбор величин времени путем проб и появляется возмож­ность в любой момент достаточно точно устанавливать нуж­ное время задержки.

Величины времени задержки при указанных значениях сопротивлений времязадающих резисторов RZR8 приведены в табл. на рис. 5.4. Изменение времени задержки достигается заменой резисторов, при этом чем больше их сопротивление, тем больше время задержки.

Срабатывание схемы происходит при переводе переклю­чателя в положение «Вкл». При этом загорается светодиод «Отсчет» Дг и остается в этом состоянии на все время за­держки. Одновременно поступает tojk в обмотку реле на все время задержки. Контакты реле могут быть включены после­довательно между источником питания и любым электриче­ским прибором. При этом последний будет включаться на установленное время.

Дополнительно в схеме предусмотрена кнопка «Блоки­ровка», которая позволяет в любой момент выключать устройство. При нажатии этой кнопки временнйя задержка прекращается. Между прочим, такая блокировка может так­же вводиться в устройства на рис. 5.1 — 5.3.



Рис. 5.4. Ступенчатое реле времени.

Д1 — светодиод с красным свечением; ИС] — таймер типа 555; Ri, R2резистор 22 кОм, 0,25 Вт; К3 — резистор 910 Ом. 0,25 Вт; Rt — резистор 9,1 кОм, 0,25 В; R5резистор 27 кОм, 0,25 Вт; R6 — резистор 51 кОм, 0,25 Вт; R7резистор 270 кОм, 0,25 Вт; Rs — резистор 51Q, кОм, 0,25 Вт; R9резистор 330 Ом, 0,25 Вт; С1конденсатор 0,01 мкФ; Сг — электролитический конденсатор, 1000 мкФ, 35 В; Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; К.лз — шеетипозиционный поворотный переключатель; Pi — двухпозиционное реле, (Н., 3, — контакт нормально замкну­тый, Н. Р, — контакт нормально разомкнутый.)

^

Время задержки


Положение переключателя Кл3

Время

А

1 с

В

10 с

С

30 с

D

1 мин

Е

5 мин

F

10 мин


^ 5.5. Сенсорное реле времени
Электронные реле и времязадающие устройства могут включаться самыми различными способами. Все описанные выше устройства включаются путем перевода переключателя в положение «Вкл», тогда как реле времени, показанное на рис. 5.5, включается простым прикосновением к металличе­ской пластине.



Рис. 5.5. Сенсорное реле времени.

Д1 - светодиод с красным свечением; ИС1 - четырехканальный усилитель типа LM3900 ИС5-таймер типа 555; R1, R3-резистор 1 МОм. 0.25 Вт; R2 - резистор 220 кОм 025 Вт; R4-см. примечание; С1, С2 - конденсатор 0,1 мкФ; С3 - электро­литический конденсатор 1 мкФ, 50 В.

Примечание. Сопротивление резистора R4 составляет 150 Ом при напряжении пита-ния 5 — 7 В и 330 Ом при напряжении питания 7 — 9 В.
В момент прикосновения к пластине начинается отсчет установленного временного интервала. В случае кратковре­менного прикосновения этот интервал длится около 1 с. По истечении временного интервала можно возобновить отсчет повторным прикасанием к пластине. При этом нет необходи­мости в переводе схемы в исходное состояние.

Каким образом работает подобная сенсорная схема вклю­чения? Ее принцип действия основан на том, что тело чело­века представляет собой антенну, принимающую излучение от ближайших осветительных приборов и проводов электро­сети. Все, что вам необходимо сделать, — это сориентировать антенну (ваше тело) в пространстве таким образом, что­бы уровень сигнала был достаточен для переключения при­бора.

В схеме на рис. 5.5 необходимый уровень сигнала обеспе­чивается с помощью усилителя ИС1. Выходной сигнал этого усилителя имеет достаточную амплитуду для включения времязадающей микросхемы ИС2, которая работает так же, как и ранее рассмотренные устройства.

Номиналы R3 и С3, указанные на схеме, обеспечивают временной интервал около 1 с. Для увеличения этого интер­вала необходимо повысить емкость конденсатора С3. Есте­ственно, что при снижении емкости этого конденсатора вре­менной интервал сокращается.

В течение выработанного временного интервала светодиод Д1 остается включенным. При желании вместо еветодиода с резистором R4 может быть включен зуммер (см. рис. 5.3) или реле (см. рис. 5.4), при этом необходимо лишь обеспе­чить для них соответствующее напряжение питания.

Единственным недостатком сенсорного реле времени яв­ляется возможность его случайного срабатывания от внешних электромагнитных помех. Некоторые бытовые электропри­боры, в частности электробритвы, могут создавать в помеще­нии значительные помехи, способные вызвать срабатывание такого реле времени. Это может происходить также от осве­тительных приборов, так что радиолюбителю не следует поль­зоваться реле, когда возможно возникновение подобного рода помех.

Получение максимальной пользы и удовлетворения от применения сенсорного реле времени зависит от фантазии радиолюбителя. Например, светодиод в реле может вклю­чаться от грозовых разрядов; так что, заменив сенсорную пластину отрезком провода длиной около 6 м, можно исполь­зовать реле для обнаружения грозы.
^ 5.6. Реле времени с длительной задержкой
В описанных выше реле времени и времязадающих уст­ройствах используются времязадающие интегральные схе­мы — таймеры типов 555 и 556, которые гарантируют точ­ность, достигаемую в реальных условиях времени задержки не выше 5 %. Для большинства случаев конкретного приме­нения это является недостатком — для реле времени на 10 с вполне допустима точность ~G,5 с.

Однако при изготовлении реле с большим временем за­держки та.кая ошибка выливается в довольно значительную величину. К тому же следует учесть, что для получения дли­тельной задержки требуется использование конденсаторов большой емкости и резисторов с большим сопротивлением, В этом случае применение реле времени с таймером типа 555 обычным способом практически нецелесообразно.



Рис. 5.6. Реле времени с длительной задержкой.

Д1, Д2 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 14-разрядный двоичный счетчик типа 4020; ИС3 двойной четырехвхо­довый логический вентиль И-НЕ типа 4012; ИС4 — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЁ типа 4011; Т1 — низкочастотный или пере­ключающий n-р-n — транзистор; R1 — потенциометр 1- МОм; R2, R3резистор 100 КОм, 0,25 Вт; R4, R6 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R5, R9 — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; R7 — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; Rs — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; С1танталовый конденсатор 1 или 4,7 мкФ; КЛ], — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.
Схема на рис. 5.6 позволяет получать значительные вре­менные задержки без использования больших номиналов конденсаторов и резисторов. В ней снова применяется интегральная схема таймера типа 555, но она используется другим способом. Вместо непосредственного определения ве­личины времени задержки она вырабатывает последователь­ность импульсов. Микросхема цифрового счетчика ИС2 произ­водит подсчет этих импульсов, и, когда число импульсов достигает заданной величины, переключается микросхема ИС3-А и простейший триггер, построенный на микросхемах ИС4-А, ИС4-Б. После этого дальнейший отсчет времени за­держки прекращается.

При использовании номиналов радиодеталей, показанных на рис. 5.6, время задержки может регулироваться в преде­лах от 15 мин до 1 ч или от 1 до 4 ч. Для сокращения време­ни задержки используется конденсатор С1 емкостью 1 мкФ, а для увеличения его емкость повышается до 4,7 мкФ.

Включение задержки происходит при переводе переклю­чателя Кл2 в положение «Вкл» и нажатии кнопки «Сброс». При этом светодиод Д1 будет включаться-выключаться, что свидетельствует об идущем процессе отсчета времени задерж­ки. По истечении этого времени включается светодиод Д2.

Светодиод Д1 продолжает гореть и по истечении времени задержки. Для повторения задержки необходимо просто на­жать кнопку «Сброс», при этом светодиод Д2 погаснет.

Прямоугольником с надписью «Нагрузка» на схеме обо­значен любой маломощный прибор с подходящим напряже­нием питания, который может быть подключен вместо свето-диода Д2 и резистора Rэ.
Глава 6
СЧЕТЧИКИ
Счетные схемы являются одними из самых полезных и увлекательных устройств в современной электронике. При правильном проектировании они позволяют отсчитывать де­сятки миллионов событий в секунду, но в то же время их можно приспособить для счета событий, происходящих один или два раза в день.

В данной главе рассмотрено несколько счетчиков различ­ных видов. Разработку некоторых из них целесообразно вы­полнить в целях самообучения, тогда как другие можно приспособить для решения весьма полезных задач. Должно быть, радиолюбитель захочет бегло ознакомиться со всеми счетчиками, прежде чем решить, какие из них годятся только для повышения его собственной квалификации, а какие мо­гут иметь конкретные применения.

В любом случае следует попробовать изготовить такие устройства. Даже после изготовления самых разнообразных счетчиков по прошествии многих лет я продолжаю испыты­вать удовлетворение каждый раз, когда мне приходится. ис­пользовать один из давно изготовленных мною счетчиков.
^ 6.1. Четырехразрядный двоичный счетчик
Электронные схемы и особенно цифровые электронные схемы лучше всего умеют считать в двоичной системе счисле­ния, в которой используются всего две цифры — 0 и 1. Элект­ронные схемы, в которых реализована двоичная система счисления, имеют два состояния «включено» — «выключено»,

В то время как люди предпочитают считать по стандарт­ной десятичной системе счисления, использующей 10 различ­ных цифр (символов), электронные схемы могут справиться с этим с большим трудом. Короче говоря, электронные схемы обычно имеют дело с двумя простейшими понятиями — «вклю­чено» — «выключено», которые обычно представляются циф­рами 1 и 0.

Схема, представленная на рис. 6.1, называется четырех­разрядным двоичным счетчиком и производит отсчет в двоич­ной системе счисления. На каждом из четырех выходов такой схемы устанавливаются нули и единицы, так что схема спо­собна формировать 16 различных комбинаций нулей и еди­ниц (см, табл. на рис. 6.2),

Однако 16 комбинаций нулей и единиц, т. е. 4-разрядный двоичный отсчет, мало что означает для неспециалиста. По­этому люди учатся представлению двоичных комбинаций в виде десятичных чисел. В табл. на рис. 6.2 дается представле­ние работы в трех системах счисления — двоичной, шестнадца-теричной и десятичной.

Естественно, что схема считает в двоичной системе, а ра­диолюбитель может научиться представлять ее двоичные со­стояния в более знакомой ему десятичной форме. Например, когда все светодиоды выключены, можно принять отсчет за нуль. С другой стороны, когда все светодиоды включены, можно принять, что двоичному числу соответствует десятич­ное число 15. Тогда все остальные числа будут находиться между этими предельными значениями.



^ Рис. 6.1, Принципиальная схема 4-разрядного двоичного счетчика.

Д1 — Д4 — светодиод с красным свечением; ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 7493; ИС3 — шесть инверторов типа 7404; R1 — потенциометр 1 МОм; R2резистор I кОм. 0,25 Вт; R3резистор 100 кОм, 0,25 Вт, R4R7 — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С, — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Кл1 — однополюсный двухпозиционный переключатель.
Шестнадцатеричная система счисления предполагает дру­гую трактовку 4-разрядных двоичных чисел. Эта система счисления имеет 16 символов, в том числе знакомые десятич­ные цифры от 0 до 9 и буквенные знаки А, В, С, D, Е и F. Интересно отметить, что специалисты по вычислительной тех­нике предпочитают оперировать шестнадцатеричными числами вместо двоичных.



Рис. 6.2. Таблица отсчета в 4-разрядном двоичном счетчике.
Схема на рис. 6.1 выполнена таким образом, что она от­считывает 4-разрядные двоичные числа со скоростью, регу­лируемой от 10 отсчетов в секунду до — 1 отсчета за 10 с. Если радиолюбителю удается следить за счетом, идущим с частотой 10 Гц, то он обладает довольно хорошей коорди­нацией зрения и мышления. Так что следует установить та­кую частоту отсчета, которая позволяет радиолюбителю сле­дить за счетом.

Переключатель Кл1 позволяет в любой момент останавли­вать счетчик и устанавливать его в исходное состояние — нуль. При его переводе в положение «Нормальный отсчет» отсчет начинается с нуля. Как показано на схеме, напряжение питания должно быть достаточно стабильным — в пределах 5 — 6 В. При меньших значениях напряжения нормальная по­следовательность счета будет нарушаться, а при напряже­ниях более 6 В возникает опасность перегрева и выхода из строя интегральных схем.
6.2. Шестнадцатеричный счетчик
Четырехразрядный двоичный счетчик на рис. 6.1 выраба­тывает 16 различных комбинаций двоичных нулей и единиц. Как указывалось в разделе 6.1, эти 16 комбинаций могут быть представлены в виде 16-значной счетной таблицы, из­вестной под названием шестнадцатеричного счета.



^ Рис. б.З. Принципиальная схема шестнадцатсричного счетчика.

Д1 — Д10 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик 7493; ИС3 — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; ri потенцио­метр 1 МОм; Я2 — резистор 1 кОм,0,25Вт; R3резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.
На рис. 6.3 подазана схема шестнадцатеричного счетчика, сравнение которой со схемой на рис. 6.1 позволяет выявить их существенное сходство. В обеих схемах используются практически одинаковые микросхемы HCi и ИС2 с соответ­ствующими резисторами и конденсаторами. На рис. 6.3 4-раз­рядный двоичный счетчик подключается к двоично-шестнад-цатеричному преобразователю, выполненному на микро­схеме ИСз.

Однако микросхему ИСз обычно не называют двоично-шестпадцатеричным преобразователем. Это название используется здесь лишь потому, что ИС3 выполняет аналогичные функции. Микросхему ИС3 чаще называют дешифратором из 4 в 16. Однако независимо от названия главным является то, что она обеспечивает шестнадцатеричный отсчет от 0 до F.

Как и в двоичном счетчике на рис. 6.1, здесь можно регу­лировать скорость отсчета с помощью потенциометра и про­изводить установку нуля в любой момент с помощью пере­ключателя Кль который ставится при этом в положение «Стоп/Сброс».

Обычно светодиоды в шестнадцатеричном счетчике рас­полагаются в виде прямой горизонтальной линии, начиная от «О» и вправо до «F». При высокой частоте отсчета такое рас­положение создает «бегущий» эффект — поочередное включе­ние светодиодов слева направо. Но при низких частотах можно наблюдать процесс отсчета в шестнадцатеричной си­стеме от 0 до F и обратно до 0.
^ 6.3. Двоично-десятичные счетчики
Четырехразрядные двоичные счетчики вырабатывают ; 16 различных комбинаций из четырех нулей и единиц (рис. 6.1 и 6.2). Шестнадцатеричный счетчик преобразует вы­ходные комбинации 4-разрядного двоичного счетчи,ка в один из 16 знаков от 0 до F.



Рис. 6.4. Двоично-десятичный счетчик.

Д1 — Д4 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разряд­ный двоичный счетчик типа 7493; ИС3 — шесть инверторов типа 7404; Л,-потен­циометр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 - резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — R7 L резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С, - электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.
Двоичная и шестнадцатеричная системы счисления удов­летворяют потребностям ЭВМ и специалистов по вычислитель­ной технике. Однако большинство людей привыкли больше к десятичной системе счисления, в которой вместо 16 исполь­зуется 10 числовых знаков. Учитывая это, двоичные счетчики часто переделываются таким образом, чтобы отсчитывать как раз 10 различных состояний, соответствующих десятичным числам от 0 до 9.

На рис. 6.4 показан пример такой модификации обычного 4-разрядного двоичного счетчика, в результате которой счет производится двоичными цифрами от 0 до 9. Модификация эта довольно проста и по сравнению со схемой на рис. 6.1 заключается в соединении выводов 2 и 3 ИС2 с выводами 9 и 11 этой же микросхемы вместо их подключения к переклю­чателю «Сброс».

В результате такой модификации счетчик -будет произво­дить отсчет от двоичного 0 (0000) до двоичной 9 (1001). Если радиолюбитель не знает, как осуществить перевод двоичных

знаков в десятичные, то можно воспользоваться таблицей на рис. 6.2. Очевидно, что схема будет считать от 0 до 9, но не больше 9.

Сравнение 4-разрядного двоичного счетчика на рис. 6.1 с двоично-десятичным счетчиком позволяет выявить в послед­нем один небольшой недостаток: выводы сброса на нуль в микросхеме ИС2, используемые в двоичном счетчике для его сброса на нуль, выполняют здесь функции обеспечения счета от 0 до 9 Было бы неплохо иметь какой-либо элемент, обес­печивающий ручной сброс двоично-десятичного счетчика на нуль, однако в данной схеме такой возможности нет, Этот недостаток устранен в другом двоично-десятичном счетчике, показанном на рис. 6.5.



Рис. 6.5. Двоично-десятичный счетчик со сбросом на нуль вручную.

Д1 — Д4 — светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 7490; ИСз — шесть инверторов типа 7404; R1 — потенцио­метр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4R7резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.
Схема на рис. 6.5 весьма сходна со схемой на рис. 6.1, но ее принципиальным отличием является выполнение счета в двоично-десятичном коде вместо двоичного или шестнадца­теричного счета.
^ 6.4. Два простых декадных счетчика
Двоично-десятичный счетчик производит счет в виде дво­ичных 0 и 1 Поскольку большинство людей не любит опери­ровать двоичными числами, иногда необходимо преобразо­вать двоичный отсчет в более понятную десятичную форму.

Две схемы рассматриваемые в данном разделе, произво­дят перевод двоично-десятичных кодов в определенную форму десятичного отсчета. Каждое двоичное число преобразуется в схемах в сигнал, обеспечивающий включение одного из 10 светодиодов Таким образом, при работе любой из этих схем можно наблюдать последовательное включение светодиодов, обозначающих числа от 0 до 9.

В счетчике на рис. 6.6 используется микросхема двоично-десятичного счетчика, обеспечивающего выработку двоичных знаков которые поступают в микросхему ИС3, Последняя производит включение одного из 10 светодиодов, обозначен­ных цифрами от 0 до 9. По принципу работы эта схема сход­на с шестнадцатеричным счетчиком на рис. 6.3 и отличается тем что образует на выходе 10 обычных десятичных цифр, а не 16 знаков шестнадцатеричной системы счисления.

По всем внешним признакам схема на рис. 6.7 работает аналогично, последовательно включая 10 светодиодов. Одна­ко в этом счетчике как отсчет, так и декодирование произво­дится одной и той же микросхемой ИС3. Единственный недо­статок этой интегральной схемы состоит в том, что она не может вырабатывать достаточный ток для включения свето­диодов с номинальной яркостью свечения, в силу чего необ­ходимо введение усилительных схем. В то же время выпол­нение этой интегральной схемы на дополняющих МОП-транзисторах позволяет использовать источники питания напря­жением 5 — 12 В. Устройство на рис. 6.6 не имеет этого преимущества, поскольку в нем использованы транзисторно-транзисторные логические микросхемы, требующие напряже-ния питания в пределах 5 — 6 В.



^ Рис. 6.6. Декадный счетчик на транзисторно-транзисторных логических схемах.

Д1 — Д10 — светодиод с красным свечением; ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 7490- ИСз — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; R1 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 150 Ом 6,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.



^ Рис. 6.7. Декадный счетчик на дополняющих МОП-транзисторах.

Д1 — Д10 светодиод с красным свечением; ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — декадный счетчик типа 4017; ИС3, ИС4 — шесть буферных инверторов типа 4049; R1 — потенциометр 1 МОм; R2резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4, R5 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Rs — ре­зистор 150 Ом, 0,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35В; Клг — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.
Еще одним преимуществом схемы на рис. 6.7 является на­личие в ней двух переключателей для ручного управления. Переключатель «Стоп/Пуск» позволяет останавливать про­цесс отсчета в любой момент. При нахождении этого переключателя в положении «Стоп» на светодиодном индика­торе можно видеть последний отсчитанный знак, с которого возобновляется отсчет при переводе переключателя в поло­жение «Пуск». Кнопка «Сброс» позволяет в любой момент произвести установку счетчика на нуль и при этом практи­чески без остановки процесса отсчета.

Остановка отсчета и установка нуля в этом случае произ­водятся за две операции. Во-первых, процесс отсчета оста­навливается при установке переключателя «Стоп/Пуск» в по­ложение «Стоп», после чего установка нуля происходит при нажатии Кнопки «Сброс». Возобновление работы счетчика происходит при отпускании кнопки «Сброс» и возврате пе­реключателя в положение «Пуск».
^ 6.5. Декадные счетчики с цифровыми индикаторами
Хотя наблюдать 10 быстро и последовательно включаю­щихся и выключающихся светодиодов забавно, декадный счетчик с 10 различными светодиодами в значительной мере устарел. Для нашего времени более подходит отсчет на од­ном индикаторе с воспроизведением в виде настоящих араб­ских цифр.

Можно представить себе, как было трудно, если бы цифры во всех счетно-решающих устройствах, цифровых часах и современных электронных кассовых аппаратах отображались с помощью 10 мигающих светодиодов. Более удобно исполь­зовать 7-сегментный индикатор для каждой декады. В таких индикаторах, знакомых большинству читателей, используют­ся семь отрезков, подсвечиваемых светодиодами и располо­женных в форме цифры «8».

При подсвете (включении) всех семи сегментов воспроиз­водится цифра 8, а их включение в других комбинациях дает все цифры от 0 до 9.

Устройство, показанное на рис. 6.8, позволяет воспроизво­дить результаты отсчета, выполняемого двоично-десятичным счетчиком, в форме цифр, образуемых из семи сегментов. Как и в ранее описанных в данной главе счетчиках, здесь исполь­зуется микросхема таймера типа 555 для выработки такто­вых импульсов, {которые в двоично-десятичном счетчике обеспечивают отсчет от 0 до 9. Однако счетчик ИС2 в этом уст­ройстве вырабатывает двоично-кодированную группу знаков, что потребовало введения еще одной микросхемы для пре­образования двоичных кодов в коды для: 7-сегментного индикатора. Эти функции выполняет ИС3 — преобразователь из двоично-десятичного в сегментный код.



Рис. 6.8. Цифровой счетчик с однозначным индикатором.

И1 — 7-сегментиый индикатор; ИС1 — таймер типа 555: ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИС3 — преобразователь двоично-десятичного кода в ?-сегментный типа 7447; Ri — потенциометр 1 МОм; R$ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3резистор 100 кОм, 0,25 Вт; RtRio — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; d — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.
Для нормальной работы в данном счетчике 7-сегментный индикатор должен иметь общий анод. Штырьковые выводы индикатора располагаются снизу, как и в стандартных микро­схемах. На рис. 6.8 выводы обозначены прописными буквами от «а» до «g»., поскольку иногда в каталогах под одним и тем же номером приводятся индикаторы с разной нумерацией выводов. Для правильного определения номеров выводов необходимо пользоваться паспортом, прилагаемым к индика­тору, при этом надо найти номера штырьков, соответствую­щих сегментам от «а» до «g». После правильного подключе­ния на индикаторе будут воспроизводиться цифры от 0 до 9, а при помощи регулятора частоты можно устанавливать час­тоту воспроизведения от 0,1 до 10 Гц. Непрерывное воспро­изведение одной цифры «8» обозначает обычно, что счетчик работает так быстро, что все цифры сливаются в одну,
^ 6.6. Однодекадный цифровой счетчик событий
Счетчиком событий является любое счетное устройство, определяющее число каких-либо происходящих событий. На­пример, на шарикоподшипниковом заводе счетчик событий на сборочной линии подсчитывает количество готовых шарико­подшипников.

Все описанные выше счетчики работают автоматически от автогенератора. Таким образом, они производят подсчет чис­ла импульсов, вырабатываемых автогенератором. Вместе с тем было бы интереснее каким-либо образом управлять процессом отсчета.

На рис. 6.9 приведена схема счетчика, который отсчиты­вает количество нажатий кнопочного переключателя. Отсчет, воспроизводимый на однознаковом 7-сегментном индикаторе, возрастает на единицу при каждом нажатии кнопочного пе­реключателя «Отсчет». Для установки счетчика обратно на нуль нажимается кнопочный переключатель «Сброс». Та­ким образом производится полное управление процессом отсчета.

Некоторые сведения о применении 7-сегментного индика­тора приведены в разделе 6.5. Следует обратить особое вни­мание на определение нумерации штырьковых выводов по паспортным данным индикатора и соответствие этой нумера­ции буквенным обозначениям от «а» до «g» на схеме,



Рис. 6.9. Однозначный счетчик событий.

И1 — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; Hd — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИС3 — преобразователь двоично-десятичного кода типа 7447; Riрезистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R2 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; RsRnрезистор 150 Ом, 0,25 Вт; С,, С2конденсатор 0,1 мкФ, 50 В; Кл,, Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.
^ 6.7. Универсальный однодекадный счетчик
Счетчик, показанный на рис. 6.10, способен выполнять ряд функций, которые практически невозможно реализовать в простых счетчиках. Например, этот счетчик может считать в двух направлениях: прямо от 0 до 9 и в обратном порядке от 9 до 0. Направление отсчета определяется положением пе­реключателя «Прямо/Обратно».



Рис. 6.10. Универсальный однозначный счетчик.

И1 — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; HC1 — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИСз — преобразователь двоично-десятичного в 7-сегментный код типа 7447; ИСд — четыре двухвходовых логических вентиля ИЛИ-НЕ типа 7402; R1 — потенциометр 1 МОм; R2резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R3резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R4Re, Ли — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R7R13, — рези­стор 150 Ом, 0,25 Вт; C1 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35В; Кль Кл2 — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; Кл3. Кл4 — однопозиционный переключатель.
Работа этого счетчика может быть остановлена в любой момент отсчета путем перевода переключателя «Отсчет/Стоп» в положение «Стоп». Возврат этого переключателя в поло­жение «Отсчет» обеспечивает возобновление процесса отсчета с точки, где он был остановлен.

Наконец, этот универсальный счетчик может быть уста­новлен в состояние 0 или 9. Нажатие кнопки «Установка О» обеспечивает автоматическую установку 0 независимо от то­го, в какой точке отсчета находится счетчик, а нажатие кнопки «Установка 9» обеспечивает немедленный перевод отсчета на 9.

Возможность установки счетчика на 0 в любой момент является очень полезной при его использовании в режиме прямого отсчета, а установка 9 может пригодиться для об­ратного отсчета, начиная с 9.

Описанный счетчик работает самостоятельно, однако его можно переделать в счетчик событий, заменив радиокомпо­ненты ИС1, R1, R2, R3 и C1 на радиокомпоненты ИС1, Кл1, R1, R2, R3 и С2 схемы запуска, показанной на рис. 6.9,
^ 6.8. Счетчик обратного отсчета («Пуск ракеты»)
Счетчики могут использоваться не только для воспроиз­ведения отсчитываемых чисел. Поскольку на отсчет чисел затрачивается определенное время, счетчик можно использо­вать в качестве времязадающего устройства. В частности, речь идет об использовании счетчика с обратных отсчетом от 9 до 0, который при достижении нуля включает реле, а вместе с ним и какой-либо процесс.



Рис. 6.11. Дополнительная схема к счетчику (рис. 6.10) для автоматиче­ского запуска модели ракеты.

T1 — маломощный n-р-n — транзистор; R15 — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R16 — рези­стор 22 кОм, 0,25 Вт; P1 — двухпозиционное реле с напряжением обмотки 6 В (H.3. — контакт нормально замкнутый, Н. Р. — контакт нормально разомкнутый).
Принцип действия описанного здесь устройства заклю­чается в том, чтобы произвести отсчет от 9 с интервалами 1 с до 0 и осуществить запуск ракеты автоматически по зна­комой всем команде «9, 8, 7, 6, ,.,, О, Пуск!» Для выполне­ния этого необходимо сначала изготовить универсальный счетчик, показанный на рис. 6.10, а затем подключить к нему схему, приведенную на рис. 6.11.

Предупреждение! Перед применением в модели ракеты устройство, выполненное по схеме на рис. 6.11, должно быть тщательно проверено. При проверке воспламенитель заменяет­ся лампой накаливания с тем же напряжением питания, что и в пусковой батарее макета ракеты.

В устройстве на рис. 6.11 при проверке необходимо по­ставить переключатель Кл5 в положение «Безопасно» и под­ключить его к счетчику на рис. 6.10. При этом нужно иметь два отдельных источника питания: батарею напряжением 6 В для счетчика и пусковую батарею ракеты. Отметим, что транзистор Т1 в схеме на рис. 6.11 будет питаться от источ­ника питания счетчика, показанного на рис. 6.10.

По окончании подготовки к проверке переключатель Кл3 на рис. 6.10 следует поставить в положение «Стоп», а пере­ключатель Кл4 — в положение «Обратно». При нажатии кнопки «Установка 9» на индикаторе должна появиться цифра «9», но воспламенитель при этом должен быть обесто­чен. В противном случае необходимо снова проверить весь монтаж схемы.

При нормальной работе переключатель Кл3 переводится в положение «Отсчет», при этом должны соответствующим образом меняться цифры на индикаторе. В случае необходи­мости с помощью регулятора частоты следует установить период смены цифр, равный ~ 1 с. В процессе такой проверки и регулировки счетчик должен отсчитывать от 9 до 0 и за­тем обратно до 9 непрерывным повторением такого цикла. Каждый раз, когда счетчик доходит до 0, можно слышать и видеть замыкание контактов реле, что служит подтвержде­нием нормальной работы схемы.

При последующей операции проверки производится оста­новка счетчика путем перевода переключателя Кл3 в поло­жение, «Стоп» и затем перевод счетчика на 9 с помощью кнопки «Установка 9». Далее переключатель Клз переводит­ся в положение «Работа», при этом схема готова к имитации пуска. При замене электрозапала на небольшую лампу включение последней свидетельствует о возможности пуска ракеты.

Для имитации пуска необходимо перевести переключа­тель Кл3 в положение «Отсчет», после чего устройство долж­но срабатывать самостоятельно. При этом на индикаторе будет происходить обратный отсчет цифр и при появлении цифры «О» осуществится «пуск».

При работе с устройством на пусковой площадке необ­ходимо помнить, что переключатель «Безопасно/Работа» должен находиться в положении «Безопасно» до момента, пока счетчик не остановится на цифре «9». Перевод этого переключателя в положение «Работа» производится только перед включением автоматического обратного отсчета.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Применение интегральных схем iconВопросы на экзамен спиэ
Основные этапы технологического процесса изготовления биполярных интегральных схем
Применение интегральных схем icon1 цифровые электронные схемы 2
Логический элемент, или вентиль,— это схема, реализующая одну из основных логических функций. В оставшейся части этой главы мы рассмотрим...
Применение интегральных схем iconИсследование комбинационных схем
Изучение принципов действия типовых комбинационных схем: дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров
Применение интегральных схем iconВопросы к экзамену по курсу «Операционные системы» для потока ас-09
Эволюция вычислительных систем: третий этап (компьютеры на основе интегральных микросхем)
Применение интегральных схем iconНизкочастотные усилители на интегральных микросхемах
Статья подготовлена по мате­риалам обзора «Линейные интегральные микросхемы», который по заявкам радиолюбителей распространяет Письменная...
Применение интегральных схем iconЛабораторная работа №3(I)
Цель работы: ознакомиться с базовыми логическими элементами, при­меняемыми в цифровой технике, принципами построения на их основе...
Применение интегральных схем iconСектор разработки технических условий и организации схем Службы технологического присоединения

Применение интегральных схем iconРеферат на тему: «графен»
Высокая подвижность носителей заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов) делает его перспективным...
Применение интегральных схем iconПрименение компл мер для увеличения продовол
«Зелёной революцией» в сельском хоз-ве н-ют применение компл мер для увеличения продовол
Применение интегральных схем iconЗадани е
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница