Материал: МРБ 1074. Бирюков С.А. Цифровые устройства на интегральных микросхемах

По такой же схеме можно изготовить будильник и для часов на микро­схемах серии К.155. В них батарея GB1 не обязательна — можно использовать основной сетевой источник питания. Частоту 500 Гц необходимо получить, по­делив на одном триггере частоту 1000 Гц с выхода DD4 (см. рис. 40). Использовать непосредственно частоту 1000 Гц, так же как и 1 Гц с выхода Dub, нельзя из-за высокой скважности импульсов на выходе микросхемы К155ИБ1. Поэтому вместо частоты 1 — 2 Гц можно использовать частоту 0,5 Гц, поделив 1 Гц с помощью триггера, или 1,25 — 2 Гц, поделив частоту 10 Гц на цепочке из трех триггеров любой из микросхем К.155ИЕ2 — К.155ИЕ5.

Будильники и таймеры с кнопочным набором времени

Набор времени с помощью лереключателей не всегда удобен, поэтому представляет интерес построение будильников и таймеров без переключателей, с набором времени с помощью кнопок. Схема самого простого варианта тако­го устройства (по принципу действия, но не по количеству микросхем) приведе­на на рис. 55. Для упрощения схемы показана ее часть, соответствующая одной цифре набираемого времени. Левая декада (микросхема DD1) — счетчик време­ни с индикатором HG1, подключенным через дешифратор DD2. Правая декада (микросхема DD3) — устройство памяти, в которое предварительно записано необходимое время включения исполнительного устройства. Запись может быть осуществлена подачей на вход декады импульсов с последующим контролем записанного числа по индикатору HG2. Декады памяти могут быть соединены между собой в счетчик. В первом случае на вход счетчика памяти следует подавать вначале импульсы достаточно высокой частоты, обеспечивающие пе­реключение старшей декады счетчика с частотой 1 — 2 Гц, затем частоту им­пульсов снижают, поочередно устанавливая декады счетчика памяти в нужное состояние, контролируя на индикаторах необходимое время. Во втором случае через кнопки на входы декад памяти независимо друг от друга подают им­пульсы с частотой 1 — 2 Гц и устанавливают каждую декаду в нужное состоя­ние. Второй способ удобнее, так как установка каждой цифры производится независимо от остальных. Необходимое время может быть записано также с использованием микросхемы К155ТМ5, установленной на место DD3.

Выходы декады счетчика времени и декады счетчика памяти подключают­ся к схеме сравнения кодов, собранной ,на ИС DD5 и DD6. При совпадении ко­дов на выходах декад DD1 и DD3 на всех выходах DD5 будут уровни логи­ческого 0.

В момент пуска на счетчик времени (на схеме показана одна его декада DD1) подают импульсы с необходимой частотой. В момент, когда код времени, поступающий с выходов декады DD1 на входы элемента сравнения DD5, сов­падет с кодом, хранящимся в декаде DD3, все элементы микросхемы DD6 выключатся. Когда коды всех декад счетчика времени совпадут с кодами всех декад памяти, выключатся все микросхемы, выходы которых объединены с DD6, на выходе устройства появится уровень логической 1 и сработает ис­полнительный механизм.

Из приведенного описания следует, что дешифратор DD2 и индикатор HG1 необходимы лишь для оперативного контроля работы таймера и могут быть исключены из схемы.

Уменьшить количество дешифраторов и индикаторов в схеме рис. 55 можно также установкой электронного переключателя, подключающего входы дешиф-I Ратора к выходам декады счетчика или декады памяти (рис. 56).

Рис. 55. Схема одного десятичного разряда таймера с кнопочным набором времени

Рис. 56. Схема одного разряда таймера с переключением индикаторов

Схемы реле времени, построенных по описанному принципу, довольно слож­ны, но это практически единственно возможный путь установки в часы бу­дильника с кнопочным набором времени подачи сигнала. Другим удобством этих схем является возможность неоднократного повторения один раз набранной выдержки, а также индикация времени, прошедшего от начала выдержки, в времени, соответствующего окончанию выдержки.

Если изготовляется собственно таймер, можно пойти по другому пути. В счетчик записывают число, соответствующее требуемой выдержке. В момент на­чала выдержки на счетчик подают импульсы с необходимой частотой, умень­шающие показания счетчика. При достижении счетчиком состояния 0 счетчик останавливается, что является сигналом окончания выдержки.

Рис. 57. Схема таймера на ИС К155ИЕ2

Рис. 58. Схема таймера с установкой вре­мени переключателями

В зависимости от типа использованных в счетчике таймера микросхем за­пись необходимого времени может производиться или подачей на счетчик им­пульсов с непрерывным контролем по индикаторам, или от переключателей без контроля. На рис. 57 приведена схема таймера с использованием в счетчике микросхемы К155ИЕ2. Особенностью схемы счетчика является подключение ин­дикаторов к его дешифраторам — порядок подключения катодов газоразрядных ламп противоположен обычно используемому. Поэтому при состоянии счетчика 000 на лампах индицируется 999, при состоянии 001 — 998, при состоянии 999 индицируется 000. При подаче на вход счетчика импульсов показания индика­торов будут уменьшаться. Запись необходимого времени производят подачей на вход Установка времени счетчика импульсов с различной частотой.

Для отсчета времени на вход Счет также подают импульсы с необходимой частотой. В момент, когда счетчик установится в состояние 999, а на лампах будет индицироваться 000, на выходе элемента ИЛИ — НЕ появится уровень логической 1, который и будет сигналом окончания выдержки. Недостатком тай­мера, собранного по такой схеме, является невозможность повторения набранной один раз выдержки. Элемент ИЛИ — НЕ должен собираться на диодах и тран­зисторе аналогично схеме рис. 54.

Рис. 59. Схемы шифраторов наборов времени с четырехплатным (а) и одноплатным (б) пе­реключателями

На рис. 58 приведен вариант схемы таймера, в котором установка необхо­димого времени производится переключателями и контроль времени по индикаторам не обязателен. Шифраторы набора времени SA1, SA2 могут быть вы­полнены или на четырехплатных переключателях на 10 положений (рис. 59,а), или на одноплатном переключателе, но с использованием микросхем (рис. 59,6). На переключателях SA1, SA2 и т. д. набирают необходимое время, на шину Запись подают импульс, обеспечивающий запись этого времени в счетчик, после чего на вход Счет подают импульсы с необходимой частотой.

При установке счетчика в 0 на выходе элемента ИЛИ — НЕ появится уро­вень логической 1, указывающий на окончание выдержки. Таймер, собранный по схеме рис. 58, позволяет многократно повторять выдержку, набранную на переключателях.

Для борьбы с дребезгом контактов кнопок в устройствах по схемам рис. 55 — 57 можно использовать подачу импульсов отрицательной полярности с длительностью, существенно меньшей, чем порядок длительности импульсов дребезга. Тогда за время дребезга контактов через них при достаточно малой частоте импульсов может пройти максимально один импульс.

Рис. 60. Схема формирователя счетных импульсов

Для формирования отрицательных импульсов малой длительности и деле­ния их частоты можно использовать схему рис. 60. Триггер Шмитта DD1.1, DD1.2 формирует прямоугольные импульсы со скважностью, близкой к 2, и ча­стотой 100 Гц. Продифференцированные цепочкой C1R4R5 и сформированные инверторами DD1.3 и DD1.4 импульсы имеют отрицательную полярность и длительность около 2 мкс. Уже упоминавшейся особенностью микросхемы К155ИЕ1 является равенство длительностей входных и выходных импульсов, что и требуется в данном случае.

При подаче импульсов на вход счетчика при счете времени необходимо, что­бы первый счетный импульс после пуска пришел на вход счетчика ровно через время, равное периоду этих счетных импульсов. Это обеспечит высокую точ­ность выдержки времени (и правильность пуска в часах). Поэтому перед нача­лом счета на вход установки 0 делителей, формирующих необходимую частоту счетных импульсов, следует подать сигнал Уст.О, который снимают в момент пуска, что обеспечивает необходимую начальную фазу импульсов. Погрешность момента подачи первого импульса не превысит периода входной частоты де­лителя. Для схемы рис. 60 эта погрешность составляет 0,01 с для любого вы­хода.

При подаче сигналов на входы интегральных микросхем через контакты сле­дует также обязательно подключать входы ИС, отключаемые в процессе пере­ключения от источника сигнала, к источнику питания через резисторы 1 — 10 кОм. Это исключит возможность ложных срабатываний микросхем от наво­док в те моменты, когда входы микросхем отключены от источника сигнала.

Таймер на интегральных микросхемах серии к155

Таймер имеет следующие параметры: максимальная выдержка 9999 с (дискрет 1 с) и 999,9 с (дискрет 0,1 с), точность выдержки определяется точ­ностью частоты сети, набор времени — кнопочный, аналогично набору чисел в микрокалькуляторах, возможно многократное повторение один раз набранной выдержки, на табло индицируется оставшееся до окончания выдержки время.

Блок управления (рис. 61) содержит шифратор (многокнопочный переклю­чатель SB1, микросхемы DDl_t DD2, DD3.1) распределитель строб-импульсов (DD9, DD3.2, DD3.3, DD3.4, DD10, DD11, DD12), формирователь счетных им­пульсов (DD4, DD5, DD6), генератор звукового сигнала (DD7.1, DD7.2, DD7.3), триггеры управления (DD9.1 и DD9.2, DD8.1 и DD7.4, DD8.2 и DD8.3).

Счетная часть (рис. 62) содержит регистр памяти (DD13 — DD16), счетчик (DD17 — DD20), диодный элемент ИЛИ (матрицы А1 и А2), преобразователи кода 1 — 2 — 4 — 8 в коды семисегментного индикатора (DD21 — DD24), резистор-ные блоки (R24 — R27), семисегментные полупроводниковые индикаторы АЛ305А (HG1 — HG4). На рис. 62 развернута половина схемы. Нижняя часть схемы от­личается от верхней отсутствием цепи зажигания десятичной точки (SA3.2, нижние резисторы резисторных блоков R24 и R25, сегмент h — точка HQ1).

При нажатии на одну из кнопок переключателя SB1 (см. рис. 61) на вы­ходах 1 — 2 — 4 — 8 шифратора появляется код, соответствующий нажатой кноп-ке. Одновременно входной ток ИС шифратора вместе с током одного из ре­зисторов R2 — R11 включает транзистор VT2, который, в свою очередь, уста­навливает все триггеры в необходимые состояния. Спад положительного им­пульса с выхода 11 DD9.2 дифференцируется цепочкой C7R18 и формируется в прямоугольный импульс отрицательной полярности триггером Шмитта DD3.2, DD3.3. Этот импульс обеспечивает выдачу импульса отрицательной полярности с выхода 0 стробируемого по входам А1 и А2 дешифратора DD11. После ин­вертирования элементом DD12 с выхода 8 этот импульс в положительной по­лярности поступает на вход стробирования ИС регистра памяти DD16 (см. рис. 62), на информационные входы которой поступает код с выходов шифратора! Происходит запись кода в триггеры этой микросхемы. Уровень логического О о выхода DD8.2 поступает на входы записи ИС DD17 — DD20 и разрешает пе­репись кода из регистра памяти в счетчик. Состояние DD20 преобразуется в код семисегментного индикатора, который поступает на индикатор HG4.

Рис. 61. Схема блока управления таймера

Емкость конденсатора С7 (см. рис. 61) подобрана такой, что импульс, формируемый на выходе DD3.3, заканчивается после окончания дребезга кон­тактов нажимаемой кнопки, что обеспечивает правильность записываемого в регистр памяти кода.

Спадом импульса положительной полярности с выхода DD3.4 счетчик DD10 переключается в состояние 1. В момент отпускания нажатой кнопки пе­реключателя SB1 триггер DD9.1, DD9.2 переключается в исходное состояние.

Следующее нажатие любой кнопки переключателя SB1 приводит к фор­мированию импульса на очередном выходе DD12 и записи кода нажатой кноп­ки в очередную ИС регистра памяти DD15, DD14, DD13 и счетчика DD19, DD18, DD17 (см. рис. 62). Процесс записи контролируется по индика-торам HG1 — HG4. После четырех нажатий на кнопки SB1 информация в ре­гистре и счетчике полностью обновляется. Если в процессе набора выдерж­ки допущена ошибка, набор можно повторить.

Импульсы счета времени формируются из частоты сети 50 Гц. Напря­жение 3 В с обмотки трансформатора триггером Шмитта DD4.1, DD4.2 (см, рис. 61) преобразуется в импульсы и делится до частоты 10 Гц микросхе­мой DD5 и до 1 Гц микросхемой DD6. Выбор необходимой частоты осуще­ствляется переключателем SA3.1. При частоте 10 Гц на индикаторе HG1 пе­реключателем SA3.2 зажигается десятичная точка. Во время набора времени деление частоты сети блокировано сигналами с уровнем логической 1, посту­пающей с выходов DD8.3 и DD8.1.