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

Рис. 62. Схема счетной части таймера. (Вход Запись подключен ко входам DD17 — DD20.)

При нажатии на кнопку SB2 (Пуск) триггер DD8.2, DD8.4 переключает­ся в противоположное состояние. Уровень логической 1 с выхода DD8.2 ус­танавливает в состояние 0 счетчик D10 и, поступая на входы ИС счетчика

DD17, DD20 (см. рис. 62), блокирует перепись информации из регистра па­мяти в счетчик. Уровень логического 0 с выхода DD8.3 (см. рис. 61) посту­пает на входы R DD5 и DD6 и разрешает деление частоты сети.

Импульсы с выходов DD5 и DD6 через инверторы DD4.3 и DD4.4 через переключатель SA3.1 поступают на вход вычитания микросхемы DD17 (см. рис. 62). Инверторы обеспечивают необходимую полярность импульсов счета.

Содержимое счетчика начинает уменьшаться. Процесс счета контролирует­ся на индикаторах HG1 — HG4. В момент времени, когда счетчик досчитает до 0, уровень логического 0 с выхода элемента ИЛИ, собранного на двух диодных матрицах А1 и А2 и резисторе R17, через согласующий эмиттер-ный повторитель VT3 поступает на входы элементов DD7.4 и DD8.3 и уста­навливает триггеры в противоположные состояния. Сигнал логического 0 с вы­хода DD8.2 (см. рис. 61) производит перепись информации из регистра па­мяти DD13 — DD16 в счетчик, благодаря чему процесс счета блокируется.

Сигнал логической 1 с выхода DD7.4 поступает на вход 10 DD7.3 и раз­решает генерацию звукового сигнала в генераторе DD7.1, DD7.2, DD7.3. По­скольку деление частоты сети разрешено сигналом логического 0, поступа­ющим на входы R DD5 и DD6, с выхода DD8.1 на вход 1 DD7.1 поступает меандр с частотой 1 Гц и звуковой сигнал прерывается с такой же частотой. Сигнал будет звучать до тех пор, пока не будет нажата одна из кнопок пе­реключателя SB1 или кнопка Пуск. В первом случае переключится только триггер DD8.1, DD7.4, прекратится звучание сигнала и блокируется деление частоты. При последующем нажатии кнопки Пуск будет обеспечена необходи­мая фаза счетных импульсов.

Если же кнопка Пуск будет нажата при звучащем сигнале, фаза импуль­сов счета будет случайной и пуск возможен с ошибкой в сторону уменьше­ния выдержки, не превышающей величины дискрета (0,1 с или 1 с).

Цепь R14C6 исключает ложный пуск таймера в момент отпускания SB2 из-за дребезга контактов. Элементы R23, R24, СИ, С12, VD5 обеспечивают исходное состояние триггеров и счетчика DD10 при включении таймера в сеть.

Электромагнитное исполнительное реле может быть подключено между вы­ходом DD8.1 и цепью +5 В, если его рабочий ток не превышает 20 мА при напряжении +5 В (герконовое реле РЭС-55), или через эмиттерный повто­ритель на транзисторе КТ361 с любым индексом (РЭС-LO или РЭС-15 на ра­бочее напряжение 5 В).

Интегральные микросхемы К155ИЕ5 и К155ИД4 можно заменить менее дефицитными К.155ТМ2 и КД55ЛА4 (рис. 63), одновременно необходимо в ка­честве DD9 также установить К.155ЛА4. В связи с тем что полярность вход­ных импульсов для К155ТМ2 другая, чем у КЛ55ИЕ5, подключение входа с DD10.1 и входов стробирования изменено, сигнал установки 0 снимается с дру­гого плеча триггера (DD8.3 на рис. 61).

Если многократное повторение выдержки не требуется, из схемы таймера можно исключить регистр памяти DD13 — DD16 (см. рис. 62), а также мик­росхему DD12 (см. рис. 61). В этом случае выходы 1, 2, 4, 8 шифратора под­ключают к соответствующим входам DD17 — DD20, а выходы дешифратора — непосредственно ко входам DD17 — DD20. Инверторы DD12 не требуются, так как полярность импульсов записи DD17 — DD20 отрицательная и совпадает с полярностью выходных импульсов дешифратора DD11. В этом случае необходимо также между эмиттером VT3 и входами DD7.4 и DD8.3 включить диф­ференцирующую цепочку, аналогичную C1R4R5 на рис. 60. Емкость конден­сатора этой цепочки следует увеличить до 0,047 мкФ.

В таймере использованы резисторы МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25, конденсато­ры КМ-5а (С1 — С6) и КМ-6 (С7 — С8), переключатели П2К (два пятикнопоч-ных без фиксации — SB1, однокнопочные без фиксации — SB2 и с фикса­цией — SB3 и не показанный на схеме выключатель сети SA4). Головка НА1 — любая электромагнитная с сопротивле­нием 30 — 100 Ом или динамическая 4 — 8 Ом, включенная через выходной транс­форматор от любого транзисторного приемника.

Рис. 63. Схема замены интегральных мик­росхем К155ИЕ5 и К155ИД4 на К155ТМ2 и К155ЛА4. (В качестве DD11.4 должен быть установлен DD9.3.)

Семисегментные индикаторы АЛ305А, можно заменить любыми дру­гими с общим анодом, например АЛ304Г, АЛС324Б, или при замене микросхем К514ИД2 на К514ИД1 — индикаторами с общим катодом (АЛ304А, АЛ304Б, АЛС314А), одновременно исключив ре-зисторные блоки. Диодные матрицы КД909 можно заменить на КД903, КД908, КДС627.

При отсутствии переключателей П2К в качестве SB1 можно применить любые другие кнопки, однако их конструкция должна быть такой, чтобы при нажатии вначале размыкались нормально замкнутые, затем замыкались нор­мально разомкнутые контакты. Кнопки КМ-2 требуют специальной регулировки подгибанием пружины.

Все элементы таймера, в том числе и переключатели, установлены на дву­сторонней печатной плате, чертеж которой приведен на рис. 64. Настройки таймер не требует. При желании можно подобрать емкость конденсатора С8 для получения необходимой высоты тона сигнала. При применении в качестве SB1 кнопок другого типа может потребоваться подбор емкости С7. Блок пита­ния таймера должен обеспечивать напряжение 5 В при токе до 0,8 А.

Если необходимо, таймер можно доработать так, чтобы набор времени осуществлялся в минутах и секундах. Схема такой доработки приведена на рис. 65. В положении SA2, указанном на рис. 65, таймер работает, как опи­сано выше, — частота импульсов заполнения счетчика 10 Гц, цена младшего разряда 0,1 с, зажжена запятая перед индикатором HG1.

При переводе переключателя SA2 на рис. 65 в нижнее по схеме поло­жение зажигается запятая перед индикатором HG2 (см. рис. 61), разделяющая минуты (индикаторы HG3 и HG4) и секунды (HG1, HG2). Элемент DD25.4 разрешает прохождение инвертированных элементов DD9.3 и продифференци­рованных цепочкой C13R28R29 импульсов с выхода 13 DD18 на вход 11 той же ИС. В результате каждый раз в момент спада отрицательного импульса на выходе 13 DD18 на вход И DD18 поступает короткий отрицательный им­пульс, производящий запись кода, поступающего на входы 9, 10, 1, 15 DD18 с выходов элементов DD26.2, DD26.4, DD27.2, DD27.4. В нижнем по схеме положении переключателя SA2.2 и уров­не логической 1, поступающем с вы­хода 5 DD8, на выходах указанных эле­ментов код цифры 5, в результате чего DD18 переходит в состояние 5 и коэффициент ее пересчета равен ше­сти. При записи исходного состояния импульс отрицательной полярности с вы­хода 8 DD8 подключает ко входам DD18 сигналы с выхода DD14 независимо от положения переключателя SA2.2.

Максимальная выдержка времени в доработанном таким образом таймере составляет 99 мин 99 с, т. е. несколько более 100 мин.

Интегральные микросхемы DD25 — DD27 можно разместить на небольшой печатной плате, размещенной над сво­бодным от элементов месте основной платы. Для уменьшения размеров до­полнительной платы целесообразно при доработке использовать ИС серий К.133 или К.136.

Рис. 64. Печатная плата тай­мера со стороны установки микросхем (а) и с противо­положной стороны (б)

Рис. 65. Схема доработки таймера

Приборы для измерения частоты универсальный цифровой частотомер

Описываемый прибор позволяет измерять частоту электрических ко­лебаний до 180 МГц, период колебаний и длительность импульсов от 1 мкс до 10⁷ с, может работать как счетчик импульсов. Точность измерений — 3-10~⁶ от измеряемой величины +1 знак младшего разряда. Минимальная цена младшего разряда составляет 0,1 Гц при измерении частоты и 0,1 мкс при измерении периода и длительности. Частотомер можно применять при градуировании приборов, использовать в качестве отсчетного устройства в ге­нераторах и любительских передатчиках, при налаживании различных радио­электронных устройств. Чувствительность при измерении частоты — около 20 мВ на частотах до 20 МГц, около 1О0 мВ на частоте 180 МГц. Максималь­ное значение входного сигнала — 5 В.

Прибор собран в основном на микросхемах серии К155, в высокочастот­ном делителе использованы микросхемы серии К500. Основными узлами ча­стотомера являются блок управления, схема которого приведена на рис. 66, счетчик и кварцевый генератор с делителем частоты (рис. 67) и блок пита­ния.

Схема соединения блока управления (БУ) со счетчиком, кварцевым гене­ратором и делителем частоты (КГ), высокочастотным делителем (СТ10) при­ведена на рис. 68.

Принцип действия частотомера основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени (в дан­ном приборе 10, 1, 0,1 или 0,01 с). Необходимый временной интервал форми­руется в блоке управления.

Кварцевый генератор частотомера собран на одном логическом элементе DD6.1 (см. рис. 67). Подбором емкости конденсаторов С14 и С15 устанав­ливают номинальную частоту генерации 10 МГц. Эта частота делится цепоч­кой микросхем DD7 — DD14 до 0,1 Гц. Элементы DD6.3 и DD6.4 — буферные. Использование в последних разрядах делителя микросхем К155ИЕ2, устанавливаемых в 9, позволяет до 0,1 с сократить промежуток времени между окон­чанием импульса «установка в 0» и началом эталонного интервала на низко­частотных диапазонах частотомера.

Рис. 66. Блок управления частотомера

В режиме измерения частоты эталонная частота выбранная переключате­лем SA4.1 Диапазон (см. рис. 68), через инвертор DD4 и переключатель SA1.3 Режим поступает на вход Т блока управления (см. рис. 66).

На вход F блока управления со входа частотомера поступает сигнал, ча­стоту которого необходимо измерить. Он усиливается и ограничивается диф­ференциальным каскадом на транзисторах VT2 и VT3 (см. рис. 66) и посту­пает на инвертор на транзисторе VT6. Диоды VD4 и VD5 исключают насыщение транзистора VT6, что обеспечивает верхнюю частоту формирова­теля около 40 МГц. Положительная обратная связь через резистор R8 обес­печивает триггерный режим работы. Выходной сигнал формирователя через клапан на элементах DD1.1 и DD1.2 поступает на вход счетчика. Второй вход клапана подключен к выходу формирователя эталонного интервала времени, состоящего из двух триггеров микросхемы DD5.

Принцип действия формирователя интервала удобно рассматривать с мо­мента генерации импульса установки 0 мультивибратором, собранным на эле­ментах DD3.1 и DD3.2. В момент генерации импульса (он может быть вы­зван, например, кратковременным замыканием кнопки Пуск) (см. рис. 68) триггеры DD5 и все декады счетчика и делителя, за исключением DD13 и DD14, устанавливаются в 0. На входе 1 DD1.1 уровень логического 0, и им­пульсы измеряемой частоты на вход счетчика не проходят.

Рис. 67. Счетчик и кварцевый генератор частотомера

Рис. 68. Схема соединения блоков частотомера

По окончании импульса установки 0 на выходах делителя кварцевого ге­нератора появляются импульсы соответствующей частоты. Фронт первого им­пульса эталонной частоты, пройдя со входа Т БУ через формирователь на транзисторе VT8 (см. рис. 66) и триггере Шмитта DD1.3 и DD1.4 на входы С триггеров микросхемы DD5, устанавливают их в состояние 1, так как на вход D триггера DD5.1 поступает уровень логической 1 с инверсного выхода . DD5.2, а на вход DD5.2 — с резистора R29. На вход 1 DD1.1 проходит ло­гическая 1, и на счетчик начинают поступать импульсы измеряемой частоты. На вход D триггера DD5.1, с инверсного выхода DD5.2 поступает уровень логического 0, поэтому фронт второго импульса эталонной частоты устанав­ливает DD5.1 в 0 и на вход счетчика импульсы перестают поступать. Фронт импульса с инверсного выхода триггера DD5.1, формируемый в момент при­хода второго импульса эталонной частоты после дифференцирования цепочкой C9R21, поступает в виде импульса положительной полярности на вход эле­мента DD2.1. Этот элемент совместно с транзистором VT9 образует ждущий мультивибратор, определяющий время индикации измеряемой частоты. При по­ступлении импульса запуска на входы 9 и 10 DD2.1 этот элемент включает­ся, спад с его выхода через конденсатор С8 поступает на базу транзистора VT9 и закрывает его. Конденсатор С8 перезаряжается через резистор R17 и один из резисторов R37 — R40, выбранный переключателем SA2 Время инди­кации. В момент, когда напряжение на левой обкладке конденсатора С8 до­стигает порога отпирания VT9, последний включается, элемент DD2.1 выклю­чается, его выходной сигнал после инвертирования элементом DD2.2 и диф­ференцирования цепочкой C10R23R24 запускает ждущий мультивибратор DD3.1, DD3.2 и процесс измерения повторяется.

Если переключатель SA2 находится в положении оо, транзистор VT9 не включается, поэтому для каждого измерения необходимо нажать кнопку Пуск (см. рис. 68), а время индикации ограничено лишь временем включения при­бора.

В зависимости от положения переключателя SA4 зажигается одна из де­сятичных точек индикаторов счетчика (управляются секцией SA4.2). В самом нижнем по схеме положении SA4 (частота эталонных импульсов 0,1 Гц, вре­мя счета 10 с) зажигается вторая справа точка, индицируется частота в гер­цах с точностью до 0,1 Гц. В трех других положениях SA4, используемых для измерения частоты, положение десятичной точки соответствует измерению в килогерцах (точность 0,001, 0,01, 0,1 кГц).

Предельная частота работы счетчика на интегральных микросхемах К155ИЕ2 — около 20 МГц, поэтому для измерения более высоких частот ис­пользован высокочастотный делитель СТ10 на микросхемах серии К500.

Схема делителя приведена на рис. 69. Входной сигнал через резистор R41 и конденсатор С23 подается на один из входов дифференциального усилите­ля-ограничителя DD27.1. Второй вход усилителя-ограничителя соединен с об­щим проводом через конденсатор С25. С резистора iR47, являющегося нагруз­кой усилителя, выходной сигнал подается на триггер Шмитта, собранный на элементе DD27.2 и резисторах R48-R51.

Усилитель и триггер Шмитта обеспечивают формирование прямоугольных импульсов из входного сигнала на частотах до 180 МГц.

Выходной сигнал формирователя подается на триггер DD28.1, делящий частоту на два. Его выходной сигнал управляет делителем частоты на пять, собранным на D-триггерах DD28.2, DD29.1, DD29.2. Делитель построен по принципу сдвигающего регистра с перекрестными связями. Для уменьшения ко­эффициента пересчета с шести до пяти прямой выход триггера DD29.1 и ин­версный DD29.2 объединены и образуют так называемый «проводной эле­мент ИЛИ». Объединение выходов элементов серии К500 для образования функции ИЛИ возможно потому, что выходами элементов являются ненагру-женные эмиттерные повторители. В силу этой же их особенности каждый ис­пользуемый выход должен быть нагружен на резистор.