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

Конструктивно цифровая шкала выполнена на двух двусторонних печат­ных платах размером 85Xil30 мм из стеклотекстолита толщиной 1 мм.

На печатной плате с реверсивным счетчиком и сдвигающим регистром рас­положен также кварцевый генератор на ИС DD14. Платы соединены между собой четырьмя стойками высотой 22 мм. Выводы индикатора HG1 впаяны непосредственно в отверстия первой печатной платы, а сам индикатор уста­новлен в промежутке между печатными платами. Вся конструкция помещена в алюминиевый корпус с габаритными размерами 33x135x90 мм. Верхняя и нижняя стенки корпуса имеют вентиляционные отверстия. Передняя стенка корпуса изготовлена из зеленого органического стекла.

К трансиверу шкала подключается через разъем РШ5-15ГВ, установлен­ный на задней стенке корпуса. Для питания шкалы необходимы переменные напряжения 30 В 5 мА, 2,4 В 35 мА и стабилизированное постоянное напря­жения 5 В 1 А. Обмотки трансформатора 30 В и 2,4 В должны быть изолиро­ваны между собой и от других цепей.

Напряжения измеряемых частот Fl, F2, F3 могут находиться в пределах 0,2 — 5 В.

Частота кварцевого генератора может быть кратной 100 кГц в пределах от 100 кГц до 1 МГц, 1,2 или 1,6 МГц. Для получения на выходе делителя частоты 100 кГц следует использовать микросхемы К155ИЕ2, К155ИЕ4 или К.155ИЕ5 в режиме соответствующего коэффициента деления частоты, соединив выводы ИС в соответствии с табл. 2.

Если в трансивере производится вычитание только одной частоты, вы­ход 12 DD9.2 следует подключить к дополнительному входу DD10.3, в каче­стве которого необходимо установить трехвходовой элемент И — НЕ, а выходы 1 и 2 DD11.4 объединить. При таком изменении частота F2 всегда будет по­даваться только на вход сложения.

При использовании шкалы в радиовещательном приемнике .вместо уста­новки реверсивного счетчика перед началом счета в 0 необходима запись в счетчик числа, соответствующего промежуточной частоте. Если в приемнике один гетеродин, частота которого всегда выше принимаемой, а промежуточ­ная частота 465 кГц, в счетчик необходимо записать число 99 535 кГц. В этом случае при подаче сигнала с частотой гетеродина на вход F1 будет проис­ходить переполнение счетчика и на HG1 будет индицироваться частота приема.

Для предварительной записи в счетчик некоторого числа к общему про­воду необходимо подключать только часть входов Dl — D8 микросхем счет­чика. При промежуточной частоте 465 кГц необходимо записать число 99 535 кГц, для чего у ИС DD20 и DD19 соединить с общим проводом входы D2 и D4 (запись числа 9), у DD18 и DD16 — входы D2 и D8 (число 5), у DD17 — входы D4 и D8 (число 3), у DD15 — все входы D (число 0).

Поскольку при одном гетеродине входы F2 и F3 не нужны, элементы усилителей-ограничителей этих каналов можно не устанавливать, а выводы 1 и 5 DD9 соединить с общим проводом.

При отсутствии микросхемы К514ИД1 вместо нее можно использовать К514ИД2, включив транзисторы матриц VT11 и VT12 аналогично транзисто­рам VT13 и VT14, дополнительно установив между базами транзисторов и выходами микросхемы К514ИД2 резисторы с сопротивлением 1,5 кОм.

Интегральные микросхемы серии К155 можно заменить аналогичными ИС серии К133, ИС К131ТМ2 на К130ТМ2. В усилителях-ограничителях транзи­сторы КТ316А можно заменить на КТ316 с любыми буквенными индексами или другими импульсными транзисторами с временем рассасывания не более

15 не, диоды КД503А — любыми кремниевыми диодами. В качестве VDJ мож­но использовать любые диоды с рабочим напряжением не менее 50 В, в ка­честве VD2 любой стабилитрон на 6 — 10 В.

Индикатор ИВ-31 можно заменить на ИВ-18, увеличив напряжение на­кала до 5 В, или шестью любыми одноместными вакуумными люминесцент­ными индикаторами, установив соответствующее напряжение питания.

Рнс. 79. Схема устройства динамической индика­ции с использованием мультиплексеров

Транзисторные матрицы КТС622А можно заменить любы­ми кремниевыми р — n — р-транзи-сторами с допустимым напряже­нием коллектор — эмиттер не ме­нее 40 В.

При отсутствии ошибок в ис­правных деталях в шкале при на­стройке необходимо лишь устано­вить точно частоту кварцевого ге­нератора подбором емкости кон- денсаторов С14 и С15. Если даже при замене С15 перемычкой часто­ту генератора не удается снизить до необходимой, можно на место» С15 установить дроссель с индук­тивностью 5 — 20 мкГн.

На рис. 79 приведен вариант-схемы динамической индикации с использованием мультиплексеров КЦ55КП7. В этом случае сдвигаю­щий регистр заменяют статиче­ским регистром на микросхемах К155ТМ5 или К155ТМ7, можно сохранить К155ИР1. Вместо сдви­га используется опрос содержимо­го регистра памяти мультиплексерами DD27 — DD30. Микросхема DD8 и элемент-DD10.1 при этом не нужны, вход 5 DD12 надо оставить свободным.

Устройство динамической индикации с использованием мультиплексеров-. сложнее устройства со сдвигающим регистром, если необходим промежуточный-регистр хранения информации. Если же такой регистр не требуется, например-при индикации показаний электронных часов, схема с мультиплексерами тре­бует меньшего количества ИС. Поэтому в случае объединения цифровой шка- -лы и электронных часов, собранных, например, по схеме рис. 40, можно per комендовать схему динамической индикации с использованием мультиплексе­ров. В этом случае в качестве DD27 — DD30 (см. рис. 79) необходимо уста­новить мультиплексеры К156КП1, в качестве DD13 — дешифратор К.155ИДЗ,. включив дополнительно между его выходами и базами двенадцати ключевых транзисторов резисторы сопротивлением 1,5 кОм. Счетчик DD7 должен рабо­тать в режиме деления на 12. Индикация должна осуществляться на двух. индикаторах ИВ-21 или ИВ-18, аноды которых объединены. Между выхода­ми интегральных микросхем часов и входами мультиплексеров установки ре­гистра памяти не требуется.

При использовании в качестве DD27 — DD30 интегральных микросхем К155КП1 или К155КП5, имеющих только инверсные выходы, необходимо меж­ду их выходами и входами DD12 включить инверторы, например одну микро­схему К155ЛАЗ.

Фронты импульсов на выходах интегральных микросхем серии К155 име­ют малую длительность, что является источником заметных помех во входном тракте трансивера или радиоприемника. Для исключения помех все цепи пи­тания целесообразно вводить в корпус шкалы через Г-образные Z-C-фильтры с использованием дросселей на 20 — 100 мкГн и проходных конденсаторов ем­костью 4700 пФ, необходим также хороший электрический контакт между кор­пусами шкалы и прибора, в который она встроена.

Знакогенератор радиолюбительского дисплея

Современные цифровые вычислительные машины (ЦВМ) обычно снаб-жаютея устройствами, внешне напоминающими одновременно телевизор и пи­шущую машинку. Это так называемые дисплеи. Дисплеи позволяют опера­тивно осуществлять взаимодействие человека и ЦВМ.

В режиме вывода на экране дисплея может отображаться буквенная, циф­ровая, графическая информация, генерируемая ЦВМ. В режиме ввода опе­ратор с помощью специального светового пера и клавиатуры может вводить в любое место экрана (а следовательно, и в память ЦВМ) разнообразную ин­формацию, например различные буквы и цифры, линии, графические элементы,, поворачивать их, передвигать по экрану, стирать. Таким образом, оператор может начертить на экране электрическую схему или чертеж. После того как чертеж спроектированного устройства сформирован, он может быть проанали­зирован машиной, в результате чего на экран дисплея будут выведены пара­метры устройства. Если эти параметры удовлетворяют исходным требова­ниям, оператор с того же дисплея может дать команду на вывод комплекта, чертежей и на выпуск перфолент для станков с числовым программным уп­равлением.

Дисплей, как устройство отображения разнообразной информации, может использоваться в универсальном измерительном приборе, включающем осцилло­граф, генератор качающейся частоты, характериограф, цифровой частотемер, цифровой вольтомметр и др. Очень интересным может быть применение дисплея в трансивере радиолюбителя-коротковолновика. Дисплей в этом случае мо­жет содержать панорамную приставку, S-метр, индикатор расстройки, циф­ровую шкалу, часы, индикатор ориентации антенны.

Принципы отображения осциллограмм, частотных характеристик, харак­теристик полупроводниковых приборов и ламп на экране осциллоЕрафической трубки хорошо известны. Для индикации знаков в настоящее время исполь­зуются два основных метода: растровый и нерастровый (функциональный). В первом случае на экране формируется растр, а различные элементы изобра­жения создаются управлением яркостью луча, как и в обычном телевизоре. Этот метод наиболее универсален, но требует применения большого объема­быстродействующей памяти.

При нерастровом методе луч последовательно вычерчивает отображаемые-элементы. Если эти элементы имеют произвольную конфигурацию, второй ме­тод не проще первого. В случае же отображения только одних цифр схема управления лучом получается достаточно простой и может быть выполнена в радиолюбительских условиях.

Для получения на экране цифр можно заставить луч обегать последсва­тельно по контурам расположенные рядом семисегментные матрицы — стили­зованные цифры 8. Тогда, «подсвечивая» определенные участки контуров, мож­но сформировать все арабские цифры и даже некоторые буквы. Поэтому блок формирования цифр, часто называемый знакогенератором, кроме генератора напряжения развертки, должен содержать устройство, определяющее, нужно или нет «подсвечивать» обегаемый в данный момент очередной элемент. Для этого коды, поступающие, например, от счетчиков, поочередно подают на пре­образователь двоично-десятичного кода (обычно 1 — 2 — 4 — 8) в код семисегмент-ного индикатора. Выходы преобразователя кода поочередно, синхронно с про­хождением луча по сегментам, управляют его включением и выключением.

Для поочередного подключения входов преобразователя кода к выходам счетчиков можно использовать мультиплексер или (так же как и в устрой­ствах динамической индикации) замкнутый в кольцо сдвигающий регистр.

Для того чтобы кроме цифр можно было индицировать на экране и другую ин­формацию, необходимо входы усилителей X, Y, Z дисплея через аналоговые коммута­торы подключать как к формирователям цифр, так и к нецифровым измерите­лям.

Рис. 80. Порядок обхода сегментов ма­трицы

Рис. 81. Временные диаграммы напря­жения в различных точках знакогене­ратора

Описываемый знакогенератор позволяет индицировать на экране осцилло-графической трубки 16 десятичных цифр. Порядок обхода лучом сегментов матрицы и эпюры управляющих движением луча сигналов показаны на рис. 80 и 81. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 82.

Импульсы с частотой 10 кГц с выхода промежуточного делителя цифро­вой шкалы генератора поступают на 8-разрядный двоичный счетчик, собран­ный на микросхемах DD8 и DD5. Первые три разряда счетчика (выводы 12, 9, 8 микросхемы DD8) управляют логическими элементами DD11, DD10.2, DD10.3, DD12, DD13. Входы этих элементов подключены к выходам счетчика непосредственно и через инверторы DD6.5, DD6.6, DD10.1.

Рис. 82. Схема знакогенератора радиолюбительского дисплея

На выходах 8 микросхем DD11, DD12, DD13 и 6 элемента DD10.3 фор­мируются импульсы в соответствии с диаграммами, приведенными на рис. 81. Эти импульсы через резисторы R7, R8, R9, R10 поступают на входы интегра­торов, выполненных на транзисторах VT2 и VT3. Глубокая частотно-зависимая отрицательная обратная связь через конденсаторы С4 и С9 переводит обычные усилители с общим эмиттером в режим интеграторов. Обратная связь ло постоянному току через резисторы R11, R12, R16, R17 стабилизирует рабочие точки интеграторов, а резисторы R13 и R18 предотвращают их самовозбужде­ние.

Выход интегратора канала X через резистор R20 подключен ко входу сум­матора на транзисторе VT4. На этот же вход через резисторы Rl — R4 пода­ются сигналы с 4 — 7-го разрядов счетчика (выводы 11 DD8 и 12, 9, 8 DD5), и на выходе сумматора (коллекторе транзистора VT4) формируется спадаю­щее ступенчатое напряжение, каждая из 16 ступенек которого имеет вид, по-жазанный на рис. 81,е. На рис. 81,в показана форма сигнала на выходе инте­гратора У (коллекторе транзистора VT2). В результате действия этих сигна­лов луч последовательно справа налево пробегает на экране по сегментам 16 матриц. Вначале погашенный луч проходит сегмент g (см. рис. 80), затем снова проходит тот же путь, будучи включен или выключен, после чего про­ходит последовательно сегменты f, а, b, с, d, e. Такой порядок движения лу­ча снижает требования к полосе пропускания усилителей отклонения и улуч-аиает качество начертания цифр, имеющих справа вертикальную линию из двух сегментов, особенно 1 и 7, так как эти сегменты чертятся без разрыва.

Наклон цифр достигается подачей на выход сумматора X сигнала с вы­хода интегратора Y через резистор R19.

Для последовательного опроса источников кода 16 индицируемых цифр использованы мультиплексеры DD1 — D.D4. Адресные входы мультиплексеров подключены к выходам 4 — 7-го разрядов счетчика. В результате на выходе инвертора DD6.1 поочередно формируются сигналы со входов DD1, подклю-чаем-ых к младшим разрядам соответствующих источников входных кодов. Коды других трех разрядов формируются на выходах инверторов DD6.2, DD6.3, DD6.4, входы которых подключены к выходам DD2 — DD4 (эти ИС на фис. 82 не показаны). Их входы DO — D15 подключают к соответствующим раз­рядам источников входного кода, входы 1, 2, 4, 8 — к выходам DDL

Двоично-десятичные коды индицируемых цифр поочередно подаются на входы DD7, преобразующей коды цифр в сигналы управления семисегментным индикатором. Сигналы с выходов DD7 с помощью мультиплексера DD9 син­хронно с прохождением луча по соответствующим сегментам подаются на базу транзистора VT1, коллектор которого через конденсатор подключен к катоду электронно-лучевой трубки (канал Z). В результате на экране фор­мируется изображение цифр, коды которых поступили на входы DD1 — DD4. Если входы, соответствующие какой-либо цифре, не подключены к источни­ку кода, что эквивалентно логической 1 во всех разрядах входного кода, в момент прохождения луча по контуру этой цифры на всех выходах DD7 бу- . дут уровни логической 1, транзистор VT1 выключится, луч погаснет и этой щифры на экране не будет. Это позволяет сформировать необходимые после­довательности знаков, разделенные интервалами.

Сигнал с выхода И интегральной микросхемы DD5 может использовать­ся для управления коммутатором (см. с. 70).

Микросхемы серии К155, использованные в устройстве формирования «цифр, можно заменить аналогичными ИС серии К133. Транзисторы VT2 и VT3 должны иметь h_{21 э} не менее 100.

При сборке устройства резисторы, помеченные на рис. 82 звездочкой, и кодценсаторы С2 и СЗ не устанавливают. Конденсаторы С6 и С7 располага­ющ в противоположных углах монтажной платы.

Налаживание начинают с проверки работы счетчика — на каждом из по-слеДующих выводов 12, 9, 8, 11 интегральной микросхемы DD8 и 12, 9, 8, И интегральной микросхемы DD5 частота должна уменьшаться вдвое по сравне­нию с предыдущим. Форма сигналов на выводах 5 DD11 — DD13 и 6 DD10 должна соответствовать показанной на рис. 81.

Подбирая резисторы Rll, R12, R16, R17, устанавливают постоянное на­пряжение на коллекторах транзисторов VT2 и VT3 в пределах 2,4 — 2,6 В. При этом номинальные значения резисторов R11 и R12, R16 и R17 должны разли­чаться между собой не более чем в 1,5 раза.

Установив конденсаторы С2 и СЗ, проверяют по осциллографу соответ­ствие формы напряжения на коллекторах транзисторов VT2 и VT3 приведенной на рис. 81 (на коллекторе транзистора VT3 оно должно быть инверсно). Если размах напряжения от пика до пика выходит за пределы 1,5 — 2,5 В, сле­дует подобрать конденсаторы С4 и С9. Небольшой наклон плоской части им­пульсов роли не играет.

Подключив вместо постоянного резистора R22 переменный, устанавлива­ют постоянную составляющую напряжения на коллекторе транзистора VT4 в пределах 2,4 — 2,6 В. Подключают выходы X и Y ко входам соответствущих усилителей отклонения дисплея или осциллографа, в результате чего на экране должно возникнуть изображение цифры 8. Установив необходимые раз­меры цифры изменением коэффициента усиления каналов, впаивают резистор R4, при этом на экране должно появиться две цифры. Подбором резистора R4 устанавливают расстояние между цифрами примерно равным ширине циф­ры. Затем впаивают последовательно резисторы R3, R2, R1. При этом на экра­не формируется соответственно 4, 8 и 16 цифр. Подбором резисторов R1 и R2 можно сформировать на экране группы цифр — две группы по 8 цифр, четыре группы по 4 и т. д. Вместе с использованием возможности гашения отдельных цифр это позволяет получить разнообразные сочетания знаков.

В процессе подбора резисторов Rl — R4 постоянное напряжение на коллек­торе транзистора VT4 следует корректировать регулировкой резистора R22. После настройки его заменяют постоянным.

Наклон цифр устанавливают подбором резистора R19.

Подключив выход 2 к модулятору электронно-лучевого индикатора и под­ведя ко входам мультиплексеров соответствующие коды, проверяют работу устройства в целом.

При указанном на рис. 82 порядке подключения входов мультиплексеров к статическому регистру памяти цифровой шкалы на ИС К155ТМ5 (рис. 76) и к счетчикам электронных часов на экране дисплея будут сформированы строка из трех групп по две цифры (часы, минуты и секунды) и группа из шести цифр (частота работы трансивера).