Схема счетчика импульсов с индикацией: Схема счетчика импульсов с индикацией

Счетчик реализован на двух микросхемах: микроконтроллере PIC16F84A, дешифраторе К555ИД7, блоке светодиодов АЛС318А и на трех мембранных кнопках установки.

После включения счетчика и обнуления рабочих регистров начинается индикация первого разряда. Индикация всех разрядов идентична и состоит из загрузки в рабочий регистр значения регистра индикации, установки в выходные регистры портов значений сегментов и разрядов и временной задержки длительностью около 3 мс. Но в нулевом и первом разрядах происходит еще сравнение и проверка нажатых кнопок установки.

После индикации нулевого разряда проверяется флаг установки. Если установка не производится, процессор начинает сравнение всех разрядов индикации с нулем. Если все разряды индикации нулевые (счет еще не начинался или после обнуления), звуковая сигнализация не производится и процессор идет выполнять выдержку времени, равную 3 мс.

После индикации первого разряда производится проверка нажатых кнопок установки. Если установка уже производится, флаг установки включен, запрещаются все прерывания (запрет счета). Проверяется кнопка выбора разряда. Если кнопка нажата, регистр выбора разряда инкрементируется. Аналогично проверяется кнопка установки и, если она нажата, прибавляется единица в выбранный разряд. Далее проверяется состояние кнопки выбора разряда. Если кнопка нажата, то не имеет значения за индикатором разряд или нет, все равно установка продолжится в следующих циклах. Поэтому, проверив кнопку обнуления, программа перейдет к отработке выдержки времени.

Если флаг установки нулевой (установки нет), то разрешаются прерывания, проверяется нажатие кнопки обнуления и отрабатывается выдержка времени для первого разряда. После окончания выдержки времени седьмого разряда производится индикация нулевого разряда и весь цикл повторяется.

Выходы микроконтроллера DD2 RB1—RB13 используются для вывода значений сегментов индикатора. Выходы RAO—RA2 выдают значения разрядов в двоично-десятичном коде на дешифратор DD1. Выход RA4 включает зуммер НСМ1206х. На выход RB0 подаются счетные импульсы. Срабатывание счетчика происходит по перепаду из высокого в низкий уровень ТТЛ. Это удобно для подключения герконового или контактного датчика оборотов. Вход зашунтирован резисторами R11, R12 и конденсаторами С6, С7 для уменьшения влияния импульсов коммутации светодиодов. Такое же назначение имеют и конденсаторы СЗ, С4. Если счетчик будет использоваться с малым уровнем помех по питанию или как цифровая шкала, то резисторы R11, R12 можно не устанавливать.

Работать с устройством очень просто. После включения напряжения на индикаторе высвечиваются нули, а нулевой разряд будет мигать. Кнопкой «Разряд» выбирается необходимый разряд для установки значения количества витков. Кнопкой «Установка» набирается необходимое число в данном разряде. Скорость перемещения мигающего разряда и установка осуществляются с частотой около одного герца. Если числа набраны неверно, можно сбросить все показания, нажав кнопку «Обнуление».

Проверить работоспособность устройства можно, если подключить вход IN к выводу 1 (RA2) микроконтроллера. Перейти в режим установки можно после обнуления показаний индикатора и смещения мигающего разряда в зону индикатора. При обнулении индикатора установочные значения не обнуляются, То есть если вам необходимо намотать одинаковое количество витков несколько раз, то делать установку не надо.

Необходимо отметить, что совпадение и звуковая сигнализация происходят только на частоте до 150 Гц. На большей частоте подпрограмма сравнения не успевает отслеживать изменения в разрядах индикации. Увеличения частоты сравнения и счета в 2,5 раза можно добиться применением микроконтроллера с тактовой частотой 10 МГц (PIC16F84A-10I/P). При этом если необходима предварительная установка, потребуется увеличение разрядности счетчика установки (ведь частота установки тоже увеличится в 2,5 раза).

Потребляемый ток при напряжении питания 5 В составляет 30 мА. Если вы будете использовать это устройство как цифровую шкалу с питанием от гальванических элементов, то потребляемый ток при напряжении питания 3 В составит 10 мА.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

• Назад
• Вперед

Счетчик импульсов с динамической индикацией

РАДИОЛЮБИТЕЛЮ-КОНСТРУКТОРУ

А.

СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ С ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИЕЙ

В последнее время цифровые счетчики импульсов по­лучили широкое распространение при конструировании цифровых измерительных приборов, дисплеев, электронных часов, электронных игр и т. д.

Предлагаемое устройство представляет собой 4-разряд­ный счетчик импульсов по методу динамической индика­ции, когда один и тот же дешифратор с транзисторными ключами используется для дешифрации состояний четырех декадных счетчиков и для управления четырьмя газораз­рядными лампами. Подробно о методах динамической ин­дикации можно прочитать в [31].

Если же собирать дешифратор с использованием отдель­ных транзисторов, то данное устройство даст существенный выигрыш в количестве используемых элементов. Оно удобно в том случае, когда индикаторные лампы должны на­ходиться на удалении от самого устройства: в этом случае за счет использования динамической индикации сократит­ся число жил в соединительном кабеле. На рис. 1, 2 показа­ла принципиальная схема счетчика.

На микросхемах Dl — D4 собраны декадные счетчики, соединенные последовательно друг с другом. Микросхема {(155ИЕ2 состоит из триггера со счетным входом С1 и счет­чика с коэффициентом пересчета 5 со входом С2. Если вы­ход триггера соединить со входом счетчика (т. е. соединить выводы 12 и 1 микросхемы), получится последовательный двоично-десятичный счетчик, работающий в коде 1 — 2 — 4 — 8. Здесь цифры обозначают «вес» каждого выхода; допус­тим, если на выходах счетчика 1, 2, 4 и 8 имеются соответ­ственно логические уровни 1 1 1 0, то в счетчике записано число «7» (1X1 + 1X2 + 1X4 + 0X8 = 7). Вре­менная диаграмма работы такого счетчика показана на рис. 3. Триггеры счетчиков устанавливают в состояние «0», од­новременно подавая положительные импульсы на входы R0. Полярность входных счетных импульсов, подаваемых на входы С1 и С2, — положительная. Триггеры переклю­чаются спадом входных импульсов. Максимальная частота импульсов, подаваемых на вход счетчика, составляет 10 МГц. Выходное сопротивление устройства, к которому может быть подключен вход 4-разрядного счетчика, долж­но быть не более 2 кОм. Уровень логической 1 в импульсе должен быть не менее 2,4 В, логического 0 — не более 0,4 В. Импульсы должны иметь крутые фронты. Получить такие импульсы из сигналов произвольной формы можно с помощью формирователей, описанных, например, в [2].

На микросхеме D10 собран генератор тактовых импуль­сов, частота следования которых составляет 2 — 3 кГц. Эти импульсы поступают на счетчик с коэффициентом пере­счета 4, собранный на двух D-триггерах микросхемы D11. D-триггер работает следующим образом: после при­хода синхронизирующего импульса на вход С на выходе триггера устанавливается такой логический уровень, ко­торый был на входе D до прихода импульса. Если вход D соединить с инверсным выходом этого же триггера, то со­стояние триггера будет меняться на противоположное после прихода каждого очередного импульса на вход С, т. е. триггер будет работать в счетном режиме. Соединив два таких счетных триггера последовательно, получим счетчик с ко­эффициентом пересчета 4. Дешифратор состояний этого счетчика выполнен на микросхемах D12, D13. Во время работы генератора тактовых импульсов на выходах логи­ческих элементов D12.2, D12A, D13.2, D13A появляется последовательно логическая 1. Работа генератора на микро­схеме D10, счетчика на микросхеме D11 и дешифратора на микросхемах D12, D13 поясняется рис. 4.

Микросхемы D5 — D8 представляют собой логические элементы 2 — 2 — 2 — ЗИ — 4ИЛИ — НЕ. Это означает, что ес­ли логические 1 имеются на всех входах хотя бы одного из элементов И (например, на выводах 9, 10), то на выходе микросхемы будет низкий логический уровень. Подключе­нием к выходам микросхем инверторов D9A — D9A и объе­динением выводов 5, 6 в каждой из микросхем D5 — D8 логическая операция 2 — 2 — 2 — 2И — 4ИЛИ — НЕ сведена к операции 2 — 2 — 2 — 2И — 4ИЛИ, т. е. если хотя бы на одной паре входов одного из четырех элементов И есть две логи­ческие 1, то на выходе микросхемы также будет логическая 1. Более подробно об этом можно прочитать в [5].

Выходы инверторов D9.1 — D9A подключены ко входам микросхемы D14. Она содержит дешифратор, преобразу­ющий двоичный код в десятичный, и высоковольтные тран­зисторные ключи, управляющие зажиганием цифр газо­разрядных индикаторов HI — Н4.

Выход логического элемента D12.2 соединен со входами логических элементов И (выводы 10) каждой из микросхем D5 — D8. Ко вторым входам этих логических элементов (выводы 9) подключены выходы микросхемы D1. Когда на выходе D12.2 имеется логическая 1, логические уровни на выходах элементов D9A, D9.2, D9.3, D9A повторяют соот­ветственно логические уровни на выходах 1, 2, 4, 8 микро­схемы D1, т. е. происходит считывание информации, запи­санной в счетчике D1. Когда логическая 1 имеется на выхо­де элемента D12.4, информация считывается из счетчика D2 и т. д. Таким образом, за время выработки генератором четырех тактовых импульсов на входы дешифратора D14 поочередно поступает информация о состоянии счетчиков Dl, D2, D3, D4.

Рис. 1. Принципиальная схема счетчика

Рис. 2. Схема включения индикаторов

Рис. 3. Временные эпюры напряжений одного двоично-деся­тичного счетчика

Рис. 4. Эпюры напряжений устройства

Рис. 5. Принципиальная схема блока питания

Когда логическая 1 имеется на выходе логического эле­мента D12.2, то транзистор А1Л закрыт, а А1.2 — АН открыты, на анодах ламп Н2 — Н4 низкий потенциал, и они не светятся; светится только одна из цифр лампы HI, При поступлении следующего импульса с генератора так­товых импульсов оказывается закрытым только транзис­тор А1.2, поэтому под напряжением находится только лам­па Н2, и т. д. при поступлении следующих импульсов. Таким образом, лампа HI индицирует состояние счетчика Dl, h3 — D2, h4 — D3 и h5 — D4. Так как частота так­товых импульсов достаточно велика, создается впечатле­ние непрерывной работы каждой газоразрядной лампы.

Источник питания для 4-разрядного счетчика можно собрать по схеме, приведенной на рис. 5. Дроссели L1, L2 и конденсаторы СЗ, Сообразуют фильтр, уменьшающий проникновение помех из сети и устраняющий возможные сбои в работе счетчика. Газоразрядные индикаторы пита­ются от отдельной обмотки трансформатора 77 в целях обес­печения безопасности при работе с устройством.

Устройство собрано на плате из гетинакса размерами 112 X 95 мм. Здесь расположены только те элементы, которые обозначены на рис. 1. Все соединения выполнены проводами. Конденсаторы C1, C2 КМ-6, КЛС. МБМ и др.; С5, С6 К50-3, К50-6, ЭГЦ и др.; СЗ, С4 БМ-2, МБМ, БМТ-2 на номинальное напряжение 400 В, Диод VI можно заменить на Д7Ж, Д205, КД202К — КД202Р. Вместо диодов V2 — V5 можно применять любые полупроводни­ковые диоды, у которых прямой ток допускается не ме-Lee0,2 А. Транзистор V6 можно заменить на КТ807, КТ603, П701. В устройстве могут быть использованы аналогичные микросхемы серии К133, имеющие такую же нумерацию Кхех выводов. Вместо микросхем D5 — D8, D9, D10, D12, Q13 могут быть использованы аналоги из серий К131, К158, имеющие такую же нумерацию выводов. Вместо микросбор­ки транзисторов А1 можно применить транзисторы типа КТ605А. В качестве ламп HI — Н4 можно использовать (индикаторы ИН-1, ИН-8, ИН-12Б и ИН-18.

Трансформатор Т1 намотан на магнитопроводе [U20X25. Обмотка I содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,14, обмотка II — 2000 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка III — 80 витков провода ПЭВ-1 0,41. Дроссели Др1, Др2 намотаны на ферритовых кольцах М2000НМ (типоразмер К17Х8Х5) и имеют по 200 витков провода ПЭВ-1 0,31. Возможно также использование сердечников от малогабаритных трансформаторов для транзисторных приемников.

Если все детали исправны и монтаж выполнен без оши­бок, устройство начинает работать сразу. В этом случае настройка его сводится к подбору резисторов R4 — R7 таким образом, чтобы сила тока через анод каждой из ламп составляла 1 — 1,5 мА.

Для надежной работы необходимо, чтобы длина провод­ника, через который поступают импульсы на вход счетчика, не превышала 0,2 — 0,3 мм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев С. Применение микросхем серии К155. — Радио, 1977, № 10, с. 39 — 41.

2. Алексеев С. Формирователи импульсов на микросхемах. — Радио, 1978, № 10, с. 33, 34. 3. Бирюков С. Динамическая индикация. — Радио, 1979, № 12, с. 26,

4. Бирюков С. Счетчики на микросхемах. — Радио, 1976, № 2, с. 42 — 44; № 3, с. 36, 37.

5. Кальнин Б. Логические основы ЭВМ. — Радио, 1979, № 5, с. 30 — 32.

6. Микросхемы серии К155. Справочный листок. — Радио, 1977, № 9, c. 57, 58.

7. Справочник по интегральным микросхемам / Под общей ред. Б. В. Тарабрина. — М., Энергия, 1980.

8. Шамис В., Власенко В. Устройство динамической индикации. — радио, 1978, № 1, с. 44.

24.2.2

ББК 32.884.19

В80

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 75/ Сост. А. В. Дьяков. — М. : ДОСААФ, 1981. — 64 с, ил.

25 к.

Приведены описания конструкций, принципиальные схемы и методика расчета их некоторых узлов. Учтены интересы начинающих и квалифицированных радиолюбителей.

Для широкого круга радиолюбителей.

30402 — 091

В————85-81 2402020000

072(02) — 81

ББК 32.884.19 24.2.2

В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ

Выпуск 75

Составитель Андрей Васильевич Дьяков

Рецензент В. К. Семичастнов

Редактор М. Е. Орехова.

Художественный редактор Т. А. Хитрова.

Технический редактор В. Н. Кошелева.

Корректор Т. В. Титова.

Мл. редактор О. Н. Филина

ИБ № 1026

Сдано в набор И.05.81. Подписано в печать 14.09.81. Г-44789. Формат 84Х108 1/32 Бумага типографская № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 3,36. Уч.-изд. л 3,22. Тираж 600 000 экз. (I завод: 1 — 200 000 экз.) Зак. 519. Цена 25 к. Изд. № 2/а-93.

Ордена «Знак Почета» Издательство ДОСААФ СССР. 129110, Москва, И-110, Олимпийский просп., д. 22

Отпечатано с матриц Головного предприятия на Киевской книжной фабрике 252054, Киев, Воровского, 24.

OCR Pirat

Электронные счетчики и многофункциональные индикаторы

Счётчики-индикаторы импульсов/инкрементных импульсов, с масштабируемыми счётными каналами, с релейными выходами, с функциями умножителя, мультипликатора и делителя частоты, тахометра и реле времени, с памятью текущих значений…

DX350: touchMATRIX графический дисплей (HTL)

Мультифункциональный прибор с различными режимами работы: счётчик, тахометр, регистратор пройденного времени и реле времени. Представлен с сенсорным дисплеем и 3-х цветной подсветкой для работы с инкрементными энкодерами и другими датчиками.

• Импульсный вход в форматах A, B, 90° [HTL], также возможен и однополосный
• HTL-входы для трансмиттеров/датчиков с NPN/ PNP или NAMUR-коммутационными характеристиками
• Входная частота до 250 kHz
• 3 входа управления для сигналов HTL / PNP
• Напряжение питания 18 … 30 VDC
• Дополнительный выход 24 VDC для питания датчиков
• Нормированный размер корпуса 96 x 48 mm и класс защиты IP65
• Яркий и контрастный дисплей из зависимым от событий цветовым исполнением
• Эмуляция 7-сегментного индикатора с распространенными символами и общепринятыми единицами измерения
• Интуитивная и простая параметризация с помощью обычного текста и сенсорного экрана
• Множество полезных функций, такие как масштабирование, фильтрация и программируемая задержка пусковых параметров
• Линеаризация с помощью 24 опорных точек

Опции c DX350:

• AC: напряжение питания 115…230 VAC
• AO: 16 bit аналоговый выход, 4 контрольных выхода, RS232
• AR: 16 bit аналоговый выход, 4 контрольных выхода, RS485
• CO: 4 контрольных выхода, RS232
• CR: 4 контрольных выхода, RS485
• RL: 2 релейных выхода
  Все опции могут свободно друг с другом комбинироваться

DX355: touchMATRIX графический дисплей (HTL / RS422)

DX355 является «High-End» вариантом исполнения с 2 инкрементальными входами датчиков HTL / RS422, а также входной частотой до 1 MHz и с переключающимся питанием датчиков 5 / 24 VDC. Все остальные функции как у модели DX350.

Опции c DX355:

• AC: напряжение питания 115…230 VAC
• AO: 16 bit аналоговый выход, 4 контрольных выхода, RS232
• AR: 16 bit аналоговый выход, 4 контрольных выхода, RS485
• CO: 4 контрольных выхода, RS232
• CR: 4 контрольных выхода, RS485
• RL: 2 релейных выхода
  Все опции могут свободно друг с другом комбинироваться

Документация:
Инструкция по эксплуатации: английский>>     немецкий>>
Технические данные: английский>>     немецкий>>

ZX 020: Миниатюрный счетчик-индикатор импульсов / инкрементальных сигналов

Универсальный в использовании, простой и недорогой счетчик импульсов (в т. ч. инкрементальных) в компактном корпусе с настраиваемой оценкой импульсов и фактического значение памяти, а также с многочисленными, программируемыми режимами работы, например счётчик событий, направления или счётчик суммы и разницы.

• Импульсные входы в форматах A, B, 90° [HTL]
• Статический вход Set/Reset
• Входная частота до 20 kHz
• Напряжение питания 24 VDC
• Нормированный размер корпуса 48 x 24 x 59 mm и класс защиты IP65
• 6-разрядная LED-индикация с высотой цифр 8 мм
• Диапазон индикации 199999 … 999999
• Частота импульсов 15 — 60 kHz, в зависимости от режима работы
• Программируемая функция счета — A и B (инкрементные сигналы) в качестве распознания направления, сумма A+B, разница A-B, положение A/B с фазовым сдвигом 90 градусов
• Возможность активации умножителя частоты импульсов (x2, x4), а также устанавливаемого мультипликатора и делителя 0.0001 — 99.9999
• Память текущего значения (10 лет)
• Простое параметрирование с помощью 2 кнопок на передней панели

Документация
Инструкция по эксплуатации: английский>>     немецкий>>
Технические данные: английский>>     немецкий>>

ZA330: 2-канальный универсальный дифференциальный счётчик с 8-разрядной LED-индикацией и аналоговым выходом

Устройства серий ZA / ZD разработаны для требовательных задач подсчётов. Эти обширные программируемые высокопроизводительные устройства позволяют производить прецизионную обработку входных сигналов с высокочастотного 2-канального входа до 1 MHz. Они имеют идентичные базовые функции, различия только в размерах корпусов, отображении информации и выходах.

ZA330 обладает 8-разрядной индикацией и аналоговым выходом для режимов по току или напряжению

• 2 отдельно масштабируемых счётных канала для сигналов инкрементных энкодеров в форматах A, /A, B, /B (HTL / TTL / RS422, 1-канальный, 2-канальный, для всех симметричных и асимметричных входных сигналов)
• Счет импульсов, дифференциальный счет A-B и суммирующий счет A+B между положениями двух инкрементных энкодеров, а также множество других полезных функций счёта
• 4 управляющих входа для PNP / NPN / Namur сигналов (10 … 30 VDC)
• Входная частота до 1 MHz
• Скалируемый 14 Bit аналоговый выход ±10 V или 0/4 … 20 mA
• 4 быстрых транзисторных выхода, Push-Pull, защита от короткого замыкания (5 … 30 VDC)
• 4 устанавливаемых граничных значения с высокоскоростными дискретными выходами (< 1 ms)
• Напряжение питания 24 VAC или 17 … 40 VDC
• 8-разрядная LED-индикация с высотой цифр 10 мм
• Диапазон индикации 199999 … 999999 при 8 разрядах индикации
• Последовательный интерфейс RS232
• Габаритные размеры 96 x 48 х 140 mm

Разновидности моделей счётчиков серий ZD / ZA 330 …644:
ZD330 (2-канальный универсальный дифференциальный счётчик с 8-разрядной индикацией): функциональность как у ZA330, но без аналогового выхода
ZA340 (2-канальный, 6-разрядная индикация, аналоговый выход): как и ZA330, но с 8-разрядной индикацией и 15 mm LED-дисплеем
ZD340 (2-канальный, 6-разрядная индикация): как и ZD330, но с 6-разрядным 15 mm LED-дисплеем

ZD630: 2-канальный универсальный счётчик с предустановками, 8-разрядная индикация, размер 96 x 96 mm.
Универсальные счётчики серий ZD/ZA 630-640 стандартно оснащены релейными выходами, размеры корпуса 96 x 96 x 140 mm. Функциональные возможности соответствуют в остальном модельному ряду ZD/ZA 330-340.

• 2 масштабируемые входа в форматах A, /A, B, /B (HTL / TTL / RS422, 1-канальный, 2-канальный, симметричный или асимметричный)
• 4 управляющих входа для PNP / NPN / Namur сигналов (10 … 30 VDC)
• Входная частота до 1 MHz
• 4 быстрых транзисторных выхода, Push-Pull, защита от короткого замыкания (5 … 30 VDC)
• 4 релейных выхода с свободными от потенциала переключающимися контактами

ZD632 (2-канальный с предустановками, 8-разрядная индикация, 2 переключателя разрядов): как и ZD630, но с 2 переключателя разрядов на фронтальной панели для задания предельно допустимых значений
ZD634 (2-канальный с предустановками, 8-разрядная индикация, 4 переключателя разрядов): как и ZD630, но с 4 переключателя разрядов на передней панели для задания предельно допустимых значений
ZD640 (2-канальный с предустановками, 6-разрядная индикация): как и ZD630, но с 6-разрядной индикацией и высотой символов 15 mm
ZD642 (2-канальный с предустановками, 6-разрядная индикация, 2 переключателя разрядов): как и ZD640, но с 6-разрядной индикацией и 2 переключателя разрядов на фронтальной панели для задания предельно допустимых значений
ZD644 (2-канальный с предустановками, 6-разрядная индикация, 4 переключателя разрядов): как и ZD640, но с 6-разрядной индикацией и 4 переключателя разрядов на передней панели для задания предельно допустимых значений
ZA630 (2-канальный с предустановками, 8-разрядная индикация, аналоговый выход): как и ZD630, но с масштабируемым аналоговым выходом
ZA632 (2-канальный с предустановками, 8-разрядная индикация, аналоговый выход, 2 переключателя разрядов): как и ZD632, но с аналоговым выходом
ZA634 (2-канальный с предустановками, 8-разрядная индикация, аналоговый выход, 4 переключателя разрядов): как и ZD634, но с скалируемым аналоговым выходом
ZА640 (2-канальный с предустановками, 6-разрядная индикация, аналоговый выход): как и ZA630, но с 6-разрядной индикацией и высотой символов 15 mm
ZA642 (2-канальный с предустановками, 6-разрядная индикация, аналоговый выход, 2 переключателя разрядов): как и ZA632, но с 6-разрядной индикацией и высотой символов 15 mm
ZA644 (2-канальный с предустановками, 6-разрядная индикация, аналоговый выход, 4 переключателя разрядов): как и ZA634, но с 6-разрядной индикацией и высотой символов 15 mm

— Улучшение схемы счетчика импульсов

Задавать вопрос

Спросил 7 лет, 11 месяцев назад

Изменено 7 лет, 11 месяцев назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

Я только начал изучать электротехнику в этом семестре, и в настоящее время я работаю над следующим счетчиком импульсов:

Схема в основном представляет собой источник питания, регулируемый до 5 В, маятник, действующий как переключатель, подключенный к часам счетчика.

У меня есть несколько проблем со схемой, и я хотел бы получить помощь или вдохновение для решения:

• Счетчик (U4) всегда начинается с 1 вместо 0, поэтому я должен использовать реализованную кнопку сброса каждый раз, когда я включаю цепь. Не серьезная проблема, но было бы здорово найти способ решить эту проблему. Я предполагаю, что это из-за небольшой задержки, когда конденсатор (C3) изначально «загружается» — делая инвертированный выход ВЫСОКИМ, а затем НИЗКИМ при включении схемы. Если это так, я не знаю, как это решить, сохранив схему шумоподавления.
• Я реализовал некоторую логику, чтобы 7-сегмент 2 (U7) изначально был выключен (когда он должен отображать 0) и включался только для 1-9. Это работает, как задумано, при моделировании схемы в MultiSim, но когда я реализую схему на макетной плате, это действует немного неожиданно.
  Первоначально он работает по назначению, но после того, как 7-seg 2 (U7) был включен один раз, он больше никогда не выключается и вместо этого отображает значение «0» при сбросе.

Буду признателен за любую помощь в решении вопросов!

РЕДАКТИРОВАТЬ: Решение проблемы путем попытки реализовать предложения Дэна: Добавлен еще один (чуть более медленный) фильтр нижних частот, подключенный к ~CLR-контакту счетчика, чтобы первоначально сбросить счетчик на 0, и заменена логика для контакта RBI U5 на заземление для решения проблем с отображением.

EDIT2: Окончательное рабочее решение, если кому-то интересно, благодаря предложениям: Исправлен переключатель сброса и улучшен модуль сброса с диодом и некоторым усилением, чтобы сделать его более надежным. Отлично работает сейчас!

• моделирование
• cmos
• 7-сегментный дисплей
• счетчик

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Вероятно, вы правы в отношении того, почему при включении питания на дисплее всегда отображается цифра «1». Когда C3 заряжается, триггер Шмитта U2A будет воспринимать его как низкое напряжение до тех пор, пока напряжение на C3 не превысит минимальный порог U2A. При таком большом значении R1 зарядка C3 занимает много времени. Я предполагаю, что маятник относительно медленный, если вы используете такой низкочастотный фильтр нижних частот.

Элегантный способ предотвратить такое ошибочное поведение — поместить аналогичный фильтр нижних частот на вывод ~CLR микросхемы U4. Если вы выберете постоянную времени RC, которая немного больше, чем \$R1*C3\$, это гарантирует, что U4 выйдет из состояния сброса только после того, как U2A стабилизируется.

Функция ~RBI на самом деле проще, чем вы думаете. Если вы просто подключите его к земле, микросхема автоматически отключит дисплей для нулей, но нормально загорится для всего, кроме нуля. Другими словами, вы можете избавиться от U9полностью и просто привяжите контакт к земле. Из таблицы данных видно, что если ~RBI установлен на низкий уровень И все входы имеют низкий уровень, дисплей будет пустым. Если какой-либо из входов не низкий (ненулевое число), не имеет значения, что такое ~RBI, он будет активно отображать число.

\$\конечная группа\$

1

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Цифровые счетчики

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• Понимать работу цифровых счетчиков и уметь:
• Опишите действие асинхронных (пульсационных) счетчиков с использованием триггеров типа D.
• • Счетчики прямого счета.
• • Счетчики вниз.
• • Частотное деление.
• Понимание работы синхронных счетчиков.
• Опишите общие функции управления, используемые в синхронных счетчиках.
• • Счетчики BCD.
• • Управление вверх/вниз.
• • Включить/выключить.
• • Предустановка и сброс.
• Используйте программное обеспечение для имитации работы счетчика.

Рис. 5.6.1 Четырехбитный асинхронный повышающий счетчик

Рис. 5.6.2 Формы сигналов четырехбитного асинхронного повышающего счетчика

Асинхронные счетчики.

Счетчики, состоящие из нескольких триггеров, считают поток импульсов, подаваемых на вход CK счетчика. Выход представляет собой двоичное значение, значение которого равно количеству импульсов, поступивших на вход СК.

Каждый выход представляет один бит выходного слова, которое в микросхемах счетчиков серии 74 обычно имеет длину 4 бита, а размер выходного слова зависит от количества триггеров, составляющих счетчик. Выходные строки 4-битного счетчика представляют значения 2 ⁰ , 2 ¹ , 2 ² и 2 ³ или 1,2,4 и 8 соответственно. Обычно они показаны на принципиальных схемах в обратном порядке, с младшим значащим битом слева, это сделано для того, чтобы схематическая диаграмма могла показать схему в соответствии с соглашением, согласно которому сигналы идут слева направо, поэтому в этом случае вход CK слева.

Четырехразрядный асинхронный повышающий счетчик

На рис. 5.6.1 показан 4-разрядный асинхронный повышающий счетчик, построенный из четырех триггеров D-типа, запускаемых положительным фронтом, подключенных в переключаемом режиме. Тактовые импульсы подаются на вход CK блока FF0, выход которого Q ₀ обеспечивает вывод 2 ⁰ для FF1 после одного импульса CK.

Передний фронт выхода Q каждого триггера запускает вход CK следующего триггера с половиной частоты импульсов CK, подаваемых на его вход.

Затем выходные данные Q представляют собой четырехбитный двоичный счет, где Q ₀ — Q ₃ представляют собой числа от 2 ⁰ (1) до 2 ³ (8) соответственно.

Предполагая, что четыре выхода Q изначально установлены на 0000, нарастающий фронт первого приложенного импульса CK вызовет выход Q ₀ перейти в логическую 1, а следующий импульс CK заставит выход Q ₀ вернуться в логическую 0, и в то же время Q ₀ перейти из 0 в 1.

Как Q ₀ ( и вход CK FF1 переходит в высокий уровень), теперь Q ₁ становится высоким, что указывает на значение 2 ¹ (2 ₁₀ ) на выходах Q.

Следующий (третий) импульс CK приведет к тому, что Q ₀ снова перейдет в логическую 1, так что и Q ₀ , и Q ₁ теперь будут высокими, делая 4-битный выход 1100 ₂ (3 ₁₀ с учетом того, что Q ₀ — младший бит).

Четвертый импульс CK вернет оба Q ₀ и Q ₁ в 0, и поскольку Q ₁ в это время станет высоким, это переключит FF2, установив Q ₂ в высокий уровень и указав 0010 ₂ (4 ₁₀ ) на выходах.

При чтении выходного слова справа налево выходы Q продолжают представлять двоичное число, равное количеству входных импульсов, полученных на входе CK блока FF0. Поскольку это четырехступенчатый счетчик, триггеры будут последовательно переключаться, а четыре выхода Q будут выводить последовательность двоичных значений от 0000 до 9.от 0145 2 до 1111 ₂ (от 0 до 15 ₁₀ ) до того, как выход вернется к 0000 ₂ и снова начнет отсчет, как показано на рис. 5.6.2.

Рис. 5.6.3 Четырехбитный асинхронный счетчик вниз

Четырехбитный асинхронный счетчик вниз

провалы. При последовательном взятии выходных линий и импульса CK для следующего триггера с выхода Q, как показано на рис. 5.6.3, счетчик, запускаемый положительным фронтом, будет отсчитывать от 1111 ₂ до 0000 ₂ .

Хотя счетчики прямого и обратного счета могут быть построены с использованием асинхронного метода распространения тактовой частоты, они не получили широкого применения в качестве счетчиков, поскольку становятся ненадежными при высоких тактовых частотах или при соединении большого количества триггеров вместе. дают большие значения из-за пульсирующего эффекта часов.

Рис. 5.6.4 Деталь временной диаграммы, показывающая пульсацию тактового сигнала

Пульсация тактового сигнала

Эффект пульсации тактового сигнала в асинхронных счетчиках показан на рис. 5.6.4, который представляет собой увеличенный фрагмент (импульс 8) рис. 5.6. 2.

На рис. 5.6.4 показано, как задержки распространения, создаваемые логическими элементами в каждом триггере (обозначенные синими вертикальными линиями), складываются для нескольких триггеров, образуя значительную задержку между временем в выход которого изменяется на первом триггере (самый младший бит) и на последнем триггере (старший бит).

Поскольку выходы Q ₀ — Q ₃ выводят каждое изменение в разное время, возникает ряд различных состояний выхода, так как любой конкретный тактовый импульс вызывает появление нового значения на выходах.

Например, при 8-м импульсе CK выходы Q ₀ на Q ₃ должны измениться с 1110 ₂ (7 ₁₀ ) на 0001 ₂ (8 _{10 ), однако, что происходит на самом деле (8 10 при чтении вертикальных столбцов единиц и нулей на рис. 5.6.4) заключается в том, что выходные сигналы изменяются в течение периода от 400 до 700 нс в следующей последовательности:}

При импульсах CK, отличных от импульса 8, конечно же, будут происходить разные последовательности, поэтому будут периоды, когда изменение значения пульсирует по цепочке триггеров, когда на выходах Q на очень короткое время появляются неожиданные значения . Однако это может вызвать проблемы, когда необходимо выбрать конкретное двоичное значение, как в случае декадного счетчика, который должен считать с 0000 9.0145 2 до 1001 ₂ (9 ₁₀ ), а затем сбросить на 0000 ₂ при счете 1010 ₂ (10 ₁₀ ).

Эти кратковременные логические значения также вызовут серию очень коротких всплесков на выходах Q, поскольку задержка распространения одного триггера составляет всего около 100–150 нс. Эти пики называются «короткими пиками», и хотя они не могут каждый раз достигать полного значения логической 1, а также могут вызывать ложное срабатывание счетчика, их также следует рассматривать как возможную причину помех другим частям схемы.

Хотя эта проблема не позволяет использовать схему в качестве надежного счетчика, она по-прежнему ценна как простой и эффективный делитель частоты, где высокочастотный генератор обеспечивает вход, а каждый триггер в цепи делит частоту на два.

Синхронные счетчики

Синхронный счетчик представляет собой более надежную схему для счетных целей и для высокоскоростной работы, поскольку тактовые импульсы в этой схеме подаются на каждый триггер в цепочке точно в одно и то же время. Синхронные счетчики используют триггеры JK, так как программируемые входы J и K позволяют включать или отключать отдельные триггеры на различных этапах счета. Таким образом, синхронные счетчики устраняют проблему пульсаций тактового сигнала, поскольку работа схемы синхронизируется с импульсами CK, а не с выходами триггеров.

Синхронный прямой счетчик

Рис. 5.6.5 Подключение синхронных часов

На рис. 5.6.5 показано, как синхронизирующие импульсы применяются в синхронном счетчике. Обратите внимание, что вход CK применяется ко всем триггерам параллельно. Следовательно, поскольку все триггеры получают тактовый импульс в один и тот же момент, необходимо использовать какой-то метод для предотвращения одновременного изменения состояния всех триггеров. Это, конечно, привело бы к тому, что выходы счетчика просто переключались бы со всех единиц на все нули и обратно с каждым тактовым импульсом.

Однако с JK-триггерами, когда оба входа J и K имеют логическую 1, выход переключается при каждом импульсе CK, но когда J и K оба находятся в логическом 0, никаких изменений не происходит.

Рис. 5.6.6 Первые две ступени синхронного счетчика

На рис. 5.6.6 показаны две ступени синхронного счетчика. Двоичный выход берется с выходов Q триггеров. Обратите внимание, что на FF0 входы J и K постоянно подключены к логической 1, поэтому Q ₀ будет изменять состояние (переключаться) при каждом тактовом импульсе. Это обеспечивает подсчет единиц для младшего значащего бита.

На FF1 входы J1 и K1 подключены к Q ₀ , так что выход FF1 будет в режиме переключения только тогда, когда Q ₀ также находится в состоянии логической 1. Поскольку это происходит только при чередующихся тактовых импульсах, Q ₁ будет включать только четные тактовые импульсы, давая счет «двойки» на выходе Q ₁ .

Таблица 5.6.1 показывает это действие, где видно, что Q ₁ включает тактовый импульс только тогда, когда J1 и K1 имеют высокий уровень, давая двухбитный двоичный счет на выходах Q (где Q ₀ — младший бит).

Однако при добавлении к счетчику третьего триггера прямое соединение J и K с предыдущим выходом Q ₁ не даст правильного счета. Поскольку Q ₁ является высоким при счете 2 ₁₀ , это будет означать, что FF2 переключится на третий тактовый импульс, поскольку J2 и K2 будут высокими. Следовательно, тактовый импульс 3 будет давать двоичный счет 111 ₂ или 7 ₁₀ вместо 4 ₁₀ .

Рис. 5.6.7 Добавление третьей ступени

Чтобы предотвратить эту проблему, используется логический элемент И, как показано на рис. 5.6.7, чтобы гарантировать, что J2 и K2 имеют высокий уровень только тогда, когда оба Q ₀ и Q ₁ находятся в состоянии логической 1 (т. е. при счете три). Только когда выходы находятся в этом состоянии, следующий тактовый импульс переключит Q ₂ в логическую 1. Выходы Q ₀ и Q ₁ , конечно же, вернутся к логическому 0 при этом импульсе, поэтому счет будет равен 001. ₂ или 4 ₁₀ (где Q ₀ является младшим битом).

Рис. 5.6.8 Четырехбитный синхронный прямой счетчик

На рис. 5.6.8 показан дополнительный строб для четырехступенчатого синхронного счетчика. Здесь FF3 переводится в режим переключения путем установки J3 и K3 в логическую 1 только тогда, когда Q ₀ Q ₁ и Q ₂ находятся в логической 1. Поэтому

Q ₃ не переключается в свое высокое состояние. до восьмого тактового импульса и останется высоким до шестнадцатого тактового импульса. После этого импульса все выходы Q вернутся к нулю.

Обратите внимание, что для работы этой базовой формы синхронного счетчика все входы PR и CLR также должны быть в состоянии логической 1 (их неактивное состояние), как показано на рис. 5.6.8.

Синхронный обратный счетчик

Преобразование синхронного прямого счетчика в обратный отсчет — это просто вопрос обратного счета. Если все единицы и нули в последовательности от 0 до 15 ₁₀ , показанной в таблице 5. 6.2, дополняются (показаны на розовом фоне), последовательность становится от 15 ₁₀ до 0,9.0003

Рис. 5.6.9 Четырехбитный синхронный счетчик вниз

Цепь счетчика вниз

Поскольку каждый выход Q JK-триггеров имеет дополнение к Q, все, что необходимо для преобразования счетчика вверх на рис. 5.6.8 к обратному счетчику, показанному на рис. 5.6.9, состоит в том, чтобы брать входы JK для FF1 с выхода Q FF0 вместо выхода Q. Теперь вентиль TC2 получает свои входные данные от выходов Q FF0 и FF1, а TC3 также получает свои входные данные от выхода Q FF2.

Рис. Рис. 5.6.10 Четырехбитный синхронный прямой/обратный счетчик

Счетчик прямого/обратного счета

На рис. 5.6.10 показано, как один вход, называемый (ВВЕРХ/ВНИЗ), может использоваться для увеличения или уменьшения счета одного счетчика в зависимости от логического состояния на входе ВВЕРХ/ВНИЗ. .

Каждая группа вентилей между последовательными триггерами на самом деле является модифицированной схемой выбора данных, описанной в Модуле комбинационной логики 4. 2, но в этой версии используется комбинация И/ИЛИ, а не эквивалентная Деморгану схема вентилей И-НЕ. Это необходимо для обеспечения правильного логического состояния для следующего селектора данных.

Выходы Q и Q триггеров FF0, FF1 и FF2 подключены к тем, что фактически являются входами данных A и B селекторов данных. Если управляющий вход находится в состоянии логической 1, то импульс CK на следующий триггер подается с выхода Q, что делает счетчик счетчиком UP, но если управляющий вход равен 0, то импульсы CK подаются с выхода Q, и счетчик ВНИЗ счетчик.

Рис. Рис. 5.6.11 Четырехбитный повышающий двоично-десятичный счетчик

Синхронный повышающий двоично-десятичный счетчик

Типичное использование входов CLR показано в повышающем двоично-десятичном счетчике на рис. 5.6.11. Счетчик выводит Q ₁ и Q ₃ подключены к входам логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к входам CLR всех четырех триггеров. Когда Q ₁ и Q ₃ находятся в состоянии логической 1, выходной контакт логического элемента И-НЕ обнаружения предела (LD1) станет логическим 0 и сбросит все выходы триггера в логический 0.

Потому что в первый раз Q ₁ и Q ₃ находятся в состоянии логической 1 при счете от 0 до 15 ₁₀ при счете до десяти (1010 ₂ ), это заставит счетчик считать от 0 до 9 ₁₀ , а затем сбросить на 0, опуская 10 ₁₀ до 15 ₁₀ .

Таким образом, схема представляет собой счетчик BCD ₈₄₂₁ , чрезвычайно полезное устройство для управления цифровыми дисплеями через BCD в 7-сегментный декодер и т. д. максимальное значение, может быть достигнут любой счет, отличный от 0 до 15.

Если на вашем компьютере уже установлен симулятор, такой как Logisim, почему бы не попробовать разработать, например, счетчик Octal up.

Рис. 5.6.12 Входы и выходы ИС счетчика

Входы и выходы ИС счетчика

Хотя синхронные счетчики могут быть и состоят из отдельных JK-триггеров, во многих схемах они будут встроены в специальные ИС счетчиков, или в другие крупномасштабные интегральные схемы (LSIC).

Для многих приложений счетчики, содержащиеся в ИС, имеют дополнительные входы и выходы, добавленные для повышения универсальности счетчиков. Различия между многими коммерческими микросхемами счетчиков в основном заключаются в различных предлагаемых устройствах ввода и вывода. Некоторые из них описаны ниже. Обратите внимание, что многие из этих входов имеют активный низкий уровень; это происходит из-за того, что в более ранних устройствах TTL любой неподключенный вход плавал до логической 1 и, следовательно, становился неактивным. Однако оставлять входы неподключенными не рекомендуется, особенно входы CMOS, которые плавают между логическими состояниями и могут быть легко активированы в любое допустимое логическое состояние из-за случайного шума в цепи, поэтому ЛЮБОЙ неиспользуемый вход должен быть постоянно подключен к его неактивной логике. государство.

Активация входов

Рис. 5.6.13 Синхронный прямой счетчик с входами включения и сброса счета

Входы ENABLE (EN) на микросхемах счетчиков могут иметь разные названия, например Chip Enable (CE), Count Enable (CTEN), Output Enable (ON) и т. д., каждый из которых обозначает одинаковые или похожие функции.

Count Enable (CTEN), например, является функцией интегральных схем счетчика, а в синхронном счетчике, показанном на рис. 5.6.13, является активным низким входом. Когда он установлен на логическую 1, он предотвращает продолжение счета даже при наличии тактовых импульсов, но счет будет продолжаться нормально, когда CTEN находится на логическом 0.

Обычный способ отключения счетчика при сохранении любых текущих данных на выходах Q состоит в том, чтобы запретить переключение JK-триггеров, пока CTEN неактивен (логическая 1), задав входы JK всех триггеров. -flops логический 0. Однако, поскольку логические состояния входов JK FF1, FF2 и FF3 зависят от состояния предыдущего выхода Q, либо напрямую, либо через логические элементы T2 и T3, для сохранения выходных данных, Q выходы должны быть изолированы от входов JK всякий раз, когда CTEN находится в состоянии логической 1, но выходы Q должны подключаться к входам JK, когда CTEN находится в состоянии логического 0 (состояние включения счета).

Это достигается за счет использования дополнительных вентилей включения (И), E1, E2 и E3, каждый из которых имеет один из своих входов, подключенных к CTEN (инверсия CTEN). Когда счетчик отключен, CTEN и, следовательно, один из входов на каждом из , E1, E2 и E3 будет в состоянии логического 0, что приведет к тому, что эти выходы включения затвора и входы JK триггера также будут в состоянии логического 0, какие бы логические состояния ни присутствовали на выходах Q, а также на других входах разрешающих вентилей. Поэтому всякий раз, когда CTEN находится в состоянии логической 1, счет отключается.

Однако, когда CTEN находится в состоянии логического 0, CTEN будет иметь логическую 1, а E1, E2 и E3 будут разрешены, в результате чего любое логическое состояние, присутствующее на выходах Q, будет передаваться на входы JK. В этом состоянии, когда на вход CK поступает следующий тактовый импульс, триггеры будут переключаться, следуя своей обычной последовательности.

Рис.

Асинхронная параллельная загрузка

Хотя общие входы PR и CLR могут выдавать на выходе 0000 или 1111, вход ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ЗАГРУЗКА (PL) позволяет загружать в счетчик любое значение. Используя отдельный вход DATA для каждого триггера и небольшое количество дополнительной логики, логический 0 на PL будет загружать счетчик любым заранее определенным двоичным значением до начала или во время счета. Способ достижения асинхронной параллельной загрузки синхронного счетчика показан на рис. 5.6.14.

Операция загрузки

Двоичное значение, которое необходимо загрузить в счетчик, подается на входы D ₀ — D ₃ , а на вход PL подается импульс логического 0. Этот логический 0 инвертируется и применяется к одному входу каждого из восьми логических элементов И-НЕ, чтобы включить их. Если значение, которое должно быть загружено в конкретный триггер, равно логической 1, это делает входы правого логического элемента И-НЕ равными 1,1, а из-за инвертора между парой логических элементов И-НЕ для этого конкретного входа левый логический элемент И-НЕ входы будут 1,0.

Результатом этого является то, что логический 0 применяется к входу PR триггера, а логическая 1 применяется к входу CLR. Эта комбинация устанавливает выход Q в логическую 1, то же самое значение, которое было применено к входу D. Точно так же, если вход D находится в состоянии логического 0, на выходе левого вентиля И-НЕ пары будет логический 0, а на выходе правого вентиля будет логическая 1, что очистит выход Q триггера. Поскольку вход PL является общим для каждой пары загрузочных логических элементов И-НЕ, все четыре триггера загружаются одновременно со значением 1 или 0, присутствующим на его конкретном входе D.

Рис. 5.6.15 Синхронный прямой/обратный счетчик с несколькими входами и выходами

Несколько входов и выходов

Модификации, подобные описанным в этом модуле, делают базовый синхронный счетчик гораздо более универсальным. Синхронные счетчики TTL и CMOS доступны в 74-й серии ИС, содержащих обычно 4-разрядные счетчики с этими и другими модификациями для самых разных приложений. На рис. 5.6.15 показано, как все входные функции, описанные выше, а также некоторые важные выходные данные, такие как Ripple Carry (RC) и Terminal Count (TC), могут быть объединены в одну ИС синхронного счетчика.

Типичная одиночная синхронная ИС, такая как четырехбитный двоичный прямой/обратный счетчик 74HC191, также использует эти входные и выходные функции, которые обозначаются в версиях NXP (рис. 5.6.16) следующим образом:

Входы

• D ₀ , D ₁ , D ₂ и D ₃ (Входы загрузки) — 4-битное двоичное число может быть загружено в счетчик через эти входы, когда вход параллельной загрузки PL находится в состоянии логического 0.

• CE (разрешение счета) — позволяет продолжать счет при 0. Останавливает счет без сброса при логической 1.

• U/D (Вверх/Вниз) — Счет вверх при 0, вниз при логической 1.

• CP — Вход тактового импульса.

Рис. 5.6.16 74HC191 Распиновка

Выходы

• Q ₀ , Q ₁ , Q ₂ и Q ₃ — четырехбитный двоичный выход.

• TC (счетчик клемм) — в некоторых версиях также называется MAX/MIN, выдает импульс логической 1, равный по ширине одному полному тактовому циклу, при каждом изменении старшего бита (означает, что счетчик переполнился за пределы конец прямого или обратного отсчета). TC можно использовать для обнаружения окончания прямого или обратного отсчета, и, помимо того, что он доступен в качестве вывода, TC используется внутри для генерации вывода Ripple Carry.

• RC (Ripple Carry) — выводит импульс логического 0, равный по ширине нижней части тактового цикла в конце счета, и при подключении к тактовому входу другой 74HC191 IC он действует как «перенос». ‘ к следующей стойке.

Каскадное подключение синхронных счетчиков

Рис. 5.6.17 Подключение 74HC191 в каскаде

Подключение синхронных счетчиков в каскаде для получения более широких диапазонов счета упрощается в таких микросхемах, как 74HC191, за счет использования выхода пульсирующего переноса (RC) IC подсчитывает 4 младших бита, чтобы управлять тактовым входом следующей по старшинству IC, как показано красным на рис. 5.6.17.

Хотя может показаться, что выходы TC или RC могут управлять следующим входом синхронизации, выход TC не предназначен для этой цели, так как могут возникнуть проблемы с синхронизацией.

Синхронные и асинхронные счетчики

Хотя синхронные счетчики имеют большое преимущество перед асинхронными или пульсирующими счетчиками в отношении уменьшения проблем синхронизации, бывают ситуации, когда импульсные счетчики имеют преимущество перед синхронными счетчиками.

При использовании на высоких скоростях только первый триггер в цепочке счетчика пульсаций работает на тактовой частоте. Каждый последующий триггер работает на половине частоты предыдущего. В синхронных счетчиках, где каждый каскад работает на очень высоких тактовых частотах, более вероятно возникновение паразитной емкостной связи между счетчиком и другими компонентами, а также внутри самого счетчика, так что в синхронных счетчиках помехи могут передаваться между различными каскадами счетчика, вызывая нарушение счет, если адекватная развязка не обеспечена. Эта проблема уменьшается в счетчиках пульсаций благодаря более низким частотам в большинстве каскадов.

Кроме того, поскольку тактовые импульсы, подаваемые на синхронные счетчики, должны заряжать и разряжать входную емкость каждого триггера одновременно; синхронные счетчики, имеющие много триггеров, будут вызывать большие импульсы тока заряда и разряда в схемах драйвера часов каждый раз, когда часы изменяют логическое состояние. Это также может вызвать нежелательные всплески на линиях питания, которые могут вызвать проблемы в других частях цифровой схемы. Это меньше проблем с асинхронными счетчиками, так как часы управляют только первым триггером в цепочке счетчиков.

Асинхронные счетчики в основном используются для приложений с частотным разделением и для генерации временных задержек. В любом из этих приложений синхронизация отдельных выходов вряд ли вызовет проблемы для внешней схемы, а тот факт, что большинство каскадов счетчика работают на гораздо более низких частотах, чем входные часы, значительно снижает любую проблему высокочастотного шума. помехи окружающим компонентам.

ИС счетчиков

синхронные (пульсационные) счетчики:

• 74HC390 — двухдекадный счетчик пульсаций от NXP.
• 74HC393 — Двойной 4-ступенчатый двоичный счетчик пульсаций от ON Semiconductor.
• 74HC4040 — 12-ступенчатый двоичный счетчик пульсаций от Fairchild Semiconductor.
• 74HC93 — 4-битный двоичный счетчик пульсаций от Texas Instruments.
• CD4060 — 14-ступенчатый двоичный счетчик плюс осциллятор от ST Microelectronics.
• HEF4042B — 7-ступенчатый двоичный счетчик пульсаций от NXP.

Синхронные счетчики:

• 74HC160 — Предустановленный синхронный счетчик BCD с асинхронным сбросом от NXP.
• 74HC161 — 4-битный синхронный двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом и синхронной загрузкой от Texas Instruments.
• 74HC163 — 4-битный синхронный двоичный счетчик с асинхронным сбросом и синхронной загрузкой от Texas Instruments.
• 74HC191 — 4-битный синхронный двоичный прямой/обратный счетчик с асинхронным сбросом и загрузкой от NXP.
• 74HC192 — 4-битный синхронный двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом и загрузкой от Texas Instruments.
• 74HC193 — 4-битный синхронный двоичный счетчик с асинхронным сбросом и загрузкой от Texas Instruments.
• CD4017/4022B — 4-ступенчатые синхронные счетчики с десятичным (1 из 10) или восьмеричным (1 из 8) выходом от Texas Instrumentss.

Счетчик периодов/сумматор с широким диапазоном значений

» Перейти к дополнительным функциям

Вот уже несколько лет я хочу спроектировать и построить счетчик периодов с функцией суммирования. Я наконец нашел время, чтобы сделать именно это. Мой первоначальный дизайн был довольно простым, но затем я начал размышлять о том, что если, и первоначальный дизайн увеличился в два раза.

Когда я закончил первый прототип, я откинулся на спинку кресла и стал его изучать. Затем я спросил себя, что бы я хотел убрать, чтобы сделать дизайн проще. Ответ был: «ничего». Он был очень функциональным в том виде, в каком он стоял, и это денди.

Удовольствие и удобство использования в ближайшие годы намного перевешивают несколько дополнительных часов, необходимых для строительства. Итак, у меня было то, что я хотел — еще одно «могучее оружие», которое можно было добавить в мой арсенал стендового испытательного оборудования. Упрощение конструкции с небольшой потерей общей точности приведено в конце этой статьи для тех, кто предпочитает иметь меньше проводки.

Вы можете подумать: «Зачем создавать счетчик периодов, если у меня уже есть частотомер?» Во-первых, во многих ситуациях удобнее считать электрические сигналы и считывать фактическое время (мкс, мс, с), а не частоту. Некоторые счетчики частоты также считывают период, но почти все они не соответствуют низкой частоте повторения или длительным периодам между использованиями. Их нижний предел составляет около 10 Гц.

Описанный здесь счетчик также имеет дополнительные важные функции. В дополнение к широкому диапазону счетчиков (от одного до миллиарда) он также будет захватывать и отображать ширину импульса, как положительную, так и отрицательную. В крайнем диапазоне он будет захватывать и отображать одиночный импульс длительностью до 1 мкс, даже если он возникнет только один раз в день — попробуйте сделать это с помощью осциллографа!

На другом конце своего диапазона он будет считать скорости от 1000 секунд до высокоскоростных последовательностей импульсов в пакетном режиме работы функционального генератора. И, наконец, в него была встроена функция суммирования для подсчета электрических событий и их суммирования (до 100 000).

Хотя действие счетчиков похоже, они различаются по нескольким параметрам. Счетчик частоты подсчитывает неизвестную тактовую частоту входных циклов за известное время стробирования, обычно одну секунду, и отображает счет в Гц/сек.

Счетчик периодов подсчитывает известную тактовую частоту при неизвестном времени стробирования (входной сигнал) и отображает это как фактическое время возникновения. По этой причине счетчики периода немного сложнее.

Этот счетчик выполняет следующие действия:

• Подсчет периодов — от одной микросекунды до 1000 секунд
• Ширина импульса — от одной микросекунды до 1000 секунд
• Суммарно — от одного до 100 000 событий

Хотя при измерении ширины импульса точность ниже одной микросекунды снижается из-за разрешения, он может захватывать и отображать выбросы длительностью до 100 наносекунд. Суммарные входные импульсы могут быть как одной микросекунды, так и месяц. Все вышеперечисленные функции будут принимать любой тип сигнала.

Прежде чем мы приступим к строительству, я дам полную теорию работы для понимания работы схемы и возможного устранения неполадок, если это необходимо, после завершения. Чтобы помочь в этом обсуждении, я включаю временную диаграмму , которая будет упоминаться в схематической диаграмме. Это будет полезно, потому что в этом устройстве требуется много высокоскоростных последовательных запусков по фронту.

Принцип действия

Тестируемый сигнал поступает на J1 и усиливается Q1. R1 ограничивает базовый ток транзистора Q1, а C1 помогает в воспроизведении высоких частот. D1 отсекает отрицательные пики для защиты Q1. Этот этап имеет общее усиление примерно в три или четыре раза. Его входная чувствительность составляет 1,4 В пикового значения, что подходит для всех семейств логики, используемых сегодня, за исключением ECL (0,8 vpp), но это выходит за рамки предполагаемого использования для этой конструкции.

Входное сопротивление 22 кОм, шунтирование менее 50 пФ. Эта схема не произвела заметного ухудшения времени нарастания или спада входного сигнала. Вход может иметь любую форму волны от 1,4 до 50 вп (100 ввп-пик). При напряжении свыше 50 В вам понадобится внешний аттенюатор. Это может быть так же просто, как делитель сопротивления, если экстремальная скорость не является проблемой, и обычно она не на таких высоких уровнях.

Выход Q1 управляет U1A — логическим элементом И-НЕ с триггером Шмидта. Выход U1A представляет собой идеальную прямоугольную волну, как в учебнике, независимо от того, какая форма или амплитуда волны подается на вход J1. Только его длина будет меняться в зависимости от входного сигнала. По этой причине я начал временную диаграмму с этого момента.

Следующий каскад — U2A — позволяет выбрать запуск по положительному или отрицательному фронту входного сигнала, сохраняя при этом положительный импульс на выходе, поскольку это то, что хочет видеть следующая за ним схема. Использование эксклюзивных ворот операционной идеально подходит здесь. Поиск его простой таблицы истинности подтвердит это.

Выход U2A разделен на два пути: один для запуска главных ворот, F/F, и один для их сброса. Предположим на данный момент, что S2 переключен в режим измерения периода; U3B блокирует любые сигналы на этом пути, заземляя один из своих входов. Передний фронт импульса, подаваемого на U3A, сильно дифференцируется C2, R4. Это создаст положительный импульс длительностью 200 наносекунд на тактовый вход U5A (P3). Эта схема будет видеть только передние фронты входного сигнала из-за конфигурации затвора U3B. U5A представляет собой F/F типа D, который подключается для переключения путем подключения P6 к входу данных P2.

Теперь, начиная с позиции сброса, Q (P5) будет принимать высокий уровень при первом нарастающем фронте входного импульса, низкий уровень при следующем нарастающем фронте и так далее. Это создает импульс главного затвора, совпадающий с периодом тестируемого сигнала.

Теперь предположим, что S2 переключен на измерение пульса. U5A запускает действие главного затвора — выходной сигнал становится высоким, совпадающим с нарастающим фронтом входного сигнала. Но теперь мы должны включить U3B, поставив высокий уровень на один из его входов. U3C теперь будет работать точно так же, как вышеописанный U3A, но с одним исключением — он будет выдавать отрицательный импульс длительностью 200 наносекунд только тогда, когда входной сигнал находится на спадающем заднем фронте.

Когда U5A видит этот отрицательный выброс на P1, он немедленно сбрасывает свой выход на низкий уровень и тем самым прерывает операцию переключения. Теперь выход в этой точке является точной копией ширины входного импульса. До этого момента в U5A P5 у нас есть точный стробирующий импульс, основанный либо на периоде, либо на ширине импульса и запускаемый либо положительным, либо отрицательным фронтом. Также с этой точки стробирующий импульс расходится по трем направлениям:

1. Он включает основной затвор U6A на его длительность и позволяет выбранным ведущим тактовым импульсам проходить к счетным схемам U11A и U13.
    
2. Он заставляет U7A подавать необходимые синхронизирующие импульсы для фиксации и сброса счетчиков. U7A представляет собой элемент ИЛИ, оставшийся от счетверенной микросхемы, и здесь он хорошо используется в качестве буфера для управления высокой входной емкостью (1000 пФ) схемы U1B. Без этого буфера произошло бы некоторое ухудшение сигнала главного затвора.
    
3. Наконец, срабатывает U4A P5, двойная моностабильная микросхема. Его роль заключается в цепи удержания. Как только мы завершаем один цикл основного импульса затвора, отрицательный фронт запускает P5 и создает низкий уровень на выходе P7, который отключает U3A, так что U5A не может снова работать, пока не истечет время моностабильности (700 мс). Это действие немедленно блокирует поступление любых входных импульсов на тактовый вход U5A и сохраняет его таким. По истечении времени удержания U3A снова включается и будет работать на следующем входящем сигнальном импульсе, после чего вся операция будет повторяться. Причина этой схемы задержки состоит в том, чтобы зафиксировать схему счета на дисплее достаточно долго, чтобы прочитать его. Без него цифры постоянно мерцали бы с более высокими периодами. Время выдержки 700 мс является произвольным и может быть изменено путем настройки постоянной времени C5, R7.

На этом этапе мы переключимся с анализа прохождения сигнала через внешний интерфейс и сосредоточимся на временной развертке. Точность любой единицы измерения определяется ее базой времени и определяется как:

Ошибка базы времени в PPM, ± разрешение, ± один отсчет дисплея.

Я решил использовать корпусный генератор (восьмиконтактный DIP), так как он стоит ненамного дороже одиночного кристалла — 1,70 доллара за этот блок. Производитель гарантирует ±100 частей на миллион, но несколько единиц, которые я купил, были в пределах 5 частей на миллион при комнатной температуре. Эта точность намного превосходит то, что может разрешить дисплей, почти исключая его из уравнения.

Поскольку мы не можем избежать цифры ±1 на дисплее, точность почти полностью зависит от разрешения. Чем меньше количество отображений, тем больше возможная ошибка. Например, при отображении 10 из-за ошибки разрешения фактический счет может быть ближе к 9 или 11, возможная ошибка составляет 10 процентов. Это будет крайний случай. Чем выше число, тем выше разрешение и, следовательно, выше точность. Единственный способ обойти это — добавить больше цифр на дисплей. Я остановился на пятизначном, потому что чувствовал, что нахожусь в точке убывающей отдачи. Я проверил этот аппарат на дорогом лабораторном стенде на полном дисплее, и он оказался в самый раз!

С учетом сказанного, мы продолжим работу с базой времени и основными часами. XO представляет собой генератор 10 МГц (100 нс), который делится на 100 (10 мкс) и на 100 000 (10 мс) через цепочку делителей U8, U9, U10. В U7bcd можно ввести три тактовых частоты (10 МГц, 100 кГц, 100 Гц). Четвертый вход — 5 В постоянного тока для суммирования. Выбор этих входов осуществляется с помощью S4. Начиная с верхней позиции A, на затвор U6B подается 5 В постоянного тока, что позволяет тактовому сигналу 10 МГц (100 нс) проходить через U7 на вход U6A. Также на коллектор Q2 подается питание, чтобы зажечь правильную десятичную точку. В то же время через R14 горит светодиод на передней панели. Это будет помечено как usec, и его диапазон счета будет 0-9.999,9 мкс.

Когда S4 переключен в положение B, вентиль U6c включен, передавая тактовую частоту 100 000 кГц (10 мкс) на U6A. Опять же, R15 зажигает соответствующий светодиод на передней панели. Также на коллектор Q3 подается напряжение, сдвигая десятичную точку. Он помечен как мс, и его диапазон счета составляет 0–999,99 мс.

Когда S4 находится в положении C, U6D включается, передавая тактовую частоту 100 Гц (10 мс) U6A. Как и прежде, R16 зажигает соответствующий светодиод на передней панели. Горит та же десятичная точка, что и в позиции B. Диоды D5 и D6 изолируют эти положения переключателя от непреднамеренного включения питания из-за обратного питания. Этот диапазон помечен как сек, и его диапазон счета составляет 0-9.99,99 с.

Наконец, когда S4 находится в положении D, все часы отключены, а на U6A подается устойчивый высокий уровень. Теперь мы можем подсчитать фактический импульс стробирования как одну цифру на импульс для суммирующей функции. Кроме того, линия ручного отдыха опущена и удерживается на этом уровне, что позволяет счетчикам непрерывно считать и отображать показания без сброса и позволяет выполнять суммирование. Одно слово предостережения здесь — S2 должен быть в импульсном режиме при суммировании.

Теперь мы вернулись к тому, на чем остановились в схеме внешнего интерфейса U6A. Когда U6A P4 становится высоким, выбранная нами тактовая частота будет присутствовать на входе U6A P5 и передаваться на первый счетчик U11A P1, который является высокоскоростным декадным счетчиком. Его переполнение идет на U13, мультиплексированный четырехразрядный счетчик, защелку, дешифратор. Когда главные ворота U6A P4 становятся низкими, все подсчеты останавливаются и сохраняются в счетчиках. На данный момент мы подсчитали известную тактовую частоту в неизвестном времени ворот. Когда состояние счетчика фиксируется на дисплее, он будет считывать время стробирования (наш тестируемый входной сигнал) в режиме реального времени.

Например, предположим, что мы выбрали диапазон мкс S4A и подсчитали и зафиксировали 5000 тактовых импульсов (10 МГц; 0,1 мкс) в течение времени, когда главный вентиль был включен. На дисплее будет отображаться 500,0 мкс (5000 раз по 0,1 мкс). Это период или ширина импульса тестируемой цепи. Немного вернемся назад, когда U6A P4 стал низким, первым событием, которое произошло, было то, что счетчики перестали считать. Тот же импульс основного затвора был также связан через U7A с U1B P12. U1B представляет собой простую однотактную схему, выходной сигнал которой зависит от постоянной времени RC R21, C8. В этом случае он выдает положительный импульс длительностью 15 мкс при запуске по заднему отрицательному фронту основного стробирующего импульса. Этот импульс фиксирует состояние счета на дисплее.

Кроме того, задний отрицательный фронт этого импульса запускает идентичную схему U1C. Это схема автоматического сброса. Выход этого этапа сбрасывает счетчики на ноль и готовит их к следующему измерению. Для ручного сброса эта линия обычно имеет высокий уровень. Когда S3 нажата, линия переходит в низкий уровень, сбрасывает схему автоматического сброса и напрямую очищает основной гейт F/F через U3C, задержку моно. Он также очищает U5B (защелку переполнения) через C7. Эта же защелка также будет автоматически сброшена, когда истечет время полуцепи через C6.

Как упоминалось ранее, во время операции суммирования на линию ручного сброса с помощью действия S4 D устанавливается постоянный низкий уровень. Это необходимо для непрерывной фиксации состояния счетчика. Это представляло проблему для ручного сброса, потому что линия сброса уже была низкой! И снова на помощь пришел исключающий логический элемент ИЛИ, U2B, который позволяет выполнять ручной сброс независимо от того, в каком состоянии находится линия. Без индикатора переполнения неоднозначность становится проблемой. Когда U13 полностью загружает счетчики и переходит в состояние переполнения, его перенос (P14) посылает сигнал на U11B, который действует как своего рода декодер. Выход этого каскада управляет защелкой {U5B), чтобы зажечь светодиод переполнения от P9..

Еще один элемент, который, возможно, возбудил ваше любопытство, — это схема, связанная с десятичными точками. Эти точки на дисплее мультиплексированы без возможности внешней подсветки. Это очень раздражало, и по этой причине пришлось добавить декодер (Q2 и Q3), чтобы зажигать их в нужное время.

Строительство

Взгляд на внутреннюю проводку.

Это касается теории работы; теперь на строительство. Я построил схему дисплея на перфорированной плате размером 1-1/4” x 5”. Эта плата содержит оба дисплея: U11, U12, U13, U14, RP1 и RP2. Я установил плату за передней панелью на стойках 3/8 дюйма так, чтобы она совпадала с окном дисплея размером 1/2 дюйма x 2-1/2 дюйма, вырезанным в панели.

Остальная часть схемы, включая блок питания переменного тока, была смонтирована на перфорированной плате размером 5 x 4-1/4 дюйма, как показано на фотографии внутренней проводки. Все было установлено в шасси, показанном в списке деталей. Это было плотное прилегание, и я мог бы выбрать следующий больший размер в этой серии, если бы я построил еще один. Я не стал детализировать блок питания на схеме, так как большинство конструкторов используют то, что есть у них под рукой из барахла.

Регулятор 5 В с надлежащим шунтированием (7805), показанный на рисунке, может питаться от любого источника постоянного тока с напряжением 7,5–12 В постоянного тока. Я показываю компоненты источника питания, которые я использовал на фотографии на странице 48. Это был небольшой трансформатор 120/7,5 В переменного тока, двухполупериодный мостовой мост в 1000 мкФ, чтобы обеспечить источник 8 В для 7805. Требования к питанию: 5 В постоянного тока. при 160 мА со всеми горящими цифрами до 8.

Для экономии места можно использовать настенный трансформатор. Или, если вы предпочитаете работу от батареек, используйте последовательно четыре элемента AA с диодом IN4001. Это даст напряжение питания около 5,5 В постоянного тока; здесь не используется 7805.

Также для работы от батареи можно заменить RP1 на резистор 330 Ом и RP2 на 2000 Ом. Это сократит потребление тока вдвое (в среднем 50 мА) и по-прежнему даст приличные показания. Такой компромисс между яркостью считывания и потреблением тока зависит от предпочтений и, таким образом, лучше всего определяется пользователем.

И последнее замечание о конструкции — как упоминалось ранее в этом тексте, вы можете упростить этот проект (с некоторой потерей общей точности), исключив U11, U12, RP2, дисплей № 2, Q2 и Q3. Вы получите четырехзначный счетчик без десятичной точки. Тактовый вход U11A P12 затем поступает непосредственно на U13 P12. Замените XO 10 МГц на XO 1 МГц, как показано в списке деталей, и удалите все светодиоды на передней панели.

Диапазоны теперь будут:

• S4A       0-9,999 микросекунд
• S4B       0–9 999 микросекунд
• S4C       0–9 999 секунд
• S4D       Суммарно до 9999 импульсов

При использовании потребуется немного больше осторожности. Без переливного света вам, возможно, придется работать с более медленным диапазоном, чтобы устранить двусмысленность. Эта модификация также уменьшит потребление тока при использовании батареи. Вам также потребуется изменить выходные соединения часов, чтобы они соответствовали следующим диапазонам:

• Микросекунды — U8 P1 (то же самое)
• Миллисекунды — U9 P7
• Секунды — U10 P9
• Суммировать — То же

Помимо того, что это очень полезное тестовое оборудование, это интересный и образовательный проект, поскольку он включает в себя множество типов логических приложений — схемы отображения, высокоскоростную последовательную синхронизацию и т. д.

Обязательно заземлите все неиспользуемое оборудование. входы ИС. Не торопитесь подключать его и дважды проверяйте свои соединения (наиболее распространенный источник ошибок), когда вы продолжаете, и у вас не должно быть проблем. NV

ПЕРЕЧЕНЬ ЗАПЧАСТЕЙ

ПУНКТ	ОПИСАНИЕ	ПУНКТ	ОПИСАНИЕ
Р1	22 кОм	У1	74HC132 счетверенный вентиль И-НЕ
Р2	820 Ом	У2	74HC86 Счетверенные эксклюзивные ворота ИЛИ
Р3	22 кОм	У3,6	74HCo8 четверка И вентиль
Р4,5,6	10 кОм	У4	74HC4538 двойной моностабильный
Р7	10 МОм	У5	74HC74 Двойной D-триггер
Р8	100 Ом	У7	74HC32 Счетверенные ворота ИЛИ
Р9,10,11,12,13	10 кОм	У8,9,10,11	74HC390 Двойной декадный счетчик
Р14,15,16,19	270 Ом	U12	CD14543 четырехразрядный дисплей ctr,dec,drv (Jameco)
Р17,18,20	10 кОм	U14	ULN2003 npn инверторы
R21,22	22 кОм	Хо	Генератор ttl 10 МГц. Похожие записи 31.08.2023 0 Микросхема 358: datasheet на русском, применение, аналоги, назначение выводов 30.08.2023 0 Радиозвонок схема: ДВЕРНОЙ РАДИОЗВОНОК 29.08.2023 0 Электросхема ваз 2105 инжектор: Схема ВАЗ-2105 | 2 Схемы Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт