Материал: МРБ 1105.(1987).[doc]

Два объединенных R-входа и четыре раздельных выхода микросхемы позволяют без дополнительных логических элементов строить делители частоты с различными коэффициентами деления - от 2 до 10. Так, если соединить между собой выводы 12 и 1, 9 и 2, 8 и 3, то коэффициент счета будет 6, а при соединении выводов 12 и 1, 11, 2 и 3 коэффициент счета станет 8. Эта особенность микросхемы позволяет использовать ее и как двоичный, счетчик, и как счетчик-делитель.

БЛОК ЦИФРОВОЙ ИНДИКАЦИИ

Этот важнейший узел приборов и устройств с цифровой индикацией результата счета импульсов, электрических измерений целесообразно рассматривать совместно с двоичным счетчиком. Примером может служить устройство, схема которого приведена на рис. 42. Левая часть схемы - генератор, являющийся в данном случае источником импульсов. Далее следуют счетчик К155ИЕ2 (DD2) с коэффициентом пересчета 10 (соединены выводы 1 и 12) и микросхема К155ИД1 (DD3) с газоразрядным индикатором ИН8-2 (HG1), образующие блок-цифрового отображения логического состояния счетчика.

Микросхема К155ИД1 представляет собой двоично-десятичный дешифратор, рассчитанный на совместную работу с высоковольтным цифровым газоразрядным индикатором. У него четыре адресных входа, которые подключают непосредственно к выходам счетчика, работающего в весовом коде 1-2-4-8, и десять выходов, которые соединяют с катодами цифрового индикатора. Дешифратор преобразует выходные сигналы счетчика в сигналы кода десятичной системы счисления, которые зажигают соответствующие катоды-цифры индикатора.

Монтаж и опытную проверку деталей и устройства в целом ведите в такой последовательности. Сначала укрепите на макетной плате только газоразрядный индикатор ИН8-2 (или ИН-14, но его цоколевка-иная), предварительно надев на ее проволочные выводы изолирующие трубочки. Рядом разместите диод VD1, выполняющий функцию однополупериод-ного выпрямителя, питающего анодную цепь индикатора, и резистор R2, ограничивающий ток в этой цепи. Источником переменного напряжения 150...200 В может быть вторичная обмотка сетевого трансформатора блока питания лампового радиовещательного приемника. Один из выводов обмотки подключите к аноду диода, а к другому выводу подпаяйте отрезок провода в резиновой или поливи-нилхлоридной изоляции. Свободный конец провода зачистите от изоляции и, включив трансформатор в электросеть, касайтесь им поочередно выводов 11, 1, 2-10 индикатора. При этом должны индицировать цифры О, 1, 2-9. При касании вывода 8 вспыхнет неиспользуемый знак запятой. Проверку проводите с особой осторожностью, чтобы не попасть под высокое напряжение.

Рис. 42. Блок цифровой индакации импульсов

Затем на макетной панели смонтируйте дешифратор К155ИД1 (DD3) и соедините его выходные выводы с соответствующими выводами индикатора. Получится одноразрядный блок цифровой индикации. Включите источники питания (постоянного и переменного токов) и, соблюдая осторожность, подайте на все четыре, соединенные- вместе, входные выводы дешифратора напряжение низкого уровня. В индикаторе должна загореться цифра 0. Далее такой же сигнал подайте поочередно на соединенные между собой выводы 4, 7 я 6; 4, 7 и 3; 4 и 7; 4, 6 и 3; 4 и 6; 4 и 3; 4; 7, 6 и 3; 7 и 6. Неиспользуемые выводы оставляйте свободными, что эквивалентно подаче на них напряжения высокого уровня. В это время должны индицироваться последовательно цифры от 1 до 9.

Так, имитируя код, подаваемый на адресные входы дешифратора, вы испытаете в действии блок цифровой индикации.

Рис. 43. Монтажная плата игрового автомата "Угадай число"

Теперь смонтируйте на плате, счетчик К155ИЕ2 (DD2), соедините его выходы с соответствующими адресными входами дешифратора и подайте на вход С1 счетчика сигнал от генератора на элементах DD1.1-DD1.3. Частота следования импульсов может быть 1...3 Гц. Что показывает индикатор? Цифры от 0 до 9, но зажигающиеся поочередно. Так и должно быть: одноразрядный счетчик импульсов считает до 9, переполняется и тут же начинает с 0 пересчитывать следующую серию входных импульсов.

ИГРОВОЙ АВТОМАТ "УГАДАЙ ЧИСЛО"

Получившийся одноразрядный счетчик с блоком индикации и генератором импульсов можно превратить в игровой автомат с условным названием "Угадай число". Для этого достаточно заменить электролитический конденсатор С1 генератора импульсов керамическим или бумажным конденсатором емкостью 0,068...0,1 мкФ и подключить к нему кнопочный выключатель SB1, показанный на рис. 42 штриховыми линиями. Детали игрового автомата можно смонтировать на плате размерами примерно 100x50 мм (рис. 43) из любого изоляционного материала, придерживаясь схемы на рис. 42.

Как работает такой автомат и какова задача играющих?

Пока кнопка выключателя SB1 не нажата, генератор вырабатывает импульсы сравнительно большой частоты и, естественно, цифры индикатора практически не просматриваются. После того как каждый из играющих назовет загаданную цифру от 0 до 9, ведущий игру нажимает кнопку. Колебания генератора срываются, и в индикаторе высвечивается случайная цифра. Выигрывает тот, кто угадает больше цифр, скажем, из 10 попыток.

РЕЛЕ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ

Реле времени, называемые также таймерами, предназначаются для включения и автоматического выключения питания различных электроприборов через заранее установленную выдержку времени. Такие электронные автоматы наиболее широко используются при фотопечати, для включения на определенное время бытовой техники, питающейся от электроосветительной сети, что исключает лишний расход электроэнергии.

Предлагаемое реле времени на знакомых вам цифровых микросхемах питается от сети переменного тока и позволяет устанавливать такие выдержки времени трех поддиапазонов: от 0,05 до 12,5 с через каждые 0,5 с; от 0,5 до 127,5 с через 0,5 с; от 0,5 до 127,5 мин через 0,5 мин. Точность выдержки времени зависит от стабильности частоты тока электроосветительной сети.

Принципиальная схема реле времени показана на рис. 44. Не считая блока питания, его образуют следующие основные узлы: формирователь импульсов, делитель-формирователь образцовых интервалов времени, рабочий счетчик импульсов, дешифратор, управляющее и управляемое устройства. Из восьми микросхем, работающих в нем, пять - счетчики.

Формирователь импульсов представляет собой триггер Шмитта, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2. Через конденсатор С1 и резистор R1 на его

вход подается импульсное напряжение частотой 100 Гц, снимаемое с выхода двухполупериодного выпрямителя VD4 блока питания реле времени. В результа* те на выходе триггера Шмитта (вывод 6 элемента DD1.2 формируются прямоугольные импульсы частотой 100 Гц, которые поступают на вход четырехступен-ного делителя-формирователя образцовых интервалов времени. Микросхема DD2 делит частоту входных импульсов на 10, микросхема DD3 - еще на 10, микросхема DD4 - на 6 и микросхема DD5 - еще на 10. Выбор этих образцовых частот, соответствующих образцовым интервалам времени 0,1 с, 1с и 1 мин, осуществляется переключателем SA1 "Множитель".

Рабочий счетчик импульсов, поступающих от делителя-формирователя образцовых интервалов времени, образуют счетчики DD6 и DD7, соединенные между собой последовательно. С выходов этих микросхем импульсы через тумблеры SA2 - SA9 "Выдержка" поступают на входы микросхемы DD8, представляющей собой восьмивходовый логический элемент 8И-НЕ. В описываемом приборе он выполняет функцию дешифратора- уровень низкого напряжения на его выходе, служащий сигналом окончания выдержки времени, появляется лишь тогда, когда на всех его входах будут напряжения высокого уровня.

Необходимую длительность выдержек устанавливают переключателем SA1 и тумблерами (или кнопочными выключателями с фиксацией) SA2 - SA7. -Так, например, чтобы длительность выдержки была 1,6 с, переключатель SA1 надо установить в положение "хО,1 с" и замкнуть контакты тумблера SA7 (0,1x16=1,6 с). Как только на вход 6 дешифратора поступит с выходного вывода 9 счетчика DD7 импульс положительной полярности (в это время все другие входные выводы микросхемы DD8 свободны, что равнозначно подаче на них напряжения высокого уровня), на выходном выводе 8 дешифратора DD8 появится напряжение низкого уровня, которое через управляющее устройство остановит работу реле времени.

Функцию устройства управления выполняет RS-триггер, собранный на элементах DD1.3 и DD1.4. При нажатии на кнопку SB1 "Пуск" триггер устанавливается в единичное состояние-на его прямом выходе появляется напряжение высокого уровня, которое через резистор R6 открывает транзистор VT1, входящий в исполнительное устройство. В результате срабатывает электромагнитное реле К1, которое своими контактами (на схеме не показаны) включает электроприбор. Одновременно напряжение низкого уровня инверсного выхода триггера воздействует на R-входы всех счетчиков и устанавливает их в исходное рабочее состояние. С этого момента начинается отсчет длительности выдержки времени.

Рис.44. Принципиальная схема релевыдержки времени

Если, к примеру, замкнуты контакты тумблера SA7, а переключатель SA1 установлен в положение "xl с", то через 16 с на выводе 8 микросхемы DD8 появится напряжение низкого уровня, которое переключит RS-тригтер в нулевое состояние, отчего транзистор VT1 закроется, электромагнитное реле К1 отпустит и своими контактами отключит нагрузку реле времени от электросети.

Вообще же тумблеры SA2-SA9 "Множителя" позволяют значительно расширить диапазон выдержек времени от 0,05 с до 127,5 мин. Например, при установке переключателя SA1 в положение "xl с" и одновременном замыкания контактов тумблеров SA3, SA4 и SA5 длительность выдержки будет 7 с, а при установке переключателя SA1 в положение "1 мин" и замыкании контактов всех тумблеров SA2-SA9 выдержка составит 127,5 мин. Но, как показывает практика пользования подобным прибором, обычно одного из восьми тумблеров бывает достаточно для выбора необходимой выдержки времени.

Формирователь импульсов с делителем-формирователем образцовых интервалов времени, рабочий счетчик с дешифратором, триггер управления и транзистор VT1 с электромагнитным реле К1 можно смонтировать на одной общей плате (рис. 45), а блок питания-на другой плате, что позволит наиболее рационально разместить их в подходящем готовом или самодельном корпусе. Примером монтажа и данных сетевого трансформатора выпрямителя может служить блок питания описываемого ниже цифрового частотомера. Вообще же прибор можно питать от ранее сконструированного блока питания (см. рис. 20). Надо только между его выпрямительным мостом VD1 - VD4 и фильтрующим конденсатором С1 включить диод серии Д226 (как на рис. 44) с любым буквенным индексом.

Рис. 45 Монтажная плата реле времени

Все тумблеры и переключатель SA1 "Множитель" размещайте на лицевой стенке корпуса реле времени и сделайте возле них соответствующие надписи функционального назначения.

Электромагнитное реле К1 типа РЭС-47 (паспорт РФ4.500.409 или РФ4.500.419) либо другое аналогичное, надежно срабатывающее от источника постоянного тока напряжением 10...12 В.

Монтаж деталей на плате может быть как печатным, так и проволочным-все зависит от имеющихся материалов и опыта монтажных работ. Проводники цепей питания микросхем целесообразно разместить яа плате со стороны размещения (установки) микросхем (на рис. 45 обозначены непрерывными линиями, пересекающими печатные проводники), что при печатном монтаже уменьшит число неизбежных перемычек, а при проволочном-избавит от случайных-соединений монтажных проводников в местах пересечения.

Если детали предварительно проверены и монтаж выполнен точно по принципиальной схеме, реле времени настройки не требует. Проверить же работоспособность отдельных узлов можно с помощью знакомых вам светодиодного или транзисторного пробника и вольтметра постоянного тока.

ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

Конструирование этого измерительного прибора (рис. 46) должно стать для вас обобщением, сведением воедино и практическим применением знаний и навыков по основам цифровой техники. Прибор позволит измерять синусоидальные гармонические и импульсные электрические колебания частотой от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В, а также считать импульсы сигнала.

Рис. 46. Внешний вид цифрового частотомера

Рис. 47. Структурная схема частотомера

Структурная схема описываемого частотомера показана на рис. 47. Его образуют: формирователь импульсов сигнала измеряемой частоты, блок образцовых частот, электронный ключ, двоично-десятичный счетчик импульсов, блок цифровой индикации и управляющее устройство. Питается частотомер от сети переменного тока напряжением 220 В через двухлолупериодный выпрямитель со стабилизатором выпрямленного напряжения (на рис. 47 не показаны).

Действие прибора основано на измерении числа импульсов в течение определенного-образцового-интервала времени. Исследуемый сигнал подают на вход формирователя импульсного напряжения. На его выходе формируются электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте входного сигнала, которые поступают на электронный ключ. Сюда же через управляющее устройство, открывающее ключ на определенное время, поступают и импульсы образцовой частоты. В результате на выходе электронного ключа появляются пачки импульсов, которые далее следуют к двоично-десятичному счетчику. Логическое состояние двоично-десятичного счетчика, в котором он оказался после закрывания ключа, отображает блок цифровой индикации, работающий в течение времени, определяемого управляющим устройством.

В режиме счета импульсов управляющее устройство блокирует источник образцовых частот, двоично-десятичный счетчик ведет непрерывный счет поступивших на его вход импульсов, а блок цифровой индикации отображает результат счета.

Принципиальная схема частотомера показана на рис. 48. Многие узлы в нем вам уже знакомы. Поэтому рассмотрим более подробно лишь новые цепи и узлы прибора.

Формирователь импульсного напряжения представляет собой усложненный триггер Шмитта, собранный на микросхеме К155ЛД1 (DD1). Резистор R1 ограничивает входной ток, а диод VD1 защищает микросхему от перепадов входного напряжения отрицательной полярности. Подбором резистора R3 устанавливают нижний (наименьший) предел напряжения входного сигнала.

С выхода формирователя (вывод 9 микросхемы DD1) импульсы прямоугольной формы поступают на один из входов логического элемента DD11.1, выполняющего функцию электронного ключа.

В блок образцовых частот входят: генератор на элементах DD2.1-DD2.3, частота импульсов которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1, и семиступенный делитель частоты на микросхемах DD3-;DD9. Частота кварцевого резонатора равна 8 МГц, поэтому микросхема К155ИЕ5 (DD3) первой ступени делителя включена так, чтобы частота генератора делилась на 8. В результате частота импульсов на ее выходе (вывод 11) будет 1 МГц. Микросхема каждой последующей ступени делит частоту на 10. Таким образом, частота импульсов на выходе микросхемы DD4 равна 100 кГц, на выходе микросхемы DD5-10 кГц, на выходе DD6-1 кГц, на выходе DD7-100 Гц, на выходе DD8- 10 Гц и на выходе всего делителя (вывод 5 микросхемы DD9)-1 Гц.

Участок измеряемых частот устанавливают переключателем SA1 "Диапазон". В крайнем правом (по схеме) положении этого переключателя трехразрядный блок цифровой индикации фиксирует частоту до 1 кГц (999 Гц), во втором от него положении-до 10 кГц (9999 ГцХ в третьем-до 100 кГц (99999 Гц) и далее до 1 МГц (999 кГц), до 10 МГц (9,999 МГц). Для более точного определения частоты сигнала приходится выбирать переключателем соответствующий поддиапазон измерения, постепенно переходят от более высокочастотного участка к низкочастотному. Так, например, чтобы измерить частоту звукового генератора, надо установить переключатель сначала в положение "х!0 кГц", а затем переводить его в сторону меньших образцовых частот.

Рис. 49. Графики, иллюстрирующие работу управляющего устройства цифрового частого, мера

Управляющее устройство, работу которого иллюстрируют графики, приведенные на рис. 49, состоит из.В-тригге-ров DD10.1 и DD10.2, микросхемы DD10, инверторов DD11.3, DD11.4 и транзистора VT1, образующих усложненный ждущий мультивибратор. На вход С D-триггера DD10.1 поступают импульсы с блока образцовых частот (рис. 49, а). По фронту импульса образцовой частоты, установленной переключателем SA1, этот триггер, работающий в режиме счета на 2, переключается в единичное состояние (рис. 49, 6) и напряжением высокого уровня на прямом выходе (вывод 5) открывает электронный ключ DD11.1. С этого момента импульсы напряжения измеряемой частоты проходят через электронный ключ, инвертор DD11.2 и поступают непосредственно на вход С1 (вывод 14) счетчика DD12. По фронту следующего импульса триггер DD10.1 принимает исходное состояние и переключает в единичное состояние триггер DD10.2 (рис. 49, в). В свою очередь триггер DD 10.2 низким уровнем напряжения на инверсном выходе (вывод 8) блокирует вход управляющего устройства от воздействия импульсов образцовой частоты, а высоким уровнем напряжения на прямом выходе (вывод 9) запускает ждущий мультивибратор. Электронный ключ закрывается напряжением низкого уровня на прямом выходе триггера DD10.1. Начинается индикация числа импульсов в пачке, поступивших на вход двоично-десятичного счетчика.

С появлением напряжения высокого уровня на прямом выходе триггера DD10.2 через резистор R5 начинает заряжаться конденсатор СЗ. По мере его зарядки увеличивается положительное напряжение на базе транзистора VT1 (рис. 49, г). Как только оно достигнет примерно 0,6 В, транзистор открывается, напряжение на коллекторе уменьшается почти до 0 (рис. 49, д). Появляющееся при этом на выходе элемента DD11.3 напряжение высокого уровня воздействует на входы RO микросхем DD12, DD14 и DD16, в результате чего двоично-десятичный счетчик импульсов сбрасывается в нулевое состояние, отчего результат измерения прекращается. Одновременно напряжение* низкого уровня, появившееся коротким импульсом на выводе 11 инвертора DD11.4 (рис. 49, е), переключает триггер DD10.2 и ждущий мультивибратор в исходное состояние и конденсатор СЗ разряжается через диод VD2 и элемент DD10.2. С появлением на входе триггера DD10.1 очередного импульса образцовой частоты начинается следующий цикл работы прибора в режиме измерения (рис. 49, ж).

Счетчик DD12, дешифратор DD13 и газоразрядный цифровой индикатор HG1 образуют младшую счетную ступень частотомера. Последующие счетные ступени называют старшими. В законченной конструкции частотомера индикатор HG1-крайний справа, влево от него следуют индикаторы HG2 и HG3. Первый из них высвечивает единицы, второй-десятки, третий-сотни частот данного поддиапазона измерения, выбранного переключателем SA1.