Материал: Применение интегральных схем (1984)

В данной главе рассмотрено несколько счетчиков различ­ных видов. Разработку некоторых из них целесообразно вы­полнить в целях самообучения, тогда как другие можно приспособить для решения весьма полезных задач. Должно быть, радиолюбитель захочет бегло ознакомиться со всеми счетчиками, прежде чем решить, какие из них годятся только для повышения его собственной квалификации, а какие мо­гут иметь конкретные применения.

В любом случае следует попробовать изготовить такие устройства. Даже после изготовления самых разнообразных счетчиков по прошествии многих лет я продолжаю испыты­вать удовлетворение каждый раз, когда мне приходится. ис­пользовать один из давно изготовленных мною счетчиков.

6.1. Четырехразрядный двоичный счетчик

Электронные схемы и особенно цифровые электронные схемы лучше всего умеют считать в двоичной системе счисле­ния, в которой используются всего две цифры — 0 и 1. Элект­ронные схемы, в которых реализована двоичная система счисления, имеют два состояния «включено» — «выключено»,

В то время как люди предпочитают считать по стандарт­ной десятичной системе счисления, использующей 10 различ­ных цифр (символов), электронные схемы могут справиться с этим с большим трудом. Короче говоря, электронные схемы обычно имеют дело с двумя простейшими понятиями — «вклю­чено» — «выключено», которые обычно представляются циф­рами 1 и 0.

Схема, представленная на рис. 6.1, называется четырех­разрядным двоичным счетчиком и производит отсчет в двоич­ной системе счисления. На каждом из четырех выходов такой схемы устанавливаются нули и единицы, так что схема спо­собна формировать 16 различных комбинаций нулей и еди­ниц (см, табл. на рис. 6.2),

Однако 16 комбинаций нулей и единиц, т. е. 4-разрядный двоичный отсчет, мало что означает для неспециалиста. По­этому люди учатся представлению двоичных комбинаций в виде десятичных чисел. В табл. на рис. 6.2 дается представле­ние работы в трех системах счисления — двоичной, шестнадца-теричной и десятичной.

Естественно, что схема считает в двоичной системе, а ра­диолюбитель может научиться представлять ее двоичные со­стояния в более знакомой ему десятичной форме. Например, когда все светодиоды выключены, можно принять отсчет за нуль. С другой стороны, когда все светодиоды включены, можно принять, что двоичному числу соответствует десятич­ное число 15. Тогда все остальные числа будут находиться между этими предельными значениями.

Рис. 6.1, Принципиальная схема 4-разрядного двоичного счетчика.

Д₁ — Д₄ — светодиод с красным свечением; ИC₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 4-разрядный двоичный счетчик типа 7493; ИС₃ — шесть инверторов типа 7404; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₂ — резистор I кОм. 0,25 Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт, R₄ — R₇ — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С, — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Кл₁ — однополюсный двухпозиционный переключатель.

Шестнадцатеричная система счисления предполагает дру­гую трактовку 4-разрядных двоичных чисел. Эта система счисления имеет 16 символов, в том числе знакомые десятич­ные цифры от 0 до 9 и буквенные знаки А, В, С, D, Е и F. Интересно отметить, что специалисты по вычислительной тех­нике предпочитают оперировать шестнадцатеричными числами вместо двоичных.

Рис. 6.2. Таблица отсчета в 4-разрядном двоичном счетчике.

Схема на рис. 6.1 выполнена таким образом, что она от­считывает 4-разрядные двоичные числа со скоростью, регу­лируемой от 10 отсчетов в секунду до — 1 отсчета за 10 с. Если радиолюбителю удается следить за счетом, идущим с частотой 10 Гц, то он обладает довольно хорошей коорди­нацией зрения и мышления. Так что следует установить та­кую частоту отсчета, которая позволяет радиолюбителю сле­дить за счетом.

Переключатель Кл1 позволяет в любой момент останавли­вать счетчик и устанавливать его в исходное состояние — нуль. При его переводе в положение «Нормальный отсчет» отсчет начинается с нуля. Как показано на схеме, напряжение питания должно быть достаточно стабильным — в пределах 5 — 6 В. При меньших значениях напряжения нормальная по­следовательность счета будет нарушаться, а при напряже­ниях более 6 В возникает опасность перегрева и выхода из строя интегральных схем.

6.2. Шестнадцатеричный счетчик

Четырехразрядный двоичный счетчик на рис. 6.1 выраба­тывает 16 различных комбинаций двоичных нулей и единиц. Как указывалось в разделе 6.1, эти 16 комбинаций могут быть представлены в виде 16-значной счетной таблицы, из­вестной под названием шестнадцатеричного счета.

Рис. б.З. Принципиальная схема шестнадцатсричного счетчика.

Д₁ — Д₁₀ — светодиод с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 4-разрядный двоичный счетчик 7493; ИС₃ — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; ri — потенцио­метр 1 МОм; Я₂ — резистор 1 кОм,0,25Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄ — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

На рис. 6.3 подазана схема шестнадцатеричного счетчика, сравнение которой со схемой на рис. 6.1 позволяет выявить их существенное сходство. В обеих схемах используются практически одинаковые микросхемы HCi и ИС₂ с соответ­ствующими резисторами и конденсаторами. На рис. 6.3 4-раз­рядный двоичный счетчик подключается к двоично-шестнад-цатеричному преобразователю, выполненному на микро­схеме ИСз.

Однако микросхему ИСз обычно не называют двоично-шестпадцатеричным преобразователем. Это название используется здесь лишь потому, что ИС₃ выполняет аналогичные функции. Микросхему ИС₃ чаще называют дешифратором из 4 в 16. Однако независимо от названия главным является то, что она обеспечивает шестнадцатеричный отсчет от 0 до F.

Как и в двоичном счетчике на рис. 6.1, здесь можно регу­лировать скорость отсчета с помощью потенциометра и про­изводить установку нуля в любой момент с помощью пере­ключателя Кл_ь который ставится при этом в положение «Стоп/Сброс».

Обычно светодиоды в шестнадцатеричном счетчике рас­полагаются в виде прямой горизонтальной линии, начиная от «О» и вправо до «F». При высокой частоте отсчета такое рас­положение создает «бегущий» эффект — поочередное включе­ние светодиодов слева направо. Но при низких частотах можно наблюдать процесс отсчета в шестнадцатеричной си­стеме от 0 до F и обратно до 0.

6.3. Двоично-десятичные счетчики

Четырехразрядные двоичные счетчики вырабатывают ; 16 различных комбинаций из четырех нулей и единиц (рис. 6.1 и 6.2). Шестнадцатеричный счетчик преобразует вы­ходные комбинации 4-разрядного двоичного счетчи,ка в один из 16 знаков от 0 до F.

Рис. 6.4. Двоично-десятичный счетчик.

Д₁ — Д₄ — светодиод с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 4-разряд­ный двоичный счетчик типа 7493; ИС₃ — шесть инверторов типа 7404; Л,-потен­циометр 1 МОм; R₂ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₃ - резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄ — R₇ L резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С, - электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Двоичная и шестнадцатеричная системы счисления удов­летворяют потребностям ЭВМ и специалистов по вычислитель­ной технике. Однако большинство людей привыкли больше к десятичной системе счисления, в которой вместо 16 исполь­зуется 10 числовых знаков. Учитывая это, двоичные счетчики часто переделываются таким образом, чтобы отсчитывать как раз 10 различных состояний, соответствующих десятичным числам от 0 до 9.

На рис. 6.4 показан пример такой модификации обычного 4-разрядного двоичного счетчика, в результате которой счет производится двоичными цифрами от 0 до 9. Модификация эта довольно проста и по сравнению со схемой на рис. 6.1 заключается в соединении выводов 2 и 3 ИС₂ с выводами 9 и 11 этой же микросхемы вместо их подключения к переклю­чателю «Сброс».

В результате такой модификации счетчик -будет произво­дить отсчет от двоичного 0 (0000) до двоичной 9 (1001). Если радиолюбитель не знает, как осуществить перевод двоичных

знаков в десятичные, то можно воспользоваться таблицей на рис. 6.2. Очевидно, что схема будет считать от 0 до 9, но не больше 9.

Сравнение 4-разрядного двоичного счетчика на рис. 6.1 с двоично-десятичным счетчиком позволяет выявить в послед­нем один небольшой недостаток: выводы сброса на нуль в микросхеме ИС₂, используемые в двоичном счетчике для его сброса на нуль, выполняют здесь функции обеспечения счета от 0 до 9 Было бы неплохо иметь какой-либо элемент, обес­печивающий ручной сброс двоично-десятичного счетчика на нуль, однако в данной схеме такой возможности нет, Этот недостаток устранен в другом двоично-десятичном счетчике, показанном на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Двоично-десятичный счетчик со сбросом на нуль вручную.

Д₁ — Д₄ — светодиод с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — двоично-десятичный счетчик типа 7490; ИСз — шесть инверторов типа 7404; R₁ — потенцио­метр 1 МОм; R₂ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄ — R₇ — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Схема на рис. 6.5 весьма сходна со схемой на рис. 6.1, но ее принципиальным отличием является выполнение счета в двоично-десятичном коде вместо двоичного или шестнадца­теричного счета.