Материал: Применение интегральных схем (1984)

6.4. Два простых декадных счетчика

Двоично-десятичный счетчик производит счет в виде дво­ичных 0 и 1 Поскольку большинство людей не любит опери­ровать двоичными числами, иногда необходимо преобразо­вать двоичный отсчет в более понятную десятичную форму.

Две схемы рассматриваемые в данном разделе, произво­дят перевод двоично-десятичных кодов в определенную форму десятичного отсчета. Каждое двоичное число преобразуется в схемах в сигнал, обеспечивающий включение одного из 10 светодиодов Таким образом, при работе любой из этих схем можно наблюдать последовательное включение светодиодов, обозначающих числа от 0 до 9.

В счетчике на рис. 6.6 используется микросхема двоично-десятичного счетчика, обеспечивающего выработку двоичных знаков которые поступают в микросхему ИС₃, Последняя производит включение одного из 10 светодиодов, обозначен­ных цифрами от 0 до 9. По принципу работы эта схема сход­на с шестнадцатеричным счетчиком на рис. 6.3 и отличается тем что образует на выходе 10 обычных десятичных цифр, а не 16 знаков шестнадцатеричной системы счисления.

По всем внешним признакам схема на рис. 6.7 работает аналогично, последовательно включая 10 светодиодов. Одна­ко в этом счетчике как отсчет, так и декодирование произво­дится одной и той же микросхемой ИС₃. Единственный недо­статок этой интегральной схемы состоит в том, что она не может вырабатывать достаточный ток для включения свето­диодов с номинальной яркостью свечения, в силу чего необ­ходимо введение усилительных схем. В то же время выпол­нение этой интегральной схемы на дополняющих МОП-транзисторах позволяет использовать источники питания напря­жением 5 — 12 В. Устройство на рис. 6.6 не имеет этого преимущества, поскольку в нем использованы транзисторно-транзисторные логические микросхемы, требующие напряже-ния питания в пределах 5 — 6 В.

Рис. 6.6. Декадный счетчик на транзисторно-транзисторных логических схемах.

Д₁ — Д₁₀ — светодиод с красным свечением; ИC₁ — таймер типа 555; ИС₂ — двоично-десятичный счетчик типа 7490- ИСз — дешифратор из 4 в 16 типа 74154; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₂ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄ — резистор 150 Ом 6,25 Вт; C₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Рис. 6.7. Декадный счетчик на дополняющих МОП-транзисторах.

Д₁ — Д₁₀ — светодиод с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — декадный счетчик типа 4017; ИС₃, ИС₄ — шесть буферных инверторов типа 4049; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₂ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄, R₅ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R_s — ре­зистор 150 Ом, 0,25 Вт; C₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35В; Клг — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Еще одним преимуществом схемы на рис. 6.7 является на­личие в ней двух переключателей для ручного управления. Переключатель «Стоп/Пуск» позволяет останавливать про­цесс отсчета в любой момент. При нахождении этого переключателя в положении «Стоп» на светодиодном индика­торе можно видеть последний отсчитанный знак, с которого возобновляется отсчет при переводе переключателя в поло­жение «Пуск». Кнопка «Сброс» позволяет в любой момент произвести установку счетчика на нуль и при этом практи­чески без остановки процесса отсчета.

Остановка отсчета и установка нуля в этом случае произ­водятся за две операции. Во-первых, процесс отсчета оста­навливается при установке переключателя «Стоп/Пуск» в по­ложение «Стоп», после чего установка нуля происходит при нажатии Кнопки «Сброс». Возобновление работы счетчика происходит при отпускании кнопки «Сброс» и возврате пе­реключателя в положение «Пуск».

6.5. Декадные счетчики с цифровыми индикаторами

Хотя наблюдать 10 быстро и последовательно включаю­щихся и выключающихся светодиодов забавно, декадный счетчик с 10 различными светодиодами в значительной мере устарел. Для нашего времени более подходит отсчет на од­ном индикаторе с воспроизведением в виде настоящих араб­ских цифр.

Можно представить себе, как было трудно, если бы цифры во всех счетно-решающих устройствах, цифровых часах и современных электронных кассовых аппаратах отображались с помощью 10 мигающих светодиодов. Более удобно исполь­зовать 7-сегментный индикатор для каждой декады. В таких индикаторах, знакомых большинству читателей, используют­ся семь отрезков, подсвечиваемых светодиодами и располо­женных в форме цифры «8».

При подсвете (включении) всех семи сегментов воспроиз­водится цифра 8, а их включение в других комбинациях дает все цифры от 0 до 9.

Устройство, показанное на рис. 6.8, позволяет воспроизво­дить результаты отсчета, выполняемого двоично-десятичным счетчиком, в форме цифр, образуемых из семи сегментов. Как и в ранее описанных в данной главе счетчиках, здесь исполь­зуется микросхема таймера типа 555 для выработки такто­вых импульсов, {которые в двоично-десятичном счетчике обеспечивают отсчет от 0 до 9. Однако счетчик ИС₂ в этом уст­ройстве вырабатывает двоично-кодированную группу знаков, что потребовало введения еще одной микросхемы для пре­образования двоичных кодов в коды для: 7-сегментного индикатора. Эти функции выполняет ИС₃ — преобразователь из двоично-десятичного в сегментный код.

Рис. 6.8. Цифровой счетчик с однозначным индикатором.

И₁ — 7-сегментиый индикатор; ИС₁ — таймер типа 555: ИС₂ — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИС₃ — преобразователь двоично-десятичного кода в ?-сегментный типа 7447; Ri — потенциометр 1 МОм; R$ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R_t — Rio — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; d — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В.

Для нормальной работы в данном счетчике 7-сегментный индикатор должен иметь общий анод. Штырьковые выводы индикатора располагаются снизу, как и в стандартных микро­схемах. На рис. 6.8 выводы обозначены прописными буквами от «а» до «g»., поскольку иногда в каталогах под одним и тем же номером приводятся индикаторы с разной нумерацией выводов. Для правильного определения номеров выводов необходимо пользоваться паспортом, прилагаемым к индика­тору, при этом надо найти номера штырьков, соответствую­щих сегментам от «а» до «g». После правильного подключе­ния на индикаторе будут воспроизводиться цифры от 0 до 9, а при помощи регулятора частоты можно устанавливать час­тоту воспроизведения от 0,1 до 10 Гц. Непрерывное воспро­изведение одной цифры «8» обозначает обычно, что счетчик работает так быстро, что все цифры сливаются в одну,

6.6. Однодекадный цифровой счетчик событий

Счетчиком событий является любое счетное устройство, определяющее число каких-либо происходящих событий. На­пример, на шарикоподшипниковом заводе счетчик событий на сборочной линии подсчитывает количество готовых шарико­подшипников.

Все описанные выше счетчики работают автоматически от автогенератора. Таким образом, они производят подсчет чис­ла импульсов, вырабатываемых автогенератором. Вместе с тем было бы интереснее каким-либо образом управлять процессом отсчета.

На рис. 6.9 приведена схема счетчика, который отсчиты­вает количество нажатий кнопочного переключателя. Отсчет, воспроизводимый на однознаковом 7-сегментном индикаторе, возрастает на единицу при каждом нажатии кнопочного пе­реключателя «Отсчет». Для установки счетчика обратно на нуль нажимается кнопочный переключатель «Сброс». Та­ким образом производится полное управление процессом отсчета.

Некоторые сведения о применении 7-сегментного индика­тора приведены в разделе 6.5. Следует обратить особое вни­мание на определение нумерации штырьковых выводов по паспортным данным индикатора и соответствие этой нумера­ции буквенным обозначениям от «а» до «g» на схеме,

Рис. 6.9. Однозначный счетчик событий.

И₁ — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; Hd — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИС₃ — преобразователь двоично-десятичного кода типа 7447; Ri — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R₂ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R₄ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Rs — Rn — резистор 150 Ом, 0,25 Вт; С,, С₂ — конденсатор 0,1 мкФ, 50 В; Кл,, Кл₂ — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

6.7. Универсальный однодекадный счетчик

Счетчик, показанный на рис. 6.10, способен выполнять ряд функций, которые практически невозможно реализовать в простых счетчиках. Например, этот счетчик может считать в двух направлениях: прямо от 0 до 9 и в обратном порядке от 9 до 0. Направление отсчета определяется положением пе­реключателя «Прямо/Обратно».

Рис. 6.10. Универсальный однозначный счетчик.

И₁ — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; HC₁ — таймер типа 555; ИС2 — двоично-десятичный счетчик типа 74190; ИСз — преобразователь двоично-десятичного в 7-сегментный код типа 7447; ИСд — четыре двухвходовых логических вентиля ИЛИ-НЕ типа 7402; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₂ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄ — Re, Ли — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R₇ — R₁₃, — рези­стор 150 Ом, 0,25 Вт; C₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35В; Кль Кл₂ — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; Кл₃. Кл₄ — однопозиционный переключатель.

Работа этого счетчика может быть остановлена в любой момент отсчета путем перевода переключателя «Отсчет/Стоп» в положение «Стоп». Возврат этого переключателя в поло­жение «Отсчет» обеспечивает возобновление процесса отсчета с точки, где он был остановлен.

Наконец, этот универсальный счетчик может быть уста­новлен в состояние 0 или 9. Нажатие кнопки «Установка О» обеспечивает автоматическую установку 0 независимо от то­го, в какой точке отсчета находится счетчик, а нажатие кнопки «Установка 9» обеспечивает немедленный перевод отсчета на 9.

Возможность установки счетчика на 0 в любой момент является очень полезной при его использовании в режиме прямого отсчета, а установка 9 может пригодиться для об­ратного отсчета, начиная с 9.

Описанный счетчик работает самостоятельно, однако его можно переделать в счетчик событий, заменив радиокомпо­ненты ИС₁, R₁, R₂, R₃ и C₁ на радиокомпоненты ИС₁, Кл₁, R₁, R₂, R₃ и С₂ схемы запуска, показанной на рис. 6.9,

6.8. Счетчик обратного отсчета («Пуск ракеты»)

Счетчики могут использоваться не только для воспроиз­ведения отсчитываемых чисел. Поскольку на отсчет чисел затрачивается определенное время, счетчик можно использо­вать в качестве времязадающего устройства. В частности, речь идет об использовании счетчика с обратных отсчетом от 9 до 0, который при достижении нуля включает реле, а вместе с ним и какой-либо процесс.

Рис. 6.11. Дополнительная схема к счетчику (рис. 6.10) для автоматиче­ского запуска модели ракеты.

T₁ — маломощный n-р-n — транзистор; R₁₅ — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R₁₆ — рези­стор 22 кОм, 0,25 Вт; P₁ — двухпозиционное реле с напряжением обмотки 6 В (H.3. — контакт нормально замкнутый, Н. Р. — контакт нормально разомкнутый).

Принцип действия описанного здесь устройства заклю­чается в том, чтобы произвести отсчет от 9 с интервалами 1 с до 0 и осуществить запуск ракеты автоматически по зна­комой всем команде «9, 8, 7, 6, ,.,, О, Пуск!» Для выполне­ния этого необходимо сначала изготовить универсальный счетчик, показанный на рис. 6.10, а затем подключить к нему схему, приведенную на рис. 6.11.