Материал: Применение интегральных схем (1984)

Предупреждение! Перед применением в модели ракеты устройство, выполненное по схеме на рис. 6.11, должно быть тщательно проверено. При проверке воспламенитель заменяет­ся лампой накаливания с тем же напряжением питания, что и в пусковой батарее макета ракеты.

В устройстве на рис. 6.11 при проверке необходимо по­ставить переключатель Кл₅ в положение «Безопасно» и под­ключить его к счетчику на рис. 6.10. При этом нужно иметь два отдельных источника питания: батарею напряжением 6 В для счетчика и пусковую батарею ракеты. Отметим, что транзистор Т₁ в схеме на рис. 6.11 будет питаться от источ­ника питания счетчика, показанного на рис. 6.10.

По окончании подготовки к проверке переключатель Кл₃ на рис. 6.10 следует поставить в положение «Стоп», а пере­ключатель Кл₄ — в положение «Обратно». При нажатии кнопки «Установка 9» на индикаторе должна появиться цифра «9», но воспламенитель при этом должен быть обесто­чен. В противном случае необходимо снова проверить весь монтаж схемы.

При нормальной работе переключатель Кл₃ переводится в положение «Отсчет», при этом должны соответствующим образом меняться цифры на индикаторе. В случае необходи­мости с помощью регулятора частоты следует установить период смены цифр, равный ~ 1 с. В процессе такой проверки и регулировки счетчик должен отсчитывать от 9 до 0 и за­тем обратно до 9 непрерывным повторением такого цикла. Каждый раз, когда счетчик доходит до 0, можно слышать и видеть замыкание контактов реле, что служит подтвержде­нием нормальной работы схемы.

При последующей операции проверки производится оста­новка счетчика путем перевода переключателя Кл₃ в поло­жение, «Стоп» и затем перевод счетчика на 9 с помощью кнопки «Установка 9». Далее переключатель Клз переводит­ся в положение «Работа», при этом схема готова к имитации пуска. При замене электрозапала на небольшую лампу включение последней свидетельствует о возможности пуска ракеты.

Для имитации пуска необходимо перевести переключа­тель Кл₃ в положение «Отсчет», после чего устройство долж­но срабатывать самостоятельно. При этом на индикаторе будет происходить обратный отсчет цифр и при появлении цифры «О» осуществится «пуск».

При работе с устройством на пусковой площадке необ­ходимо помнить, что переключатель «Безопасно/Работа» должен находиться в положении «Безопасно» до момента, пока счетчик не остановится на цифре «9». Перевод этого переключателя в положение «Работа» производится только перед включением автоматического обратного отсчета.

Глава 7 трехдекадные счетчики

На практике однодекадные счетчики имеют довольно ог­раниченные возможности применения, поскольку счет только в пределах от 0 до 9 мало где можно использовать.

В данной главе рассматриваются несколько счетчиков, имеющих диапазон отсчета более чем одну декаду, в част­ности трехдекадные счетчики, которые позволяют вести от­счет от 0 до 999. Принцип их действия весьма схож с прин­ципом действия однодекадного счетчика, а счетные возмож­ности расширены на две декады.

Еще несколько лет назад было трудно рекомендовать на­чинающим радиолюбителям изготовление трехдекадных счет­ных схем, поскольку в то время для их реализации было необходимо использовать не менее пяти-шести микросхем. С появлением микросхем со средним уровнем интеграции и освоением новой технологии производства стало возможно собирать подобные счетчики всего на трех-четырех микро­схемах. В микросхемах, указанных в данной главе, содер­жится большое количество различных электронных схем, что позволяет изготовлять на их основе много интересных устройств.

Нельзя сказать, что рассмотренные здесь трехдекадные счетчики являются весьма простыми, поскольку они относят­ся к наиболее сложным устройствам, описанным в данной книге. Однако если тщательно соблюдать все правила сбор­ки и проверки, то радиолюбитель может изготовить устрой­ства, которые будут работать нормально.

Рекомендуется за один раз собирать только один каскад и до перехода к дальнейшей сборке производить его про­верку и наладку. Такая методика весьма полезна для сборки любых схем, поскольку гораздо легче выявить и устранить неисправность в одной простой схеме, чем в нескольких со­единенных схемах.

7.1. Трехзначный индикатор

Рассматриваемый в данном разделе трехзначный индика­тор может использоваться с любым счетчиком, описанным в данной главе. Сам по себе индикатор не представляет боль­шого практического интереса. Однако, учитывая данную выше рекомендацию о сборке и наладке отдельно каждого каскада, следует считать его полезным устройством, с по­мощью которого обеспечивается контроль состояния каждой декады счетчика.

Схема индикатора приведена на рис. 7 1, и для начинаю­щего радиолюбителя она может показаться достаточно сло­жной. Однако, как и для многих современных электронных схем, особенно цифровых, устройство, которое кажется очень сложным, в действительности представляет собой соединение однотипных простых узлов, повторяющихся много раз.

Нужно заметить, что данная схема может быть разде­лена примерно на три одинаковых каскада — по одному на каждый 7-сегментный индикатор. Если взять только один из индикаторов, транзистор в его анодной цепи и резистор в цепи базы транзистора, то схема окажется совсем не слож­ной.

При дальнейшем изучении схемы можно отметить, что одноименные сегменты всех трех индикаторов (три сегмен­та «6», три сегмента «с» и т. д.) соединены между собой. С технической точки зрения одинаковые сегменты каждого индикатора соединяются друг с другом параллельно, и един­ственным отличием одного индикатора от другого является использование транзисторов разного типа в анодных цепях.

Пусть радиолюбитель на минуту убедит себя, что в прин­ципе схема является не очень сложной. После этого следует изучить схему соединений и тогда монтажные работы пой­дут гораздо легче.

Номера выводов 7-сегментных индикаторов на рис. 7.1 не показаны. Это объясняется тем, что радиолюбитель может приобрести индикаторы с разной нумерацией выводов. Бук­венное обозначение «Анод» и сегментов является стандарт­ным, так что, используя обозначения выводов в паспорте индикатора, можно всегда определить действительную ну­мерацию выводов.

При подключении 7-сегментных индикаторов к макету и подсоединении сегментов следует соблюдать определенную методическую последовательность, ибо чем методичнее бу­дет вестись монтаж, тем меньше вероятность допустить ошиб­ку. Например, следует соединить сегмент «а» индикатора И₁ с сегментом «а» индикатора И₂ и с сегментом «а» индикатора И₃. Завершает эту довольно простую операцию соединение сегмента «а» индиктора И₃ с одним выводом резистора R₁₀. То же самое следует проделать с монтажом остальных ше­сти сегментов. По окончании монтажа следует зафиксиро­вать, какой резистор подпаивается к тому или иному сег­менту индикаторов, так как это будет иметь важное значе­ние для правильной работы схемы. Поэтому радиолюбителю рекомендуется сделать маркировку резисторов буквенными обозначениями сегментов, показанными на рис, 7.U После подключения всех сегментов и резисторов следует вставить в макет три р-n-р—транзистора и подпаять их выводы.

Рис. 7.1. Принципиальная схема трехдекадного 7-сегментного индикатора.

И₁ — И₃ — 7-сегментный индикатор на светодиодах с общим анодом; Т₁ — Т₃ — маломощный р-n-р — транзистор; R₁ — R₃ — резистор 22 кОм, 0,25 Ви R₄-R₁₀ - резиетор 150 Ом, 0,25 Вт

Теперь настало время проверить, насколько тщательно выполнены монтажные работы. Для этого следует подклю­чить положительный вывод источника питания к эмиттерам транзисторов. Как показано на схеме, эмиттеры всех транзи­сторов соединены между собой, так что для подключения к источнику питания требуется только один провод. Для про­верки может использоваться любой источник напряжением 5 — 12 В. При этом чем выше напряжение, тем ярче будет светиться индикатор.

Для подключения к отрицательному выводу («земля») источника питания необходимы два отдельных провода или зажима, один из которых соединяется поочередно с одним из выводов индикатора, а другой — со входом одной из цепей резистор — сегмент.

При подключенном к эмиттерам транзисторов положи­тельном выводе источника питания соединение одного из за­земленных проводов с выводом Инд₁ не дает никакого эф­фекта. Если после этого второй заземленный провод под­ключается к свободному выводу резистора R₁₀, то при пра­вильно выполненном монтаже должен включиться верхний сегмент индикатора Иь Таким образом, заземленный про­вод, подключаемый к выводу Индь обеспечивает выбор од­ного из трех индикаторов, а второй заземленный провод — выбор сегмента этого индикатора.

Если ни один сегмент не зажигается, следует проверить включение источника питания и правильность установки его напряжения, для чего можно использовать обычный вольт­метр. Если включается не верхний, а другой сегмент, то это говорит о том, что перепутаны некоторые проводники при соединении выводов сегментов. В этом случае следует за­земленным проводом попеременно прикасаться к выводам от различных сегментов, пока не будет найден вывод, обе­спечивающий включение верхнего сегмента.

Далее, при заземленном выводе Инд! следует последо­вательно заземлить выводы каждого сегмента, при этом каждый раз на индикаторе hi должен включаться соот­ветствующий сегмент, согласно обозначению, показанному на рис. 7.2. При этом следует помнить, что включаться бу­дут только отдельные сегменты, но не целые цифры.

Аналогичным образом производится проверка индикатора И2, но теперь заземленный провод подсоединяется к выводу Инд₂. Затем так же проверяется индикатор Из. В процессе проверки следует сразу устранять все недостатки и неис­правности, поскольку неисправность не устранится сама со­бой, а снова отыскивать ее будет труднее.

Для окончательной проверки следует временно соеди­нить между собой все выводы «Инд» и подключить их к отрицательной клемме источника питания. Если теперь дру­гим заземленным проводом последовательно касаться выво­дов сегментов, то при этом соответствующие сегменты будут зажигаться сразу во всех трех индикаторах. Так, при за­землении вывода сегмента «а» во всех индикаторах зажи­гается верхний сегмент, при заземлении выводов сегмента «&» — правый верхний сегмент. Таким образом, ориенти­руясь по схеме на рис. 7.2, необходимо проверить все семь сегментов. После проверки следует отключить заземленные провода от выводов «Инд», после чего индикатор готов к применению в счетчиках.

Рис. 7.2. Стандартный рисунок 7-сегментного ин­дикатора на светодиодах.

7.2. Трехдекадный счетчик с уплотнением

Радиолюбитель, вероятно, заметил, что трехзначный ин­дикатор, показанный на рис. 7.1, нельзя использовать само­стоятельно. Он должен подключаться к другому устройству, которое вырабатывает сигналы логического нуля (заземле­ние), обеспечивающие воспроизведение цифр на 7-сегментных индикаторах.

Схема на рис. 7.3 вырабатывает счетные коды, необхо­димые для работы индикатора, и после сборки ее можно подключить к индикатору, как показано на рис. 7.3. Источ­ник, питания следует подсоединить лишь после окончания сборки всего устройства.

Рис. 7.3. Трехдекадный счетчик.

ИС₁ — таймер типа 555; ИС2 — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИСз — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сегментный типа 4543 или МС14543; R₁ — резистор 1 МОм, 0.25 Вт; R₂ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С₁ — тан­таловый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С₂ — конденсатор 0,01 мкФ.

При правильном выполнении всех соединений на инди­каторе будет происходить отсчет цифр с периодичностью ~ 1 с. При этом все цифры должны быть хорошо распозна­ваемы и похожи на изображения цифр от 0 до 9. Если одна или более цифр выглядят неправильно, это может означать, что радиолюбитель перепутал какие-то соединения (обозна­ченные от «а» до «g») между счетчиком и индикатором. Если одна и та же цифра воспроизводится на всех трех декадах, необходимо проверить правильность подсоединения конденсатора С₂. Если цифры следуют не в порядке очеред­ности (например, 125 после 115), то это может быть связано с неправильным соединением выводов «Инд» между счетчи­ком и индикатором. Изображение неменяющихся цифр на всех трех декадах свидетельствует об отказе микросхемы синхронизатора ИC₁ в счетчике. При этом следует также про­верить правильность соединения выводов установки нуля, включения и разрешения в ИС₂.

В любом случае наиболее вероятными причинами всех этих неисправностей в счетчике являются ошибки в соеди­нениях. Если никаких неисправностей не возникло, то либо радиолюбителю очень повезло, либо он отличный техник-мон­тажник. Необходимо хорошо отладить эту схему, прежде чем пытаться изготовлять другие устройства, описанные в дан­ной главе.

Основная цель сборки и наладки схемы на рис. 7.3 — дать возможность радиолюбителю получить некоторые на­выки и уверенность в работе со схемой, которая несколько сложнее, чем большинство из описанных в книге устройств. В процессе наладки схемы можно заметить некоторые не­достатки. Во-первых, схема не гарантирует начало отсчета с 000 после каждого включения источника питания. Факти­чески при этом могут устанавливаться различные начальные состояния счетчика, что может быть нежелательным для ра« диолюбителя.

Рис. 7.4. Усовершенствованный трехдекадный счетчик.

ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС1455 ; ИСз — преобразователь двоично-десятичного хода в 7-сег­ментный типа 4543 или МС14543; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₁ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт, R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₄ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; C₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; d — конденсатор 0,01 мкФ; С₃ — конденсатор 0,1 мкФ_.

Во-вторых, схема производит отсчет с постоянной часто-той около 1 Гц. Было бы лучше, если бы в ней была предусмотрена возможность произвольного регулирования часто-ты, в том числе точной установки периода 1 с. Устранение этих трудностей несколько усложняет схему, но теперь ра­диолюбитель уже готов к этому.

7.3. Трехдекадный счетчик событий

Описанные выше в данной главе счетчики можно доволь­но легко переделать в Трехдекадный счетчик событий, спо­собный считать до 999. Для этого нужно только изменить режим работы синхронизатора типа 555. Вместо того чтобы использовать любую произвольно выбираемую тактовую ча­стоту, можно сделать так, чтобы синхронизатор вырабаты­вал один импульс счета каждый раз, когда нажимается кноп­ка «Отсчет» (см. рис. 7.5). Эта схема при включении элек­тропитания начинает отсчет с нуля, т. е. счетчик устанавливается на нуль каждый раз, когда переключатель Кл1 пе-» реводится из положения «Сброс» в положение «Вкл».

Рис. 7.5. Трехдекадный счетчик событий.

ИC₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИС₃ — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сег-м-ентный типа 4543 или МС14543; Д[ — маломощный выпрямительный диод; Ri — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₂, R₃ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я₄ — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; Ci, С₃, С₄ — конденсатор 0,1 мкФ; С₂ — конденсатор 0,01 мкФ; Кл₂ — нормально разомкнутый кнопочный пере­ключатель.

После этого отсчет происходит при каждом нажатии на кнопку «Отсчет». Схема счетчика сконструирована таким об­разом, что для получения каждого следующего отсчета (из­менения выходного числа на единицу) необходимо отпустить и нажать кнопку. Иными словами, при удержании кнопки «Отсчет» в нажатом состоянии счет продолжаться не будет,

После того как схема будет собрана и готова к проверке, следует поставить переключатель К.Л1 в положение «Сброс» (т. е, «выключено»). При этом на трехзначном индикаторе, подключенном к схеме, ничего не воспроизводится. При пе­реводе переключателя в положение «Вкл» на индикаторе должны воспроизвестись три нуля, которые остаются, пока не будет нажата кнопка «Отсчет», после чего на индикаторе по­является цифра «1». Далее при каждом нажатии кнопки по­казания индикатора должны возрастать на единицу, Для установки счетчика на нуль и возобновления отсчета не­обходимо на 1 — 2 с поставить переключатель Кл1 в положе­ние «Сброс».

7.4. Простой цифровой секундомер

Для рассматриваемого здесь практического применения секундомером называется счетчик, который можно устано­вить на нуль и держать в нулевом положении отсчета в те­чение любого периода времени. По истечении этого периода счетчик начинает отсчет с постоянной частотой до момента, пока другим переключателем не будет остановлен отсчет. При этом на индикаторе будет воспроизводиться величина ис­текшего периода времени.

Рис. 7.6. Трехдекадный секундомер.

ИC₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 3-декадный двоично-десятичный счетчик типа МС14553; ИС₃ — преобразователь двоично-десятичного кода в 7-сег-меытный типа 4543 или МС14543; R₁ — потенциометр 1 МОм; ri — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; К₃ — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R₄, Rs — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; С₁ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С₂ — конденсатор 0,01 мкФ; С₃ — конденсатор 0,1 мкФ

Такую работу секундомера довольно удовлетворительно выполняет схема на рис. 7.6. Этот счетчик не дает такой вы­сокой точности, как часы-секундомер, но его вполне можно использовать для контроля времени при различных процес­сах, не требующих высокой точности.

Внимательный читатель, должно быть, заметит, что эта схема весьма похожа на схему трехдекадного счетчика со сбросом при включении электропитания, который показан на рис. 7.4. Действительно, обе схемы имеют много общего.