Jeder weiß, warum es einen Mikrorechner gibt, aber es stellt sich heraus, dass er neben mathematischen Berechnungen noch viel mehr kann. Bitte beachten Sie, dass wenn Sie die Taste „1“, dann „+“ und dann „=“ drücken, sich die Zahl auf dem Display mit jedem Drücken der Taste „=“ um eins erhöht. Warum nicht ein digitaler Zähler?

Wenn zwei Drähte an die „=“-Taste angelötet werden, können sie als Zählereingang verwendet werden, beispielsweise als Windungszähler für eine Wickelmaschine. Und schließlich kann der Zähler auch umkehrbar sein; dazu muss man zunächst eine Zahl auf dem Display eingeben, zum Beispiel die Anzahl der Windungen der Spule, und dann die „-“-Taste und die „1“-Taste drücken . Jedes Mal, wenn Sie nun „=“ drücken, verringert sich die Zahl um eins.

Es wird jedoch ein Sensor benötigt. Die einfachste Möglichkeit ist ein Reed-Schalter (Abb. 1). Wir verbinden den Reed-Schalter mit Drähten parallel zur „=“-Taste, der Reed-Schalter selbst steht auf dem stationären Teil der Wickelmaschine und wir befestigen den Magneten am beweglichen Teil, so dass der Magnet bei einer Umdrehung der Spule vorbeigeht einmal in die Nähe des Reed-Schalters, wodurch dieser schließt.

Das ist alles. Sie müssen die Spule aufwickeln, „1+“ ausführen und dann mit jeder Umdrehung, d. h. mit jeder Umdrehung, erhöhen sich die Anzeigewerte um eins. Sie müssen die Spule abwickeln – geben Sie die Anzahl der Windungen der Spule auf dem Display des Mikrorechners ein und geben Sie „-1“ ein. Mit jeder Umdrehung der Spule verringern sich die Anzeigewerte um eins.

Abb.1. Anschlussplan des Reedschalters zum Rechner.

Angenommen, Sie müssen eine große Entfernung messen, beispielsweise die Länge einer Straße, die Größe eines Grundstücks oder die Länge einer Route. Wir nehmen ein normales Fahrrad. Das ist richtig – wir befestigen eine nichtmetallische Halterung mit einem Reed-Schalter an der Gabel und befestigen den Magneten an einer der Speichen des Fahrradlaufrads. Dann messen wir den Umfang des Rades und geben ihn in Metern an. Der Umfang des Rades beträgt beispielsweise 1,45 Meter, also wählen wir „1,45+“, woraufhin sich die Anzeigewerte mit jeder Umdrehung des Rades um erhöhen 1,45 Meter und als Ergebnis zeigt das Display die vom Fahrrad zurückgelegte Strecke in Metern an.

Wenn Sie einen defekten chinesischen Quarzwecker haben (normalerweise ist sein Mechanismus nicht sehr langlebig, aber die elektronische Platine ist sehr zuverlässig), können Sie daraus eine Platine nehmen und gemäß der in Abbildung 2 gezeigten Schaltung eine Stoppuhr daraus basteln es und einen Taschenrechner.

Die Stromversorgung der Weckerplatine erfolgt über einen parametrischen Stabilisator an der HL1-LED (die LED muss eine Gleichspannung von 1,4-1,7 V haben, zum Beispiel rot AL307) und den Widerstand R2.

Die Impulse werden aus den Steuerimpulsen des Schrittmotors des Uhrwerks erzeugt (die Spulen müssen abgeklemmt sein, die Platine wird unabhängig genutzt). Diese Impulse gelangen über die Dioden VD1 und VD2 zur Basis des Transistors VT1. Die Versorgungsspannung der Alarmplatine beträgt nur 1,6 V, während die Impulspegel an den Ausgängen für den Schrittmotor noch geringer sind.

Damit die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert, sind Dioden mit niedriger Durchlassspannung, wie z. B. VAT85 oder Germanium, erforderlich.

Diese Impulse erreichen den Transistorschalter bei VT1 und VT2. Der Kollektorkreis VT2 umfasst die Wicklung eines Kleinleistungsrelais K1, dessen Kontakte parallel zur „=“-Taste des Mikrorechners geschaltet sind. Bei +5V Spannung schließen die Kontakte des Relais K1 mit einer Frequenz von 1 Hz.

Um die Stoppuhr zu starten, müssen Sie zunächst die Aktion „1+“ ausführen und dann den Strom zum Impulsformerkreis mit Schalter S1 einschalten. Jetzt erhöhen sich die Anzeigewerte mit jeder Sekunde um eins.

Um das Zählen zu stoppen, schalten Sie einfach die Stromversorgung des Impulsformers mit dem Schalter S1 aus.

Um einen Zählwert für die Reduzierung zu erhalten, müssen Sie zunächst die Anfangszahl der Sekunden auf dem Display des Mikrorechners eingeben, dann die Aktion „-1“ ausführen und den Impulsformer mit Schalter S1 einschalten. Jetzt verringern sich die Anzeigewerte mit jeder Sekunde um eins, und daraus lässt sich abschätzen, wie viel Zeit bis zu einem bestimmten Ereignis verbleibt.

Abb.2. Plan zur Umwandlung eines chinesischen Kleiderbügels in eine Stoppuhr.

Abb. 3. Schema eines IR-Strahlkreuzungszählers mit einem Taschenrechner.

Wenn Sie einen Infrarot-Fotosensor verwenden, der am Schnittpunkt des Strahls arbeitet, können Sie den Mikrorechner so anpassen, dass er bestimmte Objekte zählt, beispielsweise Kisten, die sich entlang eines Förderbands bewegen, oder indem Sie den Sensor im Gang installieren, um Personen zu zählen, die den Raum betreten .

Ein schematisches Diagramm eines IR-Reflexionssensors für die Arbeit mit einem Mikrorechner ist in Abbildung 3 dargestellt.

Der IR-Signalgenerator basiert auf einem A1-Chip vom Typ „555“ (integrierter Timer). Es handelt sich um einen Impulsgenerator mit einer Frequenz von 38 kHz, an dessen Ausgang eine Infrarot-LED eingeschaltet ist. Die Erzeugungsfrequenz hängt von der C1-R1-Schaltung ab; bei der Einrichtung durch Auswahl des Widerstands R1 müssen Sie die Frequenz am Ausgang der Mikroschaltung (Pin 3) auf etwa 38 kHz einstellen. Die HL1-LED wird auf einer Seite des Durchgangs platziert und bildet eine undurchsichtige Röhre darauf, die genau auf den Fotodetektor ausgerichtet sein muss.

Der Fotodetektor ist auf dem HF1-Chip aufgebaut – dabei handelt es sich um einen standardmäßig integrierten Fotodetektor vom Typ TSOP4838 für Fernbedienungssysteme für Fernseher und andere Haushaltsgeräte. Wenn ein Strahl von HL1 auf diesen Fotodetektor trifft, ist seine Ausgabe Null. In Abwesenheit eines Balkens - einer.

Somit gibt es nichts zwischen HL1 und HF1 – die Kontakte des Relais K1 sind geöffnet, und im Moment des Durchgangs eines Objekts sind die Relaiskontakte geschlossen. Wenn Sie die Aktion „1+“ auf dem Mikrorechner ausführen, erhöhen sich die Anzeigewerte des Mikrorechners bei jedem Durchgang eines Objekts zwischen HL1 und HF1 um eins, und anhand dieser können Sie beurteilen, wie viele Kartons versendet wurden oder wie viele Personen eingetreten sind .

Kryukov M. B. RK-2016-01.

Funktionsprinzip

Der Ausgangszustand ist der Nullpegel an allen Triggerausgängen (Q 1 – Q 3), also der digitale Code 000. Die höchstwertige Ziffer ist in diesem Fall der Ausgang Q 3. Um alle Flip-Flops in den Nullzustand zu überführen, werden die Eingänge der R-Flip-Flops zusammengefasst und mit dem erforderlichen Spannungspegel beaufschlagt (d. h. ein Impuls, der die Flip-Flops zurücksetzt). Dies ist im Wesentlichen ein Reset. Eingang C empfängt Taktimpulse, die den digitalen Code um eins erhöhen, d. h. nach dem Eintreffen des ersten Impulses wechselt der erste Trigger in den Zustand 1 (Code 001), nach dem Eintreffen des zweiten Impulses wechselt der zweite Trigger in den Zustand 1, und der erste gibt 0 an (Code 010), dann der dritte usw. Infolgedessen kann ein solches Gerät bis zu 7 zählen (Code 111), da 2 · 3 – 1 = 7. Wenn alle Ausgänge der Auslöser sind auf Einsen gesetzt, sagen sie, dass der Zähler übergelaufen ist. Nach dem Eintreffen des nächsten (neunten) Impulses wird der Zähler auf Null zurückgesetzt und alles beginnt von vorne. In den Diagrammen erfolgen Änderungen der Triggerzustände mit einer gewissen Verzögerung t h. Bei der dritten Ziffer verdreifacht sich die Verzögerung bereits. Ein Nachteil von Zählern mit serieller Übertragung ist die mit der Anzahl der Bits zunehmende Verzögerung, die trotz ihrer Einfachheit ihren Einsatz in Geräten mit einer geringen Anzahl von Bits einschränkt.

Klassifizierung von Zählern

Zähler sind Geräte zum Zählen der an ihrem Eingang empfangenen Impulse (Befehle), zum Speichern und Speichern des Zählergebnisses und zur Ausgabe dieses Ergebnisses. Der Hauptparameter des Zählers ist das Zählmodul (Kapazität) Kc. Dieser Wert entspricht der Anzahl der stabilen Zustände des Zählers. Nach Eintreffen der Kc-Impulse kehrt der Zähler in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Für Binärzähler ist Kс = 2 m, wobei m die Anzahl der Zählerbits ist.

Wichtige Kenngrößen des Zählers sind neben Kc die maximale Zählfrequenz fmax und die Einschwingzeit tset, die die Geschwindigkeit des Zählers charakterisieren.

Tst ist die Dauer des Übergangsprozesses zum Umschalten des Zählers in einen neuen Zustand: tset = mttr, wobei m die Anzahl der Stellen und ttr die Trigger-Umschaltzeit ist.

Fmax ist die maximale Frequenz der Eingangsimpulse, bei der kein Impulsverlust auftritt.

Nach Art der Operation:

– Summieren;

– Subtraktiv;

– Reversibel.

Bei einem Summierzähler erhöht das Eintreffen jedes Eingangsimpulses das Zählergebnis um eins, bei einem subtraktiven Zähler verringert es sich um eins; In Umkehrzählern kann sowohl Summation als auch Subtraktion erfolgen.

Nach struktureller Organisation:

- konsistent;

– parallel;

– seriell-parallel.

Bei einem seriellen Zähler wird der Eingangsimpuls nur dem Eingang der ersten Ziffer zugeführt; der Ausgangsimpuls der vorhergehenden Ziffer wird den Eingängen jeder nachfolgenden Ziffer zugeführt.

Bei einem Parallelzähler erfolgt mit dem Eintreffen des nächsten Zählimpulses gleichzeitig die Umschaltung der Trigger beim Übergang in einen neuen Zustand.

Die Serien-Parallel-Schaltung umfasst beide bisherigen Möglichkeiten.

In der Reihenfolge der Zustandsänderungen:

– mit natürlicher Zählreihenfolge;

– mit beliebiger Zählreihenfolge.

Modulo-Zählung:

– binär;

– nicht-binär.

Das Zählmodul eines binären Zählers ist Kc=2, und das Zählmodul eines nicht-binären Zählers ist Kc= 2m, wobei m die Anzahl der Zählerbits ist.

Summierender Serienzähler

Abb.1. Summierender serieller 3-Bit-Zähler.

Die Trigger dieses Zählers werden durch die fallende Flanke des Zählimpulses ausgelöst. Der Eingang der oberen Ziffer des Zählers ist mit dem direkten Ausgang (Q) der unteren Nachbarziffer verbunden. Das Zeitdiagramm des Betriebs eines solchen Zählers ist in Abb. 2 dargestellt. Im Anfangszeitpunkt sind die Zustände aller Flip-Flops gleich log.0 bzw. an ihren direkten Ausgängen liegt log.0 an. Dies wird erreicht, indem kurzzeitig log.0 an die Eingänge der asynchronen Einstellung von Flip-Flops auf log.0 angelegt wird. Der allgemeine Zustand des Zählers kann durch eine Binärzahl (000) charakterisiert werden. Während des Zählens bleibt die Logik 1 an den Eingängen der asynchronen Triggerinstallation in log.1 erhalten. Nach Eintreffen der Rückflanke des ersten Impulses wechselt das 0-Bit in den entgegengesetzten Zustand – log.1. Am 1-Bit-Eingang erscheint die steigende Flanke des Zählimpulses. Zählerstand (001). Nachdem die fallende Flanke des zweiten Impulses am Eingang des Zählers ankommt, wechselt das 0-Bit in den entgegengesetzten Zustand – log.0, und die fallende Flanke des Zählimpulses erscheint am Eingang des 1-Bit, das umschaltet das 1-Bit zu log.1. Der allgemeine Status des Zählers ist (010). Die nächste fallende Flanke am 0-Bit-Eingang setzt ihn auf logisch 1 (011) usw. Somit akkumuliert der Zähler die Anzahl der an seinem Eingang ankommenden Eingangsimpulse. Wenn 8 Impulse an seinem Eingang ankommen, kehrt der Zähler in seinen ursprünglichen Zustand (000) zurück, was bedeutet, dass der Zählkoeffizient (CFC) dieses Zählers 8 beträgt.

Reis. 2. Zeitdiagramm eines seriellen Additionszählers.

Subtraktiver Serienzähler

Die Trigger dieses Zählers werden durch die fallende Flanke ausgelöst. Um die Subtraktionsoperation durchzuführen, wird der Zähleingang der höherwertigen Ziffer mit dem inversen Ausgang der benachbarten niederwertigen Ziffer verbunden. Die Trigger sind vorläufig auf log.1 (111) eingestellt. Die Funktionsweise dieses Zählers ist im Zeitdiagramm in Abb. dargestellt. 4.

Reis. 1 Serieller subtraktiver Zähler

Reis. 2 Zeitdiagramm eines seriellen subtraktiven Zählers

Reversibler Serienzähler

Um einen Vorwärts-/Rückwärtszähler zu implementieren, ist es notwendig, die Funktionen eines addierenden Zählers und die Funktionen eines subtrahierenden Zählers zu kombinieren. Das Diagramm dieses Zählers ist in Abb. dargestellt. 5. Die Signale „Summe“ und „Differenz“ werden zur Steuerung des Zählmodus verwendet. Für den Summationsmodus ist „sum“ = log.1, „0“ ist kurzfristig log.0; „Differenz“ = log.0, „1“ – kurzfristiges Log.0. In diesem Fall ermöglichen die Elemente DD4.1 und DD4.3 die Zuführung von Signalen von den Direktausgängen der Trigger DD1.1, DD1.2 zu den Takteingängen der Trigger DD1.2, DD2.1 über die Elemente DD5.1 ​​​​bzw. DD5.2. In diesem Fall sind die Elemente DD4.2 und DD4.4 geschlossen, an ihren Ausgängen liegt ein Log 0 an, sodass die Wirkung der inversen Ausgänge keinerlei Einfluss auf die Zähleingänge der Flip-Flops DD1.2 hat, DD2.1. Somit ist die Summationsoperation implementiert. Um die Subtraktionsoperation zu implementieren, wird log.0 an den Eingang „Summe“ und log.1 an den Eingang „Differenz“ geliefert. In diesem Fall ermöglichen die Elemente DD4.2, DD4.4 die Zuführung von Signalen von den inversen Ausgängen der Trigger DD1.1, DD1.2 zu den Eingängen der Elemente DD5.1, DD5.2 und damit zur Zählung Eingänge der Trigger DD1.2, DD2.1. In diesem Fall sind die Elemente DD4.1, DD4.3 geschlossen und die Signale der Direktausgänge der Trigger DD1.1, DD1.2 haben keinerlei Einfluss auf die Zähleingänge der Trigger DD1.2, DD2. 1. Somit ist die Subtraktionsoperation implementiert.

Reis. 3 Serieller Auf-/Ab-3-Bit-Zähler

Zur Implementierung dieser Zähler können Sie auch Trigger verwenden, die durch die steigende Flanke der Zählimpulse ausgelöst werden. Beim Summieren muss dann ein Signal vom inversen Ausgang des benachbarten niederwertigen Bits dem Zähleingang der höchsten Ziffer zugeführt werden, und beim Subtrahieren muss umgekehrt der Zähleingang mit dem direkten Ausgang verbunden werden.

Der Nachteil eines seriellen Zählers besteht darin, dass mit zunehmender Bittiefe die Installationszeit (tset) dieses Zählers proportional zunimmt. Der Vorteil liegt in der einfachen Implementierung.

Reis. 3 – Umkehrzähler

Es gibt zwei Eingänge zum Zählen von Impulsen: „+1“ – für Erhöhung, „-1“ – für Verringerung. Der entsprechende Eingang (+1 oder -1) wird mit Eingang C verbunden. Dies kann über eine ODER-Schaltung erfolgen, wenn man diese vor dem ersten Flip-Flop einfügt (der Ausgang des Elements liegt am Eingang des ersten Flip-Flops). -Flop, die Eingänge liegen an den Bussen +1 und -1). Das seltsame Zeug zwischen den Triggern (DD2 und DD4) wird als AND-OR-Element bezeichnet. Dieses Element besteht aus zwei UND-Elementen und einem ODER-Element, zusammengefasst in einem Gehäuse. Zuerst werden die Eingangssignale an diesem Element logisch multipliziert, dann wird das Ergebnis logisch addiert.

Die Anzahl der Eingänge des UND-ODER-Elements entspricht der Nummer der Ziffer, d. h. wenn die dritte Ziffer, dann drei Eingänge, der vierte - vier usw. Die Logikschaltung ist ein Zwei-Positions-Schalter, der direkt oder invers gesteuert wird Ausgabe des vorherigen Triggers. Bei log. 1 am Direktausgang zählt der Zähler Impulse vom „+1“-Bus (sofern diese natürlich ankommen), mit Protokoll. 1 am inversen Ausgang – vom „-1“-Bus. Die UND-Glieder (DD6.1 und DD6.2) bilden die Übertragungssignale. Bei Ausgang >7 wird das Signal erzeugt, wenn Code 111 (Nummer 7) und ein Taktimpuls auf Bus +1 am Ausgang vorhanden ist<0 сигнал формируется при коде 000 и наличии тактового импульса на шине -1.

Das alles ist natürlich interessant, aber im Mikroschaltungsdesign sieht es schöner aus:

Reis. 4 Vier-Bit-Binärzähler

Hier ist ein typisches voreingestelltes Messgerät. CT2 bedeutet, dass der Zähler binär ist; wenn er dezimal ist, dann ist CT10 gesetzt; wenn er binär-dezimal ist, ist er CT2/10. Die Eingänge D0 – D3 werden als Informationseingänge bezeichnet und dienen dazu, einen beliebigen binären Zustand in den Zähler zu schreiben. Dieser Zustand wird an seinen Ausgängen angezeigt und der Countdown beginnt von dort aus. Mit anderen Worten handelt es sich dabei um voreingestellte Eingaben oder einfach um Voreinstellungen. Der Eingang V wird verwendet, um die Codeaufzeichnung an den Eingängen D0 – D3 zu ermöglichen, oder, wie man sagt, die Voreinstellung zu aktivieren. Dieser Eingang kann auch mit anderen Buchstaben bezeichnet werden. Die vorläufige Aufzeichnung im Zähler erfolgt, wenn in dem Moment, in dem der Impuls am Eingang C ankommt, ein Schreibfreigabesignal gesendet wird. Eingang C ist getaktet. Hier werden Impulse gesetzt. Das Dreieck bedeutet, dass der Zähler durch den Abfall des Impulses ausgelöst wird. Wird das Dreieck um 180 Grad gedreht, also mit der Rückseite zum Buchstaben C, dann wird es durch die Impulsflanke ausgelöst. Der Eingang R dient zum Zurücksetzen des Zählers, d. h. wenn an diesem Eingang ein Impuls angelegt wird, werden an allen Zählerausgängen Protokolle gesetzt. 0. Der PI-Eingang wird Übertragseingang genannt. Der Ausgang p wird Übertragsausgang genannt. An diesem Ausgang wird ein Signal erzeugt, wenn der Zähler überläuft (wenn alle Ausgänge auf logisch 1 gesetzt sind). Dieses Signal kann an den Übertragseingang des nächsten Zählers angelegt werden. Wenn dann der erste Zähler überläuft, wechselt der zweite in den nächsten Zustand. Die Ausgänge 1, 2, 4, 8 sind einfach Ausgänge. Sie erzeugen einen Binärcode, der der Anzahl der am Eingang des Zählers empfangenen Impulse entspricht. Wenn die Schlussfolgerungen Kreise haben, was viel häufiger vorkommt, dann sind sie invers, also statt logarithmisch. 1 erhält Protokoll. 0 und umgekehrt. Auf den Betrieb von Zählern zusammen mit anderen Geräten wird später noch näher eingegangen.

Paralleler Totalisator

Das Funktionsprinzip dieses Zählers besteht darin, dass das Eingangssignal, das Zählimpulse enthält, gleichzeitig an alle Bits dieses Zählers angelegt wird. Und das Setzen des Zählers auf den Zustand log.0 oder log.1 wird von der Steuerschaltung gesteuert. Die Schaltung dieses Zählers ist in Abb. 6 dargestellt

Reis. 4 Paralleler Sammelzähler

Die Zählerbits sind Trigger DD1, DD2, DD3.

Steuerkreis – Element DD4.

Der Vorteil dieses Zählers ist seine kurze Installationszeit, die nicht von der Ziffernkapazität des Zählers abhängt.

Der Nachteil liegt in der Komplexität der Schaltung mit zunehmender Zählerkapazität.

Parallele Carry-Zähler

Um die Leistung zu steigern, wird eine Methode zur gleichzeitigen Erzeugung eines Übertragungssignals für alle Bits verwendet. Dies wird durch die Einführung von UND-Gliedern erreicht, über die Taktimpulse sofort an die Eingänge aller Bits des Zählers gesendet werden.

Reis. 2 – Paralleler Übertragszähler und Diagramme zur Erläuterung seiner Funktionsweise

Beim ersten Auslösen ist alles klar. Ein Taktimpuls wird nur dann an den Eingang des zweiten Triggers weitergeleitet, wenn am Ausgang des ersten Triggers ein Protokoll vorhanden ist. 1 (ein Merkmal der UND-Schaltung) und zum Eingang des dritten - wenn an den Ausgängen der ersten beiden ein Protokoll anliegt. 1 usw. Die Reaktionsverzögerung beim dritten Auslöser ist dieselbe wie beim ersten. Ein solcher Zähler wird Parallelübertragszähler genannt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, nimmt mit zunehmender Anzahl der Bits auch die Anzahl der Protokolle zu. UND-Elemente, und je höher der Rang, desto mehr Eingaben hat das Element. Dies ist ein Nachteil solcher Zähler.

Entwicklung eines schematischen Diagramms

Impulsformer

Ein Impulsformer ist ein Gerät, das notwendig ist, um Kontaktprellen zu verhindern, die beim Schließen mechanischer Kontakte auftreten und zu Fehlfunktionen des Schaltkreises führen können.

Abbildung 9 zeigt Diagramme von Impulsformern aus mechanischen Kontakten.

Reis. 9 Impulsformer aus mechanischen Kontakten.

Bildschirmsperre

Zur Anzeige des Zählergebnisses müssen LEDs verwendet werden. Um eine solche Informationsausgabe durchzuführen, können Sie das einfachste Schema verwenden. Das Diagramm der LED-Anzeigeeinheit ist in Abbildung 10 dargestellt.

Reis. 10 LED-Anzeigeeinheit.

Entwicklung von CCS (Combination Control Circuit)

Um diesen Zähler aus der TTLSh-Serie der K555-Mikroschaltungen zu implementieren, habe ich Folgendes ausgewählt:

zwei K555TV9-Mikroschaltungen (2 JK-Trigger mit Installation)

eine K555LA4-Mikroschaltung (3 3I-NOT-Elemente)

zwei K555LA3-Mikroschaltungen (4 2I-NOT-Elemente)

ein K555LN1-Chip (6 Wechselrichter)

Diese Chips bieten eine minimale Anzahl von Paketen auf einer Leiterplatte.

Erstellen eines Blockdiagramms des Messgeräts

Ein Blockdiagramm besteht aus einer Reihe von Zählerblöcken, die bestimmte Funktionen ausführen und den normalen Betrieb des Zählers sicherstellen. Abbildung 7 zeigt das Blockdiagramm des Messgeräts.

Reis. 7 Blockschaltbild des Messgeräts

Die Steuereinheit übernimmt die Funktion, ein Signal zu senden und Trigger zu steuern.

Der Zählblock dient dazu, den Zustand des Zählers zu ändern und diesen Zustand zu speichern.

Die Anzeigeeinheit zeigt Informationen zur visuellen Wahrnehmung an.

Erstellen eines Funktionsdiagramms des Messgeräts

Funktionsdiagramm – interne Struktur des Messgeräts.

Bestimmen wir die optimale Anzahl von Triggern für einen nicht-binären Zähler mit einem Zählkoeffizienten Kc=10.

M = log 2 (Kc) = 4.

M = 4 bedeutet, dass zur Implementierung eines binären Dezimalzählers 4 Flip-Flops benötigt werden.

Die einfachsten einstelligen Impulszähler

Der einfachste einstellige Impulszähler kann ein JK-Flip-Flop und ein D-Flip-Flop sein, die im Zählmodus arbeiten. Es zählt Eingangsimpulse Modulo 2 – jeder Impuls schaltet den Trigger in den entgegengesetzten Zustand. Ein Trigger zählt bis zu zwei, zwei in Reihe geschaltete zählen bis zu vier, n Trigger zählen bis zu 2n Impulse. Das Zählergebnis wird in einem vorgegebenen Code generiert, der im Speicher des Zählers abgelegt oder von einem anderen digitalen Decodergerät gelesen werden kann.

Die Abbildung zeigt eine Schaltung eines Drei-Bit-Binärimpulszählers, der auf einem JK-Flip-Flop AX K155TB1 aufgebaut ist. Montieren Sie einen solchen Zähler auf einem Steckbrett und verbinden Sie LED-Anzeigen (oder Transistoranzeigen mit einer Glühlampe) wie zuvor mit den Direktausgängen der Auslöser. Legen Sie eine Reihe von Impulsen mit einer Wiederholfrequenz von 1 ... 2 Hz vom Testgenerator an den Eingang C des ersten Auslösers des Zählers an und zeichnen Sie den Betrieb des Zählers anhand der Lichtsignale der Anzeigen auf.

Wenn im ersten Moment alle Auslöser des Zählers im Nullzustand waren (Sie können den Knopfschalter SB1 auf „Set.0“ stellen, indem Sie eine niedrige Spannung an den Eingang R der Auslöser anlegen), dann beim Abfallen des Beim ersten Impuls (Abb. 45.6) wechselt der Trigger DD1 in den Einzelzustand – an seinem direkten Ausgang erscheint ein hoher Spannungspegel (Abb. 45, c). Der zweite Impuls schaltet den DD1-Trigger in den Nullzustand und den DD2-B-Trigger in den Einzelzustand (Abb. 45, d). Nach dem Abfall des dritten Impulses befinden sich die Trigger DD1 und DD2 im Einheitszustand und der Trigger DD3 bleibt weiterhin im Nullzustand. Der vierte Impuls schaltet die ersten beiden Trigger in den Nullzustand und der dritte in den Einzelzustand (Abb. 45, d). Der achte Impuls schaltet alle Trigger in den Nullzustand. Wenn der neunte Eingangsimpuls abfällt, beginnt der nächste Zyklus des dreistelligen Impulszählers.

Beim Studium der Diagramme fällt leicht auf, dass sich jede hohe Ziffer des Zählers von der niedrigen Ziffer um die doppelte Anzahl an Zählimpulsen unterscheidet. Somit ist die Periode der Impulse am Ausgang des ersten Triggers 2-mal größer als die Periode der Eingangsimpulse, am Ausgang des zweiten Triggers – 4-mal, am Ausgang des dritten Triggers – 8-mal. In der Sprache der digitalen Technologie arbeitet ein solcher Zähler mit einem 1-2-4-Gewichtscode. Hier bezieht sich der Begriff „Gewicht“ auf die Informationsmenge, die der Zähler empfängt, nachdem er seine Trigger auf den Nullzustand gesetzt hat. In Geräten und Instrumenten der Digitaltechnik werden am häufigsten vierstellige Impulszähler mit dem Gewichtscode 1-2-4-8 verwendet. Frequenzteiler zählen die Eingangsimpulse bis zu einem bestimmten, durch den Zählkoeffizienten angegebenen Zustand, bilden dann ein Trigger-Schaltsignal in den Nullzustand, beginnen erneut mit dem Zählen der Eingangsimpulse bis zum angegebenen Zählkoeffizienten usw.

Die Abbildung zeigt die Schaltung und Diagramme der Funktionsweise eines auf JK-Flip-Flops aufgebauten Teilers mit einem Zählfaktor von 5. Hier wird der bereits bekannte Drei-Bit-Binärzähler durch ein 2-NOT DD4.1-Logikelement ergänzt. wodurch der Zählfaktor auf 5 gesetzt wird. Das passiert so. Während der ersten vier Eingangsimpulse (nachdem die Trigger mit der SB1-Taste „Set 0“ auf den Nullzustand gesetzt wurden) arbeitet das Gerät als regulärer binärer Impulszähler. In diesem Fall liegt an einem oder beiden Eingängen des Elements DD4.1 ein niedriger Spannungspegel an, sodass sich das Element in einem Einzelzustand befindet.

Beim Abfallen des fünften Impulses erscheint am direkten Ausgang des ersten und dritten Triggers und damit an beiden Eingängen des DD4.1-Elements ein hoher Spannungspegel, der dieses logische Element in den Nullzustand schaltet. In diesem Moment entsteht an seinem Ausgang ein kurzer Low-Pegel-Impuls, der über die Diode VD1 an den R-Eingang aller Flip-Flops übertragen wird und diese in den anfänglichen Nullzustand schaltet.

Ab diesem Moment beginnt der nächste Zyklus der Zähleroperation. Der in diesen Zähler eingefügte Widerstand R1 und die Diode VD1 sind erforderlich, um zu verhindern, dass der Ausgang des Elements DD4.1 mit dem gemeinsamen Draht kurzgeschlossen wird.

Sie können die Funktion eines solchen Frequenzteilers überprüfen, indem Sie Impulse mit einer Frequenz von 1 ... 2 Hz an den Eingang C seines ersten Triggers anlegen und eine Leuchtanzeige an den Ausgang des DD3-Triggers anschließen.

In der Praxis werden die Funktionen von Impulszählern und Frequenzteilern von speziell entwickelten Mikroschaltungen mit hohem Integrationsgrad übernommen. Bei der K155-Serie sind dies beispielsweise die Zähler K155IE1, K155IE2, K155IE4 usw.

In der Amateurfunkentwicklung werden am häufigsten die Mikroschaltungen K155IE1 und K155IE2 verwendet. Konventionelle grafische Symbole dieser Zähler-Mikroschaltungen mit der Nummerierung ihrer Ausgänge sind in Abb. dargestellt. 47.

Die Mikroschaltung K155IE1 (Abb. 47a) wird als Zehn-Tage-Impulszähler bezeichnet, also als Zähler mit einem Zählfaktor von 10. Sie enthält vier in Reihe geschaltete Trigger. Der Ausgang (Pin 5) der Mikroschaltung ist der Ausgang ihres vierten Triggers. Durch gleichzeitiges Anlegen einer High-Pegel-Spannung an beide Eingänge R (Pins 1 und 2), verknüpft nach der UND-Gliederschaltung (Symbol „&“), werden alle Flipflops in den Nullzustand versetzt. Zählimpulse, die einen niedrigen Pegel haben müssen, können an die zusammengeschalteten Eingänge C (Pins 8 und 9) angelegt werden, die auch über I zusammengefasst werden, oder an einen von ihnen, wenn zu diesem Zeitpunkt der zweite einen hohen Spannungspegel hat. Bei jedem zehnten Eingangsimpuls erzeugt der Zähler einen Low-Pegel-Impuls mit der gleichen Dauer wie der Eingangsimpuls. Chip K155IE2 (Abb. 48b)

Binär-dezimaler vierstelliger Zähler. Es verfügt auch über vier Flip-Flops, aber das erste verfügt über einen separaten C1-Eingang (Pin 14) und einen separaten Direktausgang (Pin 12). Die anderen drei Trigger sind so miteinander verbunden, dass sie einen Teiler durch 5 bilden. Wenn der Ausgang des ersten Triggers (Pin 12) mit dem Eingang C2 (Pin 1) der Schaltung der verbleibenden Trigger verbunden wird, wird die Mikroschaltung ein Teiler durch 10 (Abb. 48, a), der im Code 1 -2-4-8 arbeitet, was die Zahlen an den Ausgängen der grafischen Bezeichnung der Mikroschaltung symbolisieren. Um die Zählertrigger auf den Nullzustand zu setzen, wird an beide Eingänge R0 (Pins 2 und 3) eine Spannung mit hohem Pegel angelegt.

Zwei kombinierte Eingänge R0 und vier Trennausgänge der Mikroschaltung K155IE2 ermöglichen den Aufbau von Frequenzteilern mit Teilungsfaktoren von 2 bis 10 ohne zusätzliche Elemente, wenn Sie beispielsweise die Pins 12 und 1, 9 und 2, 8 n 3 verbinden (Abb. 48, 6), dann beträgt der Zählfaktor 6, und wenn die Pins 12 und 1 verbunden werden, beträgt der Zählfaktor 11. 2 und 3 (Abb. 48, c) beträgt der Zählfaktor 8. Diese Funktion der Mikroschaltung K155IE2 ermöglicht die Verwendung sowohl als binärer Impulszähler als auch als Frequenzteiler.

Ein digitaler Impulszähler ist eine digitale Einheit, die die an ihrem Eingang ankommenden Impulse zählt. Das Zählergebnis wird vom Zähler in einem vorgegebenen Code generiert und kann für die gewünschte Zeit gespeichert werden. Zähler basieren auf Triggern, und die Anzahl der Impulse, die der Zähler zählen kann, wird aus dem Ausdruck N = 2 n – 1 bestimmt, wobei n die Anzahl der Trigger und minus eins ist, da in der Digitaltechnik 0 als Startwert verwendet wird Punktzähler sind summativ, wenn die Zählung in Richtung Erhöhung geht, und die subtraktive Zählung geht in Richtung Abnahme. Kann der Zähler während des Betriebs von Summation auf Subtraktion und umgekehrt umschalten, spricht man von reversibel.

Video der Gerätebedienung

Die Schaltung ist auf einem PIC16F628A-Mikrocontroller aufgebaut. Es kann Eingangsimpulse von 0 bis 9999 zählen. Die Impulse werden an die RA3-Portleitung gesendet (Aktivpegel der SA1-Taste niedrig). Mit jedem Impuls ändern sich die Anzeigewerte um +1. Nach dem 999. Impuls wird 0 auf der Anzeige angezeigt und der Punkt, an dem der zweite Tausender beginnt (der rechte im Diagramm), leuchtet auf usw. So kann die Zählung bis zum Wert 9999 fortgesetzt werden. Danach erfolgt die Zählung stoppt. Mit der Taste SA3 (Anschlussleitung RA1) werden die Messwerte auf 0 zurückgesetzt.

Impulszählerschaltung mit Speicher auf einem Mikrocontroller

Ursprünglich war die Schaltung für die Stromversorgung durch drei AA-Batterien ausgelegt. Um Energie zu sparen, enthält der Schaltkreis daher eine Anzeigetaste zur Überwachung des Status des Zählers SA2 (Anschlussleitung RA4). Wird dieser Taster nicht benötigt, können seine Kontakte kurzgeschlossen werden. In der Schaltung können Pull-up-Widerstände im Bereich von 1k bis 10k verwendet werden. Die Konfigurationsbits INTRC I/O und PWRTE sind gesetzt. Beim Ausschalten der Stromversorgung werden die Zählerstände im Speicher des Controllers gespeichert. Wenn die Anzeige ausgeschaltet ist, bleibt der Stromkreis betriebsbereit, wenn die Spannung auf 3,5 Volt reduziert wird. Die Praxis hat gezeigt, dass die Batterieladung für fast eine Woche Dauerbetrieb der Schaltung ausreicht.

Leiterplatte des Messgeräts

Foto der Theke

Schaltplan, MK-Firmware und Leiterplatte im S-Layout-Format in Archiv (15kb).

Vom Administrator. Die Widerstände R1-R3 können mit einem Wert von bis zu 10K ausgewählt werden.

Wie Flip-Flops müssen Zähler nicht unbedingt manuell aus logischen Elementen zusammengebaut werden – die heutige Industrie produziert eine Vielzahl von Zählern, die bereits in Mikroschaltungspaketen zusammengebaut sind. In diesem Artikel werde ich nicht auf jeden Zählerchip einzeln eingehen (dies ist nicht notwendig und würde zu viel Zeit in Anspruch nehmen), sondern ich werde einfach kurz darlegen, worauf Sie bei der Lösung bestimmter Probleme in digitalen Schaltkreisen zählen können. Für diejenigen, die sich für bestimmte Arten von Zählerchips interessieren, kann ich diese bei weitem nicht vollständig an mich senden Nachschlagewerk auf TTL- und CMOS-Chips.

Basierend auf den im vorherigen Gespräch gesammelten Erfahrungen haben wir einen der Hauptparameter des Zählers herausgefunden – die Bittiefe. Damit der Zähler bis 16 zählen kann (einschließlich Null – das ist auch eine Zahl), brauchten wir 4 Ziffern. Durch das Hinzufügen jeder weiteren Ziffer verdoppelt sich die Leistungsfähigkeit des Zählers genau. So kann ein Fünf-Bit-Zähler bis zu 32 zählen und ein Sechs-Bit-Zähler bis zu 64. Für die Computertechnik ist die optimale Bittiefe ein Vielfaches von vier. Dies ist keine goldene Regel, aber die meisten Zähler, Decoder, Puffer usw. sind vier- (bis 16) oder achtbitig (bis 256) aufgebaut.

Da digitale Schaltkreise jedoch nicht nur auf Computer beschränkt sind, werden häufig Zähler mit sehr unterschiedlichen Zählkoeffizienten benötigt: 3, 10, 12, 6 usw. Um beispielsweise Schaltkreise für Minutenzähler zu bauen, benötigen wir einen 60-Zähler, und dieser lässt sich leicht erhalten, indem man einen 10-Zähler und einen 6-Zähler in Reihe schaltet. Möglicherweise benötigen wir auch eine größere Kapazität. Für diese Fälle verfügt die CMOS-Serie beispielsweise über einen fertigen 14-Bit-Zähler (K564IE16), der aus 14 in Reihe geschalteten D-Flip-Flops besteht und jeder Ausgang außer dem 2. und 3. mit einem separaten Pin verbunden ist. Den Eingang mit Impulsen beaufschlagen, zählen und ggf. die Zählerstände in Binärzahlen auslesen:

K564IE16

Um den Bau von Zählern mit der erforderlichen Kapazität zu erleichtern, können einige Mikroschaltungen mehrere separate Zähler enthalten. Werfen wir einen Blick auf K155IE2 - BCD-Zähler(auf Russisch – „Zähler bis 10, Anzeige von Informationen im Binärcode“):

Die Mikroschaltung enthält 4 D-Flip-Flops, und 1 Flip-Flop (einstelliger Zähler – Teiler durch 2) ist separat zusammengebaut – hat einen eigenen Eingang (14) und einen eigenen Ausgang (12). Die restlichen 3 Flip-Flops sind so aufgebaut, dass sie die Eingangsfrequenz durch 5 teilen. Bei ihnen ist der Eingang Pin 1, die Ausgänge 9, 8,11. Wenn wir einen Zähler bis 10 benötigen, verbinden wir einfach die Pins 1 und 12, legen Zählimpulse an Pin 14 an und entfernen von den Pins 12, 9, 8, 11 den Binärcode, der auf 10 ansteigt, woraufhin der Die Zähler werden zurückgesetzt und der Zyklus wiederholt sich. Der Verbundzähler K155IE2 bildet da keine Ausnahme. Eine ähnliche Zusammensetzung hat beispielsweise K155IE4 (Zähler bis 2+6) oder K155IE5 (Zähler bis 2+8):

Fast alle Zähler verfügen über Eingänge zum erzwungenen Zurücksetzen auf „0“ und einige über Eingänge zum Setzen auf den Maximalwert. Und zum Schluss muss ich noch sagen, dass manche Zähler sowohl hin- als auch rückwärts zählen können! Dabei handelt es sich um sogenannte Umkehrzähler, die beim Zählen sowohl aufsteigend (+1) als auch fallend (-1) umschalten können. So kann er beispielsweise BCD-Aufwärts-/Abwärtszähler K155IE6:

Bei Impulsen am Eingang +1 zählt der Zähler vorwärts, bei Impulsen am Eingang -1 verringern sich die Zählerstände. Wenn der Zähler bei steigenden Messwerten überläuft (Impuls 11), gibt er vor der Rückkehr auf Null ein „Transfer“-Signal an Pin 12 aus, das an den nächsten Zähler angelegt werden kann, um die Kapazität zu erhöhen. Pin 13 hat den gleichen Zweck, allerdings erscheint dort ein Impuls, wenn der Zählerstand durch Null geht, wenn in die entgegengesetzte Richtung gezählt wird.

Bitte beachten Sie, dass die Mikroschaltung K155IE6 zusätzlich zu den Reset-Eingängen über Eingänge zum Schreiben einer beliebigen Zahl verfügt (Pins 15, 1, 10, 9). Dazu genügt es, an diesen Eingängen eine beliebige Zahl 0 - 10 in binärer Schreibweise einzustellen und einen Schreibimpuls an Eingang C anzulegen.

Dieses Gerät dient zum Zählen der Anzahl der Umdrehungen der Welle eines mechanischen Geräts. Neben der einfachen Zählung mit Anzeige auf dem LED-Display in Dezimalzahlen liefert der Zähler Informationen über die Anzahl der Umdrehungen in einem binären Zehn-Bit-Code, der beim Entwurf eines Automatikgeräts verwendet werden kann. Der Zähler besteht aus einem optischen Geschwindigkeitssensor, einem Optokoppler bestehend aus einer konstant leuchtenden IR-LED und einer Fotodiode, zwischen denen sich eine Scheibe aus undurchsichtigem Material befindet, in die ein Sektor ausgeschnitten ist. Die Scheibe ist an der Welle eines mechanischen Geräts befestigt, dessen Umdrehungen gezählt werden müssen. Und eine Kombination aus zwei Zählern – einem dreistelligen Dezimalzähler mit Ausgabe an LED-Anzeigen mit sieben Segmenten und einem zehnstelligen Binärzähler. Die Zähler arbeiten synchron, aber unabhängig voneinander. Die HL1-LED sendet einen kontinuierlichen Lichtstrom aus, der durch einen Schlitz in der Messscheibe in die Fotodiode gelangt. Wenn sich die Scheibe dreht, werden Impulse erzeugt, und da es nur einen Schlitz in der Scheibe gibt, ist die Anzahl dieser Impulse gleich der Anzahl der Umdrehungen der Scheibe. Der Schmitt-Trigger an D1.1 und D1.2 wandelt Spannungsimpulse an R2, die durch eine Änderung des Fotostroms durch die Fotodiode verursacht werden, in Logikpegelimpulse um, die für die Wahrnehmung durch Zähler der Serien K176 und K561 geeignet sind. Die Anzahl der Impulse (Anzahl der Plattenumdrehungen) wird gleichzeitig von zwei Zählern gezählt – einem dreidekadischen Dezimalzähler auf den Chips D2–D4 und einem Binärzähler auf D5. Informationen über die Anzahl der Umdrehungen werden auf einer digitalen Anzeige angezeigt, die aus drei Sieben-Segment-LED-Anzeigen H1-H3 besteht, und in Form eines Zehn-Bit-Binärcodes, der von den Ausgängen des Zählers D5 entfernt wird. Das Zurücksetzen aller Zähler auf Null beim Einschalten erfolgt gleichzeitig, was durch das Vorhandensein des Elements D1.3 erleichtert wird. Wenn Sie einen Null-Taster benötigen, kann dieser parallel zum Kondensator C1 geschaltet werden. Wenn Sie das Reset-Signal von einem externen Gerät oder einer Logikschaltung benötigen, müssen Sie die Mikroschaltung K561LE5 durch K561LA7 ersetzen und ihren Pin 13 von Pin 12 und C1 trennen. Jetzt kann die Nullung erfolgen, indem eine logische Null von einem externen logischen Knoten an Pin 13 von D1.3 angelegt wird. Die Schaltung kann andere Sieben-Segment-LED-Anzeigen ähnlich wie ALS324 verwenden. Wenn die Indikatoren eine gemeinsame Kathode haben, müssen Sie an die Pins 6 D2-D4 Null und nicht Eins anlegen. K561-Mikroschaltungen können durch Analoga der Serien K176, K1561 oder importierte Analoga ersetzt werden. LED – jede IR-LED (von der Fernbedienung des Geräts). Fotodiode – eine von denen, die in Fernbedienungssystemen von Fernsehgeräten vom Typ USCT verwendet werden. Die Einstellung besteht darin, die Empfindlichkeit der Fotodiode durch Auswahl des Werts von R2 einzustellen.

Radioconstructor Nr. 2 2003 S. 24