Всі знають для чого існує мікрокалькулятор, але виявляється крім математичних обчислень він здатний і на багато іншого. Зверніть увагу, якщо натиснути кнопку "1", потім "+" і далі натискати "=", то з кожним натисканням на кнопку "=" число на дисплеї збільшуватиметься на одиницю. Чим не цифровий лічильник?

Якщо до кнопки «=» підпаяти два проводки, їх можна буде використовувати як вхід лічильника, наприклад лічильника витків для намотувального верстата. Адже лічильник може бути і реверсивним, для цього потрібно спочатку набрати на дисплеї число, наприклад, число витків котушки, а потім натиснути кнопку «-», і кнопку «1». Тепер при кожному натисканні на "=" число зменшуватиметься на одиницю.

Однак, потрібний датчик. Найпростіший варіант, – геркон (рис.1). Геркон проводами підключаємо паралельно кнопці «=», сам геркон стоїть на нерухомій частині намотувального верстата, а магніт закріпимо на рухомий, так що за один оберт котушки магніт один раз проходив біля геркона, викликаючи його замикання.

От і все. Потрібно намотати котушку, робимо «1+» і далі з кожним оборотом, тобто з кожним витком показання дисплея збільшуватимуться на одиницю. Потрібно відмотати котушку, - набираємо на дисплеї мікрокалькулятора число витків котушки, і робимо -1, далі з кожним оборотом розмотування котушки показання дисплея зменшуватимуться на одиницю.

Рис.1. Схема підключення геркона до калькулятора.

А, припустимо, потрібно виміряти велику відстань, наприклад, довжину дороги, розмір земельної ділянки, довжину маршруту. Беремо звичайний велосипед. Правильно, - на вилці кріпимо неметалевий кронштейн із герконом, а магніт закріплюємо на одній зі спиць велосипедного колеса. Потім, вимірюємо довжину кола колеса, і виражену її в метрах, наприклад, вийшла довжина кола колеса 1,45 метра, так і набираємо «1,45+», після чого з кожним оборотом колеса покази дисплея збільшуватимуться на 1,45 метра, і в результаті на дисплеї буде видно пройдену велосипедом відстань у метрах.

Якщо є несправний китайський кварцовий будильник (зазвичай механізм у них дуже довговічний, а ось електронна плата дуже надійна), можна взяти від нього плату і за схемою показаної на малюнку 2 зробити з неї і калькулятора секундомір.

Живлення на плату будильника надходить через параметричний стабілізатор на світлодіоді HL1 (світлодіод повинен бути з прямою напругою 1,4-1,7V, наприклад, червоний АЛ307) та резисторі R2.

Імпульси формуються з імпульсів керування кроковим двигуном годинникового механізму (котушки мають бути відключені, плата використовується самостійно). Ці імпульси через діоди VD1 і VD2 надходять з урахуванням транзистора VТ1. Напруга живлення плати будильника всього 1,6V, при цьому рівні імпульсів на виходах крокового двигуна ще нижче.

Щоб схема нормально працювала, необхідні діоди з низьким рівнем прямої напруги, такі як ВАТ85 або германієві.

Ці імпульси надходять на транзисторний ключ VT1 і VТ2. У колекторному ланцюзі VТ2 включено обмотка малопотужного реле К1, контакти якого підключені паралельно кнопці «=» мікрокалькулятора. Коли є живлення +5V контакти реле К1 замикатимуться з частотою 1 Гц.

Щоб запустити секундомір, потрібно попередньо зробити дію «1+», потім вимикачем S1 включити живлення схеми формувача імпульсів. Тепер з кожною секундою покази дисплея збільшуватимуться на одиницю.

Щоб зупинити рахунок, достатньо вимкнути живлення формувача імпульсів вимикачем S1.

Щоб був рахунок зменшення, потрібно спочатку набрати на дисплеї мікрокалькулятора вихідне число секунд, та був зробити дію «-1» і включити живлення формувача імпульсів вимикачем S1. Тепер з кожною секундою показання дисплея зменшуватимуться на одиницю, і за ними можна буде судити, скільки часу залишилося до певної події.

Рис.2. Схема перетворення китайського бодульника на секундомір.

Рис.3. Схема лічильника перетинів ІЧ-променя із застосуванням калькулятора.

Якщо використовувати інфрачервоний фотодатчик, що працює на перетин променя, можна пристосувати мікрокалькулятор вважати якісь предмети, наприклад, коробки, що переміщаються транспортерною стрічкою, або, встановивши датчик в проході, вважати людей, що входять в приміщення.

Принципова схема інфрачервоного датчика відображення для роботи з мікрокалькулятором показана на малюнку 3.

Генератор ІЧ-сигналу виконаний на мікросхемі А1 типу «555» (інтегральний таймер) Він є генератором імпульсів частотою 38 кГц, на виході якого включений через ключ інфрачервоний світлодіод. Частота генерації залежить від кола C1-R1, при налагодженні підбором резистора R1 потрібно встановити на виході мікросхеми (виведення 3) частоту близьку до 38 кГц. Світлодіод HL1 поміщають з одного боку проходу, надівши на нього непрозору трубку, яка має бути точно спрямована на фотоприймач.

Фотоприймач виконаний на мікросхемі HF1 - це стандартний інтегральний фотоприймач типу TSOP4838 для дистанційного керування телевізорів та іншої домашньої техніки. Коли цей фотоприймач потрапляє промінь від HL1, його виході - нуль. За відсутності променя-одиниця.

Таким чином, між HL1 і HF1 нічого немає - контакти реле К1 розімкнуті, а в момент проходження будь-якого об'єкта - контакти реле замикаються. Якщо на мікрокалькуляторі зробити дію «1+», то з кожним проходженням об'єкта між HL1 і HF1 показання дисплея мікрокалькулятора збільшуватимуться на одиницю, і за ними можна буде судити, скільки коробок відвантажено або скільки людей увійшло.

Крюков М.Б. РК-2016-01.

Принцип дії

Як вихідний стан прийнятий нульовий рівень усім виходах тригерів (Q 1 – Q 3), т. е. цифровий код 000. У цьому старшим розрядом є вихід Q 3 . Для переведення всіх тригерів в нульовий стан входи R тригерів об'єднані і на них подається необхідний рівень напруги (тобто імпульс, що обнулює тригери). По суті, це скидання. На вхід надходять тактові імпульси, які збільшують цифровий код на одиницю, тобто після приходу першого імпульсу перший тригер переключається в стан 1 (код 001), після приходу другого імпульсу другий тригер переключається в стан 1, а перший - в стан 0 (код 010), потім третій тощо. буд. У результаті подібний пристрій може дорахувати до 7 (код 111), оскільки 2 3 – 1 = 7. Коли всіх виходах тригерів встановилися одиниці, кажуть, що лічильник переповнений. Після приходу наступного (дев'ятого) імпульсу лічильник обнуляться і почнеться з початку. На графіках зміна станів тригерів відбувається із деякою затримкою t з. На третьому розряді затримка вже втричі. Затримка, що збільшується зі збільшенням числа розрядів, є недоліком лічильників з послідовним переносом, що, незважаючи на простоту, обмежує їх застосування в пристроях з невеликим числом розрядів.

Класифікація лічильників

Лічильниками називають пристрої для підрахунку числа надійшли на їх вхід імпульсів (команд), запам'ятовування та зберігання результату рахунку та видачі цього результату. Основним параметром лічильника є модуль счёта(емкость) Kс. Ця величина дорівнює числу стійких станів лічильника. Після надходження імпульсів Kс лічильник повертається у вихідний стан. Для двійкових лічильників Kс = 2 m, де m – число розрядів лічильника.

Крім Kз важливими характеристиками лічильника є максимальна частота рахунку fmax і час встановлення tуст, які характеризують швидкодію лічильника.

Tуст - тривалість перехідного процесу перемикання лічильника в новий стан: tуст = mtтр, де m - число розрядів, а tтр - час перемикання тригера.

Fmax – максимальна частота вхідних імпульсів, коли він відбувається втрати імпульсів.

За типом функціонування:

- Підсумовуючі;

- віднімають;

– Реверсивні.

У підсумовуючому лічильнику прихід кожного вхідного імпульсу збільшує результат рахунку на одиницю, у віднімає – зменшує на одиницю; у реверсивних лічильниках може відбуватися як підсумовування, і віднімання.

По структурній організації:

- Послідовними;

– паралельними;

- Послідовно-паралельними.

У послідовному лічильнику вхідний імпульс подається тільки вхід першого розряду, на входи кожного наступного розряду подається вихідний імпульс попереднього розряду.

У паралельному лічильнику з приходом чергового лічильного імпульсу перемикання тригерів під час переходу на новий стан відбувається одночасно.

Послідовно-паралельна схема включає обидва попередні варіанти.

По порядку зміни станів:

- З природним порядком рахунку;

- З довільним порядком рахунку.

За модулем рахунку:

- Двійкові;

- Недвійкові.

Модуль рахунку двійкового лічильника Kc=2, а модуль рахунку недвійкового лічильника Kc= 2m, де m – число розрядів лічильника.

Підсумовуючий послідовний лічильник

Рис.1. Підсумовуючий послідовний 3-х розрядний лічильник.

Тригери даного лічильника спрацьовують по задньому фронті лічильного імпульсу. Вхід старшого розряду лічильника пов'язаний із прямим виходом (Q) молодшого сусіднього розряду. Тимчасова діаграма роботи такого лічильника наведено на рис.2. У початковий момент часу стану всіх тригерів дорівнюють лог.0 відповідно на їх прямих виходах лог.0. Це досягається за допомогою короткочасного лог.0, поданого на входи асинхронної установки тригерів лог.0. Загальний стан лічильника можна охарактеризувати двійковим числом (000). Під час рахунку на входах асинхронної установки тригерів лог.1 підтримується лог.1. Після приходу заднього фронту першого імпульсу 0-розряд переключається на протилежний стан – лог.1. На вході 1-розряду з'являється передній фронт лічильного імпульсу. Стан лічильника (001). Після приходу на вхід лічильника заднього фронту другого імпульсу 0-розряд перемикається в протилежний стан - лог.0, на вході 1-розряду з'являється задній фронт лічильного імпульсу, який перемикає 1-розряд лог.1. Загальний стан лічильника – (010). Наступний задній фронт на вході 0-розряду встановить його в лог.1(011) і т.д. Таким чином, лічильник накопичує число вхідних імпульсів, що надходять на його вхід. При надходженні 8-ми імпульсів з його вхід лічильник повертається у вихідний стан (000), отже коефіцієнт рахунки (КСЛ) даного лічильника дорівнює 8.

Мал. 2. Тимчасова діаграма послідовного підсумовуючого лічильника.

Послідовний лічильник, що віднімає

Тригери цього лічильника спрацьовують по задньому фронту. Для реалізації операції віднімання лічильний вхід старшого розряду підключається до інверсного виходу сусіднього молодшого розряду. Попередньо тригери встановлюють стан лог.1 (111). Роботу даного лічильника показує часова діаграма на рис. 4.

Мал. 1 Послідовний лічильник, що віднімає

Мал. 2 Тимчасова діаграма послідовного лічильника, що віднімає

Реверсивний лічильник

Для реалізації реверсивного лічильника необхідно об'єднати функції підсумовуючого лічильника та функції лічильника, що віднімає. Схема цього лічильника наведена на рис. 5. Для керування режимом рахунку служать сигнали «сума» та «різниця». Для режиму підсумовування "сума" = лог.1, "0" - короткочасний лог.0; "Різниця" = лог.0, "1"-короткочасний лог.0. При цьому елементи DD4.1 та DD4.3 дозволяють подачу на тактові входи тригерів DD1.2, DD2.1 через елементи DD5.1 ​​та DD5.2 сигналів з прямих виходів тригерів DD1.1, DD1.2 відповідно. При цьому елементи DD4.2 і DD4.4 закриті, на їх виходах є лог.0, тому дія інверсних виходів ніяк не відбивається на рахункових входах тригерів DD1.2, DD2.1. Таким чином, реалізується операція підсумовування. Задля реалізації операції віднімання на вхід «сума» подається лог.0, вхід «різницю» лог.1. При цьому елементи DD4.2, DD4.4 дозволяють подачу на входи елементів DD5.1, DD5.2, відповідно і на рахункові входи тригерів DD1.2, DD2.1 сигналів з інверсних виходів тригерів DD1.1, DD1.2. При цьому елементи DD4.1, DD4.3 закриті і сигнали з прямих виходів тригерів DD1.1, DD1.2 не впливають на рахункові входи тригерів DD1.2, DD2.1. Таким чином, реалізується операція віднімання.

Мал. 3 Послідовний реверсивний 3-х розрядний лічильник

Для реалізації даних лічильників також можна використовувати тригери, які спрацьовують на передньому фронті рахункових імпульсів. Тоді під час підсумовування на лічильний вхід старшого розряду треба подавати сигнал з інверсного виходу сусіднього молодшого розряду, а відніманні навпаки – з'єднувати лічильний вхід із прямим виходом.

Недолік послідовного лічильника – зі збільшенням розрядності пропорційно збільшується час установки (tуст) даного лічильника. Перевагою є простота реалізації.

Мал. 3 – Реверсивний лічильник

Для рахункових імпульсів передбачено два входи: “+1” – збільшення, “-1” – зменшення. Відповідний вхід (+1 або -1) підключається до входу С. Це можна зробити схемою АБО, якщо вліпити її перед першим тригером (вихід елемента до входу першого тригера, входи – до шин +1 та -1). Незрозуміла фігня між тригерами (DD2 і DD4) називається елементом І-АБО. Цей елемент складається з двох елементів І та одного елемента АБО, об'єднаних в одному корпусі. Спочатку вхідні сигнали цьому елементі логічно перемножуються, потім результат логічно складається.

Число входів елемента І-АБО відповідає номеру розряду, тобто якщо третій розряд, то три входи, четвертий - чотири і т. д. Логічна схема є двопозиційним перемикачем, керованим прямим або інверсним виходом попереднього тригера. При балку. 1 на прямому виході лічильник відраховує імпульси з шини "+1" (якщо вони, звичайно, надходить), при лог. 1 на інверсному виході – із шини “-1”. Елементи І (DD6.1 та DD6.2) формують сигнали перенесення. На виході >7 сигнал формується при коді 111 (число 7) і тактового імпульсу на шині +1, на виході<0 сигнал формируется при коде 000 и наличии тактового импульса на шине -1.

Все це, звичайно, цікаво, але красивіше виглядає в мікросхемному виконанні:

Мал. 4 Чотирьохрозрядний двійковий лічильник

Ось типовий лічильник із передустановкою. СТ2 означає, що лічильник двійковий, якщо він десятковий, ставиться СТ10, якщо двійково-десятковий – СТ2/10. Входи D0 - D3 називаються інформаційними входами і служать для запису в лічильник будь-якого двійкового стану. Цей стан відобразиться на його виходах і від нього буде розпочато відлік. Іншими словами, це входи попередньої установки або просто попереднього встановлення. Вхід V служить для дозволу запису коду по входах D0 - D3, або, як кажуть, дозволу попереднього встановлення. Цей вхід може бути позначений і іншими літерами. Попередній запис у лічильник проводиться при подачі сигналу дозволу запису в момент приходу імпульсу на вхід С. Вхід тактовий. Сюди запихають імпульси. Трикутник означає, що лічильник спрацьовує за спадом імпульсу. Якщо трикутник повернутий на 180 градусів, тобто дупою до літери С, значить він спрацьовує по фронту імпульсу. Вхід R служить для обнулення лічильника, т. е. при подачі імпульсу цей вхід усім виходах лічильника встановлюються балка. 0. Вхід PI називається входом перенесення. Вихід p називається виходом перенесення. На цьому виході формується сигнал при переповненні лічильника (коли всіх виходах встановлюються лог. 1). Цей сигнал можна подати на вхід перенесення наступного лічильника. Тоді при переповненні першого лічильника другий перемикатиметься в наступний стан. Виходи 1, 2, 4, 8 просто виходи. Там формується двійковий код, відповідний числу імпульсів, що надійшли на вхід лічильника. Якщо висновки з кружальцями, що буває набагато частіше, значить вони інверсні, тобто замість балки. 1 подається балка. 0 і навпаки. Докладніше робота лічильників разом з іншими пристроями розглядатиметься надалі.

Паралельний сумирний лічильник

Принцип дії даного лічильника полягає в тому, що вхідний сигнал, що містить лічильні імпульси, подається одночасно на всі розряди лічильника. А установкою лічильника стан лог.0 чи лог.1 управляє схема управління. Схема даного лічильника показано на рис.6

Мал. 4 Підсумовуючий лічильник паралельної дії

Розряди лічильника - тригери DD1, DD2, DD3.

Схема управління – елемент DD4.

Достоїнство даного лічильника - малий час установки, що не залежить від розрядності лічильника.

Недолік – складність схеми у разі підвищення розрядності лічильника.

Лічильники з паралельним перенесенням

Для підвищення швидкодії застосовують спосіб одночасного формування сигналу перенесення всім розрядів. Досягається це запровадженням елементів І, якими тактові імпульси надходять відразу на входи всіх розрядів лічильника.

Мал. 2 – Лічильник з паралельним перенесенням та графіки, що пояснюють його роботу

Із першим тригером все зрозуміло. На вхід другого тригера тактовий імпульс пройде лише тоді, коли на виході першого тригера буде балка. 1 (особливість схеми І), але вхід третього – як у виходах перших двох буде лог. 1 і т. д. Затримка спрацьовування третьому тригері така ж, як і першому. Такий лічильник називається лічильником з паралельним перенесенням. Як видно із схеми, зі збільшенням числа розрядів збільшується число балок. І елементів, причому чим вище розряд, тим більше входів у елемента. Це недолік таких лічильників.

Розробка принципової схеми

Формувач імпульсів

Формувач імпульсів - пристрій, необхідний для усунення брязкоту контактів, що виникає при замиканні механічних контактів, що може призвести до неправильної роботи схеми.

На малюнку 9 наведено схеми формувачів імпульсів від механічних контактів.

Мал. 9 Формувачі імпульсів від механічних контактів.

Блок індикації

Для відображення результату рахунку необхідно використовувати світлодіоди. Щоб здійснити такий висновок інформації, можна скористатися найпростішою схемою. Схема блоку індикації на світлодіодах наведена малюнку 10.

Мал. 10 Блок індикації на світлодіодах.

Розробка КСУ (комбінаційної схеми управління)

Для реалізації цього лічильника із серії ТТЛШ мікросхем К555 я вибрав:

дві мікросхеми К555ТВ9 (2 JK-тригери з установкою)

одну мікросхему К555ЛА4 (3 елементи 3І-НЕ)

дві мікросхеми К555ЛА3 (4 елементи 2І-НЕ)

одну мікросхему К555ЛН1 (6 інверторів)

Дані мікросхеми забезпечують мінімальну кількість корпусів на друкованій платі.

Складання структурної схеми лічильника

Структурна схема – сукупність блоків лічильника, які виконують будь-яку функцію і забезпечують нормальну роботу лічильника. На малюнку 7 показано структурну схему лічильника.

Мал. 7 Структурна схема лічильника

Блок керування виконує функцію подачі сигналу та керування тригерами.

Блок рахунку призначений для зміни стану лічильника та збереження цього стану.

Блок індикації виводить інформацію для зорового сприйняття.

Складання функціональної схеми лічильника

Функціональна схема – внутрішня структура лічильника.

Визначимо оптимальне кількість тригерів для недвоичного лічильника з коефіцієнтом рахунку Кс=10.

M = log 2 (Кс) = 4.

M = 4 означає реалізації двоично-десятичного лічильника необхідно 4 тригера.

Найпростіші однорозрядні лічильники імпульсів

Найпростішим однорозрядним лічильником імпульсів може бути JK-тригер та D-тригер, що працює у рахунковому режимі. Він вважає вхідні імпульси по модулю 2-кожний імпульс перемикає тригер у протилежний стан. Один тригер вважає до двох, два з'єднаних послідовно вважають до чотирьох, п тригерів-до 2n імпульсів. Результат рахунка формується в заданому коді, який може зберігатися в пам'яті лічильника або бути зчитаним іншим пристроєм цифрової техніки дешифратором.

На малюнку показано схему трирозрядного двійкового лічильника імпульсів, побудованого на JK-тригер ax K155TB1. Змонтуйте такий лічильник на макетній панелі та до прямих виходів тригерів підключіть світлодіодні (або транзисторні – з лампою розжарювання) індикатори, як це робили раніше. Подайте від випробувального генератора на вхід З першого тригера лічильника серію імпульсів із частотою прямування 1...2 Гц і за світловими сигналами індикаторів побудуйте графіки роботи лічильника.

Якщо в початковий момент усі тригери лічильника перебували в нульовому стані (можна встановити кнопковим вимикачем SB1 «Уст.0», подаючи на вхід R тригерів напруга низького рівня), то по спаду першого імпульсу (рис. 45,6) тригер DD1 переключиться в одиничний стан-на його прямому виході з'явиться високий рівень напруги (рис. 45, в). Другий імпульс переключить тригер DD1 у нульовий стан, а тригер DD2-B одиничний (рис. 45, г). По спаду третього імпульсу тригери DD1 і DD2 виявляться в одиничному стані, а тригер DD3 все ще буде в нульовому. Четвертий імпульс переключить перші два тригери в нульовий стан, а третій в одиничний (рис. 45, д). Восьмий імпульс переключить всі тригери на нульовий стан. По спаду дев'ятого вхідного імпульсу розпочнеться наступний цикл роботи трирозрядного лічильника імпульсів.

Вивчаючи графіки, неважко помітити, кожен старший розряд лічильника відрізняється від молодшого подвоєним числом імпульсів рахунки. Так, період імпульсів на виході першого тригера в 2 рази більше за період вхідних імпульсів, на виході другого тригера - в 4 рази, на виході третього тригера - в 8 разів. Говорячи мовою цифрової техніки, такий лічильник працює у ваговому коді 1-2-4. Тут під терміном "вага" мається на увазі обсяг інформації, прийнятої лічильником після встановлення його тригерів у нульовий стан. У пристроях та приладах цифрової техніки найбільшого поширення набули чотирирозрядні лічильники імпульсів, що працюють у ваговому коді 1-2-4-8. Дільники частоти вважають вхідні імпульси до деякого задається коефіцієнтом рахунку стану, а потім формують сигнал перемикання тригерів я нульовий стан, знову починають рахунок вхідних імпульсів до коефіцієнта рахунку, що задається і т. д.

Тут уже знайомий вам трирозрядний двійковий лічильник доповнений логічним елементом 2Й-НЕ DD4.1, який і задає коефіцієнт рахунку 5. Відбувається це так. При перших чотирьох вхідних імпульсах (після встановлення тригерів у нульовий стан кнопкою SB1 «Уст. 0») пристрій працює як звичайний лічильник імпульсів. При цьому одному або обох входах елемента DD4.1 діє низький рівень напруги, тому елемент знаходиться в одиничному стані.

За спадом п'ятого імпульсу на прямому виході першого і третього тригерів, а значить, і на обох входах елемента DD4.1 з'являється високий рівень напруги, що перемикає цей логічний елемент а нульовий стан. У цей момент на його виході формується короткий імпульс низького рівня, який через діод VD1 передається на вхід R всіх тригерів і перемикає їх у вихідний нульовий стан.

З цього моменту починається наступний цикл роботи лічильника. Резистор R1 і діод VD1, введені в цей лічильник, необхідні для того, щоб унеможливити замикання виходу елемента DD4.1 на загальний провід.

Дію такого дільника частоти можете перевірити, подаючи на вхід першого його тригера імпульси, що йдуть з частотою 1… 2 Гц, і підключивши до виходу тригера DD3 світловий індикатор.

На практиці функції лічильників імпульсів та дільників частоти виконують спеціально розроблені мікросхеми підвищеного ступеня інтеграції. У серії К155, наприклад, це лічильники К155ІЕ1, К155ІЕ2, К155ІЕ4 та ін.

У радіоаматорських розробках найбільш широко використовують мікросхеми К155ІЕ1 та К155ІЕ2. Умовні графічні позначення цих мікросхем-лічильників із нумерацією їх висновків показано на рис. 47.

Мікросхему К155ІЕ1 (рис. 47,а) називають декадним лічильником імпульсів, тобто лічильником з коефіцієнтом рахунку 10. Він містить чотири тригери, з'єднаних між собою послідовно. Вихід (виведення 5) мікросхеми - вихід її четвертого тригера. Встановлюють всі тригери в нульовий стан подачею напруги високого рівня одночасно на обидва входи R (висновки 1 і 2), об'єднані за схемою елемента (умовний символ «&»). Рахункові імпульси, які повинні мати низький рівень, можна подавати на з'єднані разом входи (висновки 8 і 9), також об'єднані по І. або на один з них, якщо в цей час на другому буде високий рівень напруги. При кожному десятому вхідному імпульсі на виході лічильник формує рівний за тривалістю вхідний імпульс низького рівня. Мікросхема К155ІЕ2 (рис.48, б)

Двійково-десятковий чотирирозрядний лічильник. У ньому також чотири тригери, але перший має окремі вхід С1 (висновок 14) і окремий прямий вихід (висновок 12). Три інших тригера з'єднані між собою так, що утворюють дільник на 5. При з'єднанні виходу першого тригера (висновок 12) з входом С2 (висновок 1) ланцюга інших тригерів мікросхема стає дільником на 10 (рис. 48 а), що працює в коді 1 -2-4-8, що символізують цифри біля виходів графічного позначення мікросхеми. Для встановлення тригерів лічильника в нульовий стан подають на обидва входи R0 (висновки 2 і 3) напруга високого рівня.

Два об'єднані входи R0 і чотири розділові виходи мікросхеми К155ІЕ2 дозволяють без додаткових елементів будувати дільники частоти з коефіцієнтами розподілу від 2 до 10. Так, наприклад, якщо з'єднати між собою висновки 12 і 1, 9 і 2, 8 н 3 (рис. 48, 6), то коефіцієнт рахунку буде 6, а при з'єднанні висновків 12 та 1, 11,. 2 і 3 (рис. 48,в) коефіцієнт рахунку стане 8. Ця особливість мікросхеми К155ІЕ2 дозволяє використовувати її як двійковий лічильник імпульсів, і як дільник частоти.

Цифровий лічильник імпульсів - це цифровий вузол, який здійснює рахунок імпульсів, що надходять на його вхід. Результат рахунка формується лічильником у заданому коді і може зберігатися потрібний час. Лічильники будуються на тригерах, причому кількість імпульсів, яке може підрахувати лічильник визначається з виразу N = 2 n – 1, де n – число тригерів, а мінус один, тому що в цифровій техніці за початок відліку приймається 0. Лічильники бувають підсумовують, коли рахунок йде збільшення, і віднімають – рахунок зменшення. Якщо лічильник може перемикатися у процесі роботи з підсумовування віднімання і навпаки, він називається реверсивним.

відео роботи пристрою

Схема зібрана на мікроконтролер PIC16F628A. Вона може вважати вхідні імпульси від 0 до 9999. Імпульси надходять лінію порту RA3 (кнопка SA1 активний рівень низький). З кожним імпульсом показання індикатора змінюються +1. Після 999 імпульсу на індикаторі висвічується 0 і спалахує точка початку другої тисячі (права за схемою) і т. д. Так рахунок може продовжуватися до значення 9999. Після цього рахунок зупиняється. Кнопка SA3 (лінія порту RА1) служить для скидання показань 0.

Схема лічильника імпульсів із пам'яттю на мікроконтролері

Спочатку схема була виготовлена ​​для роботи з живленням від трьох пальчикових батарей. Тому з метою економії енергії в схему включено кнопку включення індикації для контролю стану лічильника SA2 (лінія порту RA4). Якщо ця кнопка не потребує, її контакти можна закоротити. У схемі можна використовувати резистори, що підтягують, в межах від 1к до 10к. Біти конфігурації INTRC I/O та PWRTE встановлені. При відключенні живлення показання лічильника у пам'яті контролера зберігаються. При погашеному індикаторі схема залишається працездатною при зниженні до 3,5 вольт. Практика показала, що заряд батарей вистачає майже на тиждень безперервної роботи схеми.

Друкована плата лічильника

Фото лічильника

Схема, прошивка МК та друкована плата у форматі S-layuout у архіві (15кб).

Від адміністратора. Резистори R1-R3 можна вибрати номіналом до 10К.

Як і тригери, лічильники зовсім необов'язково складати з логічних елементів вручну – сьогоднішня промисловість випускає найрізноманітніші лічильники вже зібрані у корпуси мікросхем. У цій статті я не зупинятимусь на кожній мікросхемі-лічильнику окремо (у цьому немає необхідності, та й часу займе занадто багато), а просто коротко розсаджу на що можна розраховувати, під час вирішення тих чи інших завдань цифрової схемотехніки. Тих же, кого цікавить конкретні типи мікросхем-лічильників, я можу відправити до свого далеко неповного довідникуза ТТЛ та КМОП мікросхем.

Отже, виходячи з отриманого у попередній розмові досвіду, ми з'ясували один із головних параметрів лічильника – розрядність. Для того щоб лічильник зміг рахувати до 16 (з урахуванням нуля – це теж число) нам знадобилося 4 розряди. Додавання кожного наступного розряду збільшуватиме можливості лічильника рівно вдвічі. Таким чином, п'ятирозрядний лічильник зможе рахувати до 32, шести - до 64. Для обчислювальної техніки оптимальною розрядністю є розрядність, кратна чотирьом. Це не є золотим правилом, але все ж таки більшість лічильників, дешифраторів, буферів і т.п. будуються чотирьох (до 16) чи восьмирозрядними (до 256).

Але оскільки цифрова схемотехніка не обмежується одними ЕОМ, нерідко потрібні лічильники з різним коефіцієнтом рахунки: 3, 10, 12, 6 тощо. Наприклад, для побудови схем лічильників хвилин нам знадобиться лічильник на 60, яке нескладно отримати, включивши послідовно лічильник на 10 і лічильник на 6. Може нам знадобитися і більша розрядність. Для цих випадків, наприклад, в КМОП серії є готовий 14-розрядний лічильник (К564ІЕ16), який складається з 14-ти D-тригерів, включених послідовно і кожен вихід крім 2 і 3-го виведений на окрему ніжку. Подавай на вхід імпульси, підраховуй та читай за необхідності показання лічильника у двійковому численні:

К564ІЕ16

Для полегшення побудови лічильників необхідної розрядності деякі мікросхеми можуть містити кілька окремих лічильників. Поглянемо на К155ІЕ2 – двійково-десятковий лічильник(російською – «лічильник до 10, що виводить інформацію в двійковому коді»):

Мікросхема містить 4 D-тригера, причому 1 тригер (однорозрядний лічильник – дільник на 2) зібраний окремо – має свій вхід (14) та свій вихід (12). Інші 3 тригера зібрані так, що ділять вхідну частоту на 5. Для них вхід - висновок 1, виходи 9, 8,11. Якщо нам потрібен лічильник до 10, то просто з'єднуємо висновки 1 і 12, подаємо рахункові імпульси на висновок 14, а з висновків 12, 9, 8, 11 знімаємо двійковий код, який збільшуватиметься до 10, після чого лічильники обнулиться і цикл повториться. Складовий лічильник К155ІЕ2 не є винятком. Аналогічний склад має і, наприклад, К155ІЕ4 (лічильник до 2+6) або К155ІЕ5 (лічильник до 2+8):

Практично всі лічильники мають входи примусового скидання «0», а деякі і входи установки на максимальне значення. Ну і насамкінець я просто зобов'язаний сказати, що деякі лічильники можуть вважати і туди і назад! Це звані реверсивні лічильники, які можуть перемикатися для рахунки як збільшення (+1), і зменшення (-1). Так уміє, наприклад, двійково-десятковий реверсивний лічильникК155ІЕ6:

При подачі імпульсів на вхід +1 лічильник рахуватиме вперед, імпульси на вході -1 зменшуватимуть показання лічильника. Якщо зі збільшенням показань лічильник переповниться (11 імпульс), перш ніж повернутися в нуль, він видасть на висновок 12 сигнал «перенесення», який можна подати на наступний лічильник для нарощування рівнорядності. Те ж призначення і у виводу 13, але на ньому імпульс з'явиться під час переходу рахунку через нуль при рахунку зворотному напрямку.

Зверніть увагу, що крім входів скидання мікросхема К155ІЕ6 має входи запису до неї довільного числа (висновки 15, 1, 10, 9). Для цього достатньо встановити на цих входах будь-яке число 0 - 10 у двійковому численні та подати імпульс запису на вхід С.

Цей пристрій призначений для розрахунку кількості обертів валу механічного пристрою. Крім простого підрахунку з індикацією на світлодіодному табло в десяткових числах, лічильник видає інформацію про кількість обертів у двійковому десятирозрядному коді, що може бути використане для конструювання автоматичного пристрою. Лічильник складається з оптичного датчика оборотів, що являє собою оптопару з ІК-світлодіода і фотодіода, що постійно світиться, між якими розташований диск з непрозорого матеріалу, в якому вирізаний сектор. Диск закріплений на валу механічного пристрою, кількість оборотів якого слід рахувати. І, комбінації з двох лічильників, - десяткового трирозрядного з виведенням на світлодіодні семисегментні індикатори, та двійкового десятирозрядного. Лічильники працюють синхронно, але незалежно один від одного. Світлодіод HL1 випромінює безперервний світловий потік, що надходить на фотодіод через проріз у вимірювальному диску. При обертанні диска виходять імпульси, а оскільки, проріз у диску одна, число цих імпульсів дорівнює числу оборотів диска. Тригер Шмітта на D1.1 і D1.2 перетворює імпульси напруги на R2, викликані зміною фотоструму через фотодіод, імпульси логічного рівня, придатні для сприйняття лічильниками серії К176 і К561. Число імпульсів (кількість обертів диска) одночасно підраховує двома лічильниками - тридекадним десятковим на мікросхемах D2-D4 і двійковим на D5. Інформація про кількість обертів виводиться на цифрове табло, складене з трьох семисегментних світлодіодних індикаторів Н1-Н3, та у вигляді десятирозрядного двійкового коду, що знімається з виходів лічильника D5. Обнулення всіх лічильників на момент включення живлення відбувається одночасно, чому сприяє наявність елемента D1.3. При потребі в кнопці обнулення її можна підключити паралельно конденсатору С1. Якщо потрібно, щоб сигнал обнулення надходив від зовнішнього пристрою або логічної схеми, потрібно мікросхему К561ЛЕ5 замінити на К561ЛА7 і від'єднати її висновок 13 від виводу 12 і С1. Тепер обнулення можна буде зробити, подавши від зовнішнього логічного вузла, логічний нуль на висновок 13 D1.3. У схемі можна використовувати інші світлодіодні семисегментні індикатори, аналогічні АЛС324. Якщо індикатори із загальним катодом, потрібно на висновки 6 D2-D4 подати не одиницю, а нуль. Мікросхеми К561 можна замінити аналогами серій К176, К1561 чи імпортними аналогами. Світлодіод – будь-який ІЧ-світлодіод (від пульта ДК апаратури). Фотодіод - будь-який з тих, що використовувався в системах дистанційного керування телевізорів типу УСЦТ. Налаштування полягає у встановленні чутливості фотодіода підбором номіналу R2.

Радіоконструктор №2 2003р стор. 24