Лічильники імпульсів електронний 4-х розрядний схема. Радіоаматорські схеми на лічильниках. Підсумовуючий послідовний лічильник

З типових функціональних вузлів цифрової техніки нескладно зібрати електронний лічильник-секундомір, аналогічний тим, що випускаються для шкільних фізичних кабінетів. У цих приладах використовується лічильно-імпульсний метод виміру часу, який полягає в тому, що вимірюється кількість імпульсів, період повторення яких відомий. Подібні прилади містять такі основні вузли: генератор рахункових імпульсів, схему управління (у найпростішому випадку її роль виконує кнопка «Пуск»), двійково-десятковий лічильник, дешифратори та індикатори. Останні три вузли утворюють перерахункову декаду, що моделює один десятковий розряд. Слід зазначити, що час лічильно-импульсным методом супроводжується неминучою помилкою, рівної одиниці рахунки. Пов'язано це з тим, що прилад зафіксує однакову кількість імпульсів і, отже, покаже однаковий час, якщо рахунок припинено відразу після надходження останнього імпульсу або перед надходженням попереднього імпульсу. У цьому випадку помилка прийме найбільше значення, що дорівнює часу між двома сусідніми

Мал. 172. Перерахункова декада

імпульсами. Якщо зменшити період повторення імпульсів і запровадити додаткові розряди лічильника, можна в потрібне число разів підвищити точність виміру.

Одна декада лічильника-секундомера показана на малюнку 172. Вона складається з двійково-десяткового лічильника на дешифратора і індикатора на неоновій лампі Для живлення індикатора потрібна висока напруга , тому за правилами техніки безпеки приладом повинен користуватися керівник. У схемі використовується дешифратор спеціально призначений для роботи з високовольтним індикатором. Замість лампи можна використовувати лампи інших типів: розраховані на напругу живлення 200 В і силу струму індикації. лічильник Він реагує на задній фронт позитивного імпульсу або на негативний стрибок напруги, поданого на вхід. вона реагує на негативний перепад напруги.

Для керування роботою лічильної декади використовується три кнопки та перемикач. Перед початком рахунку декада

встановлюється в нульовий стан кнопкою «Уст. О», при цьому на входи лічильника подається логічна 1. Потім перемикачем вибирається джерело рахункових імпульсів - ним може бути тригер, або мультивібратор. У режимі «рахунок механічних замикань» при послідовному натисканні та відпусканні кнопки відбувається двійково-десятковий рахунок і на індикаторі послідовно загоряються цифри 1, 2, 3 і т. д. до цифри 9, потім загоряється цифра 0 і повторюється рахунок. У режимі рахунку імпульсів на вхід лічильника надходять імпульси мультивібратора, зібраного за відомою схемою на рис. 168). Для вимірювання часу в секундах частота імпульсів повинна дорівнювати 1 Гц. Вона встановлюється змінним резистором і рівною ємністю

Для отримання многоразрядного двійково-десяткового лічильника включаються послідовно, тобто. вихід першого з'єднується з входом другого, вихід другого з'єднується зі входом третього і т. д. Для встановлення багаторозрядного лічильника в нульовий стан входи об'єднуються та підключаються до кнопки «Уст. 0».

Якщо, наприклад, прилад передбачається використовувати під час уроків фізики, час необхідно вимірювати у досить широкому діапазоні - від 0,001 до 100 з. Для цього генератор повинен мати частоту, а лічильник повинен складатися з п'яти десяткових розрядів. При цьому показання цифрового індикатора матимуть такий вигляд: 00,000; 00,001; 00,002 і т.д. до 99 999 с.

Область застосування навчального лічильника-секундомера можна значно розширити, якщо ввести до нього два додаткові пристрої - блок безконтактного керування та блок витримок часу. Перший блок повинен забезпечувати автоматичне та безінерційне включення та відключення приладу. Для цього можна використовувати вже відому схему фотореле (рис. 76), вибравши потрібну чутливість та узгодивши напруги джерел живлення. У схемі управління має бути два фотодатчики - один використовується для включення, а інший для вимикання лічильника-секундомера в моменти перетину променів тілом, що рухається. Знаючи відстань між фотодатчиками та показання секундоміра, легко обчислити швидкість руху тіла. У блоці-приставці використовуються два підсилювачі фотоструму. Їхні вихідні сигнали керують роботою рахункового тригера, один з виходів якого через транзисторний ключ з'єднаний із входом секундоміра.

Можна також навести інші приклади використання електронних лічильників. Наприклад, автомат, який моделює гру «в кістки», складається вже розглянутої декади на

І неонової лампи керованої імпульсами мультивібратора (див. рис. 168, 172). Гравці по черзі натискають кнопку, що перериває рахунок. Виграє той, у кого індикатор покаже більше. Момент зупинки лічильника, як і момент зупинки кубика, що підкидається з точками від 1 до 6, визначається випадковими причинами, тому лічильна декада разом з мультивібратором є електронним датчиком випадкових чисел. Наведемо ще приклади її використання у різних ігрових ситуаціях.

Під час перевірки швидкості реакції гравців резистором встановлюється певна частота роботи мультивібратора та швидкість зміни цифр індикатора (див. рис. 168 та 172). Учасникам гри пропонується натискати кнопку мультивібратора щоразу, як індикатор покаже певну, заздалегідь обрану цифру. Виконати поставлену умову тим складніше, що вища частота перемикання. Першими вибувають з гри найбільш повільні, переможцем стає гравець, який має кращу реакцію. В іншому, більш складному варіанті гри потрібно продовжувати натискання кнопки у встановленому суддею темпі після того, як зникають показання індикатора. Для цього його закривають механічною шторкою або вимикають кнопкою

Рахункову декаду разом з мультивібратором особливо зручно використовувати в іграх, якщо її харчування зробити автономним, тобто не пов'язаним із мережею. У цьому випадку використовують семисегментний світлодіодний індикатор керований дешифратором інтегральної схеми. З цією мікросхемою та індикатором ми вже знайомі (рис. 150, 163). Схеми мультивібратора та лічильника залишаються незмінними. Схема датчика випадкових чисел, що працює від джерела з напругою 5, показана на малюнку 173.

Прикладом складнішого пристрою, що працює на основі електричного лічильника, є блок витримки часу, або таймер. На малюнку 174 показано принципову схему таймера, що дозволяє включати різне навантаження на час від 0 до 999 с. Він складається з трирозрядного десяткового лічильника, зібраного на мікросхемі трьох дешифраторів на мікросхемі мультивібратора та схеми керування на мікросхемі, а також мікросхемі Джерелом рахункових імпульсів є мультивібратор, налаштований на частоту 1 Гц. Його імпульси подаються на вхід трирозрядного десяткового лічильника. Двійкові коди з кожного розряду подаються на дешифратори На їх виходах послідовно з'являються нульові сигнали в міру надходження на входи

Мал. 173. Перерахункова декада зі світлодіодним індикатором

відповідних двійкових кодів. Встановлення потрібної витримки часу здійснюється перемикачами з'єднуючими виходи дешифраторів з елементами мікросхеми. Якщо, наприклад, перемикачі з'єднуються з висновками 2, 3 і 7 дешифраторів, то на входах елемента АБО не будуть три 0 тільки в момент, коли лічильник зафіксує 237 імпульсів або пройде проміжок часу, рівний 237 секунд з моменту початку рахунку. При цьому на виході елемента АБО не з'явиться сигнал 1. До цього моменту при всіх двійкових кодах лічильника на виході логічного елемента був нульовий сигнал.

Схема керування таймера працює наступним чином. Попередньо натискається кнопка «Стоп», в результаті RS-тригер, зібраний мікросхемою встановлюється в нульовий стан. З прямого виходу нульовий рівень напруги подається на транзистор 1/77, емітерний ланцюг якого включена обмотка електромагнітного реле. Транзистор та реле знаходяться у вимкненому стані. Одночасно з цим на інверсному виході з'являється 6 високий рівень, який служить сигналом скидання для лічильника. При натисканні кнопки «Пуск» RS-тригер перетворюється на одиничний стан, на прямому виході 3 з'являється. високий рівень напруги, достатній для відкривання транзистора 1/77 та спрацьовування реле. Його контакти замикають ланцюг живлення навантаження. Одночасно з цим

(Клацніть для перегляду скана)

нульовий рівень напруги, що знімається з інверсного виходу тригера, відкриває лічильник. Лічильник працює доти, доки на виходах дешифратора не з'являться вихідні сигнали, що відповідають набраному числу. У цьому випадку, як говорилося, на виході виникає одиничний сигнал, який через інвертер подається на вхід -тригера. Відбувається його установка в нульовий стан і, відповідно, вимкнення транзистора, електромагнітного реле та навантаження. Лічильник встановлюється у нульовий стан.

Таймер показуватиме поточний час у секундах, якщо до виходів дешифраторів підключити світлодіоди. Відлік часу стане зручнішим, якщо двійково-десяткові коди лічильників подати на дешифратори, що працюють спільно з семи-сегментними індикаторами.

відео роботи пристрою

Схема зібрана на мікроконтролер PIC16F628A. Вона може вважати вхідні імпульси від 0 до 9999. Імпульси надходять на лінію порту RA3 (кнопка SA1 низький активний рівень). 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, у 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 рівнозрядності. 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.

Якщо перед вами стоїть завдання реалізувати лічильник імпульсів, з підрахунком десятків, сотень або тисяч, то для цього достатньо скористатися готовим складанням - мікросхемою CD4026. Благо мікросхема практично зводить нанівець всі турботи з приводу обв'язування мікросхеми та додаткових узгоджувальних елементів. При цьому один лічильник CD4026 здатний "рахувати" тільки до 10, тобто якщо нам необхідно рахувати до 100, то ми використовуємо 2 мікросхеми, якщо до 1000, то 3 і т.д. Що ж, давайте пару слів про саму мікросхему та про її функціонал.

Опис роботи лічильника CD4026

Спочатку наведемо зовнішній вигляд та функціональне позначення висновків на мікросхемі лічильнику

Не дивлячись на те, що все англійською, в принципі тут все зрозуміло! Покази лічильника збільшуються щоразу на 1 одиницю, коли контакт «clock» приходить позитивний імпульс. При цьому на виходах з a-g з'являється напруга, яка при подачі на 7 сегментний індикатор і відображатиме кількість імпульсів.

Контакт "reset" скидає показання підрахунку під час замикання на +.

Контакт disable clock також повинен бути з'єднаний на землю.

Контакт "enable display" за фактом 3 контакт має бути підключений до плюса.

Контакт «÷10» за фактом 5 вихід, надсилає сигнал про переповнення лічильника, щоб до нього можна було підключити аналогічний лічильник і почати відлік на 10, 100,1000...

Контакт «not 2» приймає значення LOW і тоді, коли значення лічильника - 2. В інших випадках HIGH.

Робоча напруга живлення мікросхеми: 3-15 Ст. тобто вона має вбудований стабілізатор. Тепер про те, як підключити цю мікросхему до складання, тобто про важливу схему.

Схема підключення лічильника імпульсів на мікросхемі CD4026

Подивіться на схему. У ній ведеться підрахунок світлових імпульсів зміни опору фоторезистора. Як фоторезистора можна застосувати скажімо фоторезистор 5516. Отже, за рахунок зміни опору, зміщується і потенціал на базі транзистора. У результаті починає протікати струм по ланцюгу колектор - емітер, а значить на вхід 1 мікросхеми подається імпульс, який підлягає підрахунку.
Як тільки перша мікросхема відраховує 1 десяток, то на виведенні 5 з'являється один імпульс про "переповнення" лічильника. Зрештою цей імпульс подається на другу мікросхему, яка працює за таким самим принципом. Але в цьому випадку мікросхема вже рахує не одиниці, а десятки. Якщо ж додати 3 мікросхеми, то це будуть сотні і т.д.

Для скидання на 0 достатньо подати плюс на ніжки 15 мікросхем. Мікросхема призначена для роботи із 7 сегментним індикатором. При подачі на один із висновків цього індикатора ми отримуємо потрібну нам цифру. Погляньте на таблицю...

У висновку ще раз хотілося б сказати, що лічильник імпульсів у цьому випадку функціональний, при цьому вимагатиме від вас мінімальних витрат і знань. Що ще важливо, схема не потребує настроювання, принаймні цифрова частина. Єдине можливо доведеться "погратися" з резисторами і фоторезистором на вході.

Лічильник імпульсів— це послідовне цифрове пристрій, що забезпечує зберігання слова інформації та виконання над ним мікрооперації рахунку, що полягає в зміні значення числа в лічильнику на 1. По суті лічильник являє собою сукупність з'єднаних певним чином тригерів. Основний параметр лічильника – модуль рахунку. Це максимальна кількість одиничних сигналів, яка може бути порахована лічильником. Лічильники позначають через СТ (англ. counter).

Лічильники імпульсів класифікують

● за модулем рахунку:
. двійково-десяткові;
. двійкові;
. з довільним постійним модулем рахунку;
. із змінним модулем рахунку;
. за направленням рахунку:
. підсумовуючи;
. віднімають;
. реверсивні;
● за способом формування внутрішніх зв'язків:
. з послідовним перенесенням;
. з паралельним перенесенням;
. з комбінованим перенесенням;
. кільцеві.

Підсумовуючий лічильник імпульсів

Розглянемо підсумовуючий лічильник (рис. 3.67, а). Такий лічильник побудований на чотирьох JK-тригерах, які за наявності на обох входах логічного сигналу «1» перемикаються в момент появи на входах синхронізації негативних перепадів напруги.

Тимчасові діаграми, що ілюструють роботу лічильника, наведено на рис. 3.67, б. Через К сі позначено модуль рахунку (коефіцієнт рахунку імпульсів). Стан лівого тригера відповідає молодшому розряду двійкового числа, а правого старшому розряду. У вихідному стані на всіх тригерах встановлені логічні нулі. Кожен тригер змінює свій стан лише тоді, коли нього діє негативний перепад напруги.

Таким чином, цей лічильник реалізує підсумовування вхідних імпульсів. З часових діаграм видно, що частота кожного наступного імпульсу вдвічі менша, ніж попередня, тобто кожен тригер ділить частоту вхідного сигналу на два, що використовується в дільниках частоти.

Трирозрядний лічильник, що віднімає, з послідовним переносом

Розглянемо трирозрядний лічильник з послідовним перенесенням, схема і часові діаграми роботи якого наведені на рис. 3.68.
(xtypo_quote)У лічильнику використовуються три JK-тригери, кожен з яких працює в режимі Т-тригера (тригера з рахунковим входом).(/xtypo_quote)

На входи J і До кожного тригера подано логічні 1, тому приходу заднього фронту імпульсу, що подається на його вхід синхронізації, кожен тригер змінює попередній стан. Спочатку сигнали на виходах всіх тригерів дорівнюють 1. Це відповідає зберіганню в лічильнику двійкового числа 111 або десяткового числа 7. Після закінчення першого імпульсу F перший тригер змінює стан: сигнал Q 1 стане рівним 0, a Q 1 - 1.

Інші тригери у своїй свій стан не змінюють. Після закінчення другого імпульсу синхронізації перший тригер знову змінює свій стан, переходячи у стан 1 (Q x = 0). Це забезпечує зміну стану другого тригера (другий тригер змінює стан з деякою затримкою по відношенню до закінчення другого імпульсу синхронізації, так як для його перекидання потрібен час, що відповідає часу спрацьовування його самого та першого тригера).

Після першого імпульсу F лічильник зберігає стан 11О. Подальша зміна стану лічильника відбувається аналогічно до викладеного вище. Після стану 000 лічильник знову перетворюється на стан 111.

Трирозрядний лічильник з послідовним перенесенням, що самозупиняється.

Розглянемо трирозрядний самозупиняється лічильник, що віднімає, з послідовним переносом (рис. 3.69).

Після переходу лічильника стан 000 на виходах всіх тригерів виникає сигнал логічного 0, який подається через логічний елемент АБО на входи J і До першого тригера, після чого цей тригер виходить з режиму Т-тригера і перестає реагувати на імпульси F.

Трирозрядний реверсивний лічильник із послідовним перенесенням

Розглянемо трирозрядний реверсивний лічильник із послідовним перенесенням (рис. 3.70).

У режимі віднімання вхідні сигнали повинні подаватися на вхід Т ст. На вхід Т з при цьому подається сигнал логічного 0. Нехай всі тригери знаходяться в стані 111. Коли перший сигнал надходить на вхід Т на вході Т першого тригера з'являється логічна 1, і він змінює свій стан. Після цього на його інверсному вході виникає сигнал логічної 1. При надходженні другого імпульсу на вхід Т на вході другого тригера з'явиться логічна 1, тому другий тригер змінить свій стан (перший тригер також змінить свій стан приходу другого імпульсу). Подальша зміна стану відбувається аналогічно. У режимі складання лічильник працює аналогічно 4-розрядному підсумовувальному лічильнику. При цьому сигнал подається на вхід Т с. На вхід Т подається логічний 0.
Як приклад розглянемо мікросхеми реверсивних лічильників (рис. 3.71) з паралельним перенесенням серії 155 (ТТЛ):
● ІЕ6 - двійково-десятковий реверсивний лічильник;
● ІЕ7 — двійковий реверсивний лічильник.

Напрямок рахунку визначається тим, який висновок (5 або 4) подаються імпульси. Входи 1, 9, 10, 15 - інформаційні, а вхід 11 використовується для попереднього запису. Ці 5 входів дозволяють здійснити попередній запис у лічильник (передустановку). Для цього потрібно подати відповідні дані на інформаційні входи, а потім подати імпульс запису низького рівня на вхід 11 і лічильник запам'ятає число. Вхід 14 - вхід установки О при подачі високого рівня напруги. Для побудови лічильників більшої розрядності використовуються виходи прямого та зворотного перенесення (висновки 12 та 13 відповідно). З виведення 12 сигнал повинен подаватися на вхід прямого рахунку наступного каскаду, а з 13 на вхід зворотного рахунку.