Цифровой таймер

      

      Рис.  

Табл.                                                                         

Режим работы вход Выход R C Dn Qn Qn Сброс 0 Х Х 0 1 Загрузка 1 1 0-1 1 1 0 Загрузка 0 1 0-1 0 0 1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4)   Детектор нажатий 

 

  Как  было сказано выше, в качестве детектора нажатий используется  логический элемент И с четырьмя входами. Поскольку в серии К555 есть только элементы И–НЕ то придется использовать дополнительный инвертор. Наиболее целесообразно в качестве ДН использовать микросхему К555ЛА1 – два логических элемента 4И–НЕ. Схема ДН, построенная на этой микросхеме приведена на рис.

Один из элементов используется по своему прямому  назначению, а второй выступает в  качестве детектора.   

Рис.

Микросхема потребляет ток 2,2 мА. Максимальная задержка распространения в одном ЛЭ – 15 ns. Цоколевка микросхемы показана на рис.  
 

  Рис. 

           
 

5)     Дешифратор позиций загрузки

  Согласно структурной  схеме дешифратор  позиций загрузки  на основании входного  двухразрядного двоичного кода должен устанавливать логический ноль на одном из четырех выходов. Кроме того он должен иметь два инверсных входа стробирования, подключаемых к схеме управления и к детектору нажатий. Наиболее подходящим решением в данном случае является использование в качестве ДПЗ одного из дешифраторов ИМС К555ИД4.

  Микросхема К155ИД4 (рис. ) — два дешифратора, принимающих двухразрядный код адреса А0, А1. Дешифратор DC A имеет два входа разрешения: прямой Е_а и инверсный Ё_а, а дешифратор DC B — только инверсные входы разрешения дешифрации Е_b.

Рис.

Если микросхема используется как демультиплексор, дешифратор DC A может принимать по входам Е_а и Е_а как прямой, так и инверсный адресные коды. Состояния для обоих дешифраторов как при дешифрации кода А0, А1, так и при демультиплексировании по адресу А0, А1 сведены в табл.  
 
 
 

Табл.

 

  Микросхема  К555ИД4 потребляет ток 10 мА. Время  задержки распространения сигнала от адресного входа А к выходу Y составляет 32 ns, время распространения от входа разрешения Е к выходу Y не превышает 30 ns для обоих вариантов исполнения.

  Принципиальная  схема ДПЗ построенного на  К555ИД4 приведена на рис.

Рис.

  На входы  А0 и А1 подается двоичное  число произведенных нажатий клавиш от счетчика нажатий, а на входы Е1 и Е2 – сигналы разрешения от детектора нажатий и схемы управления. Выходы 0,1,2,3 подключаются к соответствующим разрядам счетчика выдержки времени. 

               Блоки отсчета  выдержки

_______________________________________________________

1. Счетчик выдержки времени

 

  Счетчик выдержки  времени является одним из  основных узлов данного устройства. Он предназначен для подсчета  количества поступающих от задающего  генератора импульсов. Принципиальная  схема счетчика приведена на рис.  Счетчик работает в режиме вычитания – из заданного первоначально количества импульсов с приходом очередного импульса вычитается единица. Когда счетчик полностью обнулится, на его выходе "<0" (МС DD1) появляется логический ноль, который, воздействуя на БУИУ, отключит нагрузку. Загрузка значений в счетчик производится параллельным способом, путем подачи соответствующего двоичного значения на входы D0 - D4, и логического нуля на один из входов разрешения загрузки Е.

Рис.

Тактовые импульсы подаются на счетный вход +1 микросхемы DD4. Блок дешифраторов подключается к выводам 1-2-4-8 каждой из микросхем.

Для построения счетчика была использована микросхема К555ИЕ6, что  позволило обойтись всего четырьмя микросхемами без каких либо дополнительных элементов. Цоколевка микросхемы показана на рис.

Рис.

Микросхема представляет собой реверсивный двоично-десятичный счетчик. Импульсные тактовые входы для счета на увеличение +1 (вывод 5) и на уменьшение -1 (вывод 4) в этой микросхеме раздельные. Состояние счетчика меняется по положительным перепадам тактовых импульсов от низкого уровня к высокому на каждом из этих тактовых входов.

  Для упрощения  построения счетчиков с числом разрядов, превышающих четыре, микросхема имеет выводы окончания счета на увеличение (">9", вывод 12) и на уменьшение ("<0", вывод 13). От этих выводов берутся тактовые сигналы переноса и заема для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков не требуется: выводы ">9" и "<0" предыдущей микросхемы присоединяются к выводам "+1" и "-1" последующей. По входам разрешения параллельной загрузки РЕ и сброса R запрещается действие тактовой последовательности и даются команды загрузки четырехразрядного кода в счетчик или его сброса.

  Если на вход "–1" подается импульсный перепад  от низкого уровня к высокому, от содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на вход +1, увеличивает счет на 1. Если для счета используется один из этих входов, на 
другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может переключиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низкого уровня. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, когда запускающий тактовый импульс перешел на высокий уровень, т. е. во время плоской вершины импульса.

  На выходах ">9" и "<0" нормальный уровень—высокий. Если счет достиг максимума (цифра 9), с приходом следующего тактового перепада от высокого уровня к низкому на вход +1 (более 9) на выходе ">9" появится напряжение низкого уровня. После возврата напряжения на тактовом входе "+1" к высокому уровню, напряжение на выходе ">9" останется низким еще на время, соответствующее двойной задержке переключения логического элемента ТТЛ.

  Аналогично  на выходе "<0" появляется напряжение  низкого уровня, если на вход "-1" пришел счетный перепад низкого уровня. Импульсные перепады от выходов ">9" и "<0" служат, таким образом, как тактовые для последующих входов "+1" и "-1" при конструировании счетчиков более высокого порядка. Такие многокаскадные соединения счетчиков ИЕ6 не полностью синхронные, поскольку на последующую микросхему тактовый импульс передается с двойной задержкой переключения.

  Если  на вход разрешения параллельной  загрузки Е  (вывод 11)  подать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах DO—D3 (выводы 15, 1, 10 и 9), загружается в счетчик и появляется на его выходах QO—Q3 (выводы 3, 2, 6 и 7) независимо от сигналов на тактовых входах. Следовательно, операция параллельной загрузки — асинхронная.

  Параллельный  запуск триггеров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q установится низкий уровень. Если во время (и после) операций сброса и загрузки придет тактовый перепад (от Н к В), микросхема примет его как счетный.

  Счетчики  К555ИЕ6 потребляют ток 34 мА. Максимальная тактовая частота 25 МГц. Время задержки распространения сигнала от входа "+1" до выхода ">9" 26 ns, аналогичные задержки от входа Е до выхода Q3 составляют 40 ns. Время действия сигнала сброса (от входа R до выходов Q) 35 ns.

На рис.  , показана диаграмма работы десятичного счетчика ИЕ6, где обозначены логические переходы сигналов при счете на увеличение и уменьшение. Кольцевой счет возможен в пределах 0...9, остальные шесть состояний триггерам запрещены. Составив определенную комбинацию входных сигналов, по табл.  можно выбрать один из четырех режимов работы счетчика ИЕ6. Счет на увеличение здесь закончится при выходном коде ВННВ (9), на уменьшение — при НННН (0).

 

Рис.

Табл.

  
 
 
 
 
 
 

3)       Блок индикации.

  Для  индикации состояния СВВ были  использованы семисегментные индикаторы типа АЛС324Б. Схема соединения индикаторов показана на рис.

Рис. 

  При  конструировании устройства индикаторы  устанавливаются на передней  панели, слева направо, начиная  с HL1. Стабисторы D1 и D2 служат для предотвращения перегрузки преобразователя кода. Принцип их действия заключается в том что напряжение источника питания +5V распределяется между тремя сопротивлениями нагрузки и сопротивлениями D1 и D2, сопротивлением сегмента индикатора и сопротивлением транзисторного ключа микросхемы. Поскольку суммарное падение напряжения на сегменте индикатора и ключа микросхемы не должно превышать 2 – 2,5 V (при этом ток через эти элементы будет в пределах допустимого), в большинстве подобных схем раньше использовался ограничительный резистор, который устанавливался в разрыв провода между микросхемой и индикатором. При этом на каждый индикатор требовалось 7 таких резисторов.  

  Установить  один общий резистор мешала  его линейность, из–за которой,  например, цифра 1 светилась очень ярко, а цифра 8 была практически не видна. Использование нелинейных элементов (стабисторов)   позволило решить эту проблему. Благодаря нелинейной ВАХ падение напряжения на  них остается практически постоянным, независимо от количества горящих сегментов, и поэтому яркость всех цифр одинакова. Применение такой схемы питания индикаторов позволило отказаться от использования 28 резисторов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2)    Преобразователь кода.

 

  Преобразователь  кода предназначен для перевода  двоично – десятичного кода с выходов разрядов СВВ в код семисегментных индикаторов. Принципиальная схема этого блока показана на рис.  

Рис. 

Он состоит из четырех специализированных микросхем  этого КР514ИД1. На входы этих микросхем  подается четырех разрядный двоично – десятичный код а выходы подключаются к соответствующим разрядам индикатора. Как видно из схемы для управления индикатором применяется статический метод. Это позволило значительно упростить устройство индикации, хотя и потребовало использование большого количества соединительных линий. (28 штук).

     Состояние выходов микросхемы КР514ИД1, сведены  в таблицу.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

             Блоки управления

________________________________________________________________

   

    1 )     Схема обнуления. 

  Принципиальная  схема блока обнуления приведена  на рис. Она состоит из 2 логических  элементов DD1 и DD2 микросхемы К555ЛАЗ, причем элемент DD2 используется в качестве инвертора. Рассмотрим работу схемы. 

Рис. 

  При  первоначальном включении устройства конденсатор С₁ заряжается через резистор R₁. При этом в течении некоторого времени (порядка 0,1 секунды), на входе 2 DD1 присутствует логический ноль. В результате на выходе этого элемента устанавливается (независимо от состояния входа 1) логическая единица. Она подается на входы R микросхем СВВ, в результате чего последний обнуляется. Элемент DD2 необходим, поскольку входы сброса СН, РЗ и БУПУ в отличие от аналогичных входов СВВ, инверсные. Клавиша «Сброс» клавиатуры подключается параллельно конденсатору С₁, а импульс сброса от СВВ подается вход 1. Это необходимо для того, чтобы время срабатывания схемы обнуления, которое складывается с временем выдержки, было минимальным и не оказывало на него существенного влияния .