ТРЕХДЕКАДНЫЕ СЧЕТЧИКИ

ТРЕХДЕКАДНЫЕ СЧЕТЧИКИ

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

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

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

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

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

7.1. Трехзначный индикатор

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

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

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

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

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

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

При подключении 7-сегментных индикаторов к макету и подсоединении сегментов следует соблюдать определенную методическую последовательность, ибо чем методичнее будет вестись монтаж, тем меньше вероятность допустить ошибку. Например, следует соединить сегмент «а» индикатора И1 с сегментом «а» индикатора И2 и с сегментом «а» индикатора И3. Завершает эту довольно простую операцию соединение сегмента «а» индиктора И3 с одним выводом резистора R10. То же самое следует проделать с монтажом остальных шести сегментов.

По окончании монтажа следует зафиксировать, какой резистор подпаивается к тому или иному сег менту индикаторов, так как это будет иметь важное значение для правильной работы схемы. Поэтому радиолюбителю рекомендуется сделать маркировку резисторов буквенными обозначениями сегментов, показанными на рис, 7.U После подключения всех сегментов и резисторов следует вставить в макет три р-n-р—транзистора и подпаять их выводы.

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

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

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

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

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

Если ни один сегмент не зажигается, следует проверить включение источника питания и правильность установки его напряжения, для чего можно использовать обычный вольтметр.

Если включается не верхний, а другой сегмент, то это говорит о том, что перепутаны некоторые проводники при соединении выводов сегментов. В этом случае следует заземленным проводом попеременно прикасаться к выводам от различных сегментов, пока не будет найден вывод, обеспечивающий включение верхнего сегмента.

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

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

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

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

7.2. Трехдекадный счетчик с уплотнением

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

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

Рис. 7.3. Трехдекадный счетчик.

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

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

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

Основная цель сборки и наладки схемы на рис. 7.3 — дать возможность радиолюбителю получить некоторые навыки и уверенность в работе со схемой, которая несколько сложнее, чем большинство из описанных в книге устройств.

В процессе наладки схемы можно заметить некоторые недостатки. Во-первых, схема не гарантирует начало отсчета с 000 после каждого включения источника питания. Фактически при этом могут устанавливаться различные начальные состояния счетчика, что может быть нежелательным для ра« диолюбителя.

Рис. 7.4. Усовершенствованный трехдекадный счетчик.

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

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

Трехдекадный счетчик на рис. 7.4 является усовершенствованным вариантом схемы на рис. 7.3. В нем можно отметить некоторое изменение соединения и включение дополнительных радиодеталей. Усовершенствованный счетчик но схеме на рис. 7.4 можно собрать на базе счетчика на рис. 7.3, а не с самого начала. Для этого в счетчике, собранном по схеме на рис. 7.3, необходимо сделать следующие изменения:

— отсоединить вывод 13 ИС2 от отрицательной клеммы источника питания, установить новые элементы С3 и R4 и подсоединить к ним вывод 13, как показано на схеме. Эта небольшая модификация обеспечивает отсчет в счетчике с нуля при каждом включении источника питания;

— заменить резистор R1 потенциометром, подсоединить дополнительный резистор R3 и увеличить емкость конденсатора C1 с 1 до 10 мкФ. Такое изменение обеспечивает возможность регулирования частоты отсчета от 10 Гц до 0,1 Гц; - вмонтировать переключатель Кл1 между положительной клеммой источника питания и остальной схемой.

После выполнения всех этих изменений схема готова к проверке, При нахождении переключателя Кл1 в положении «Выкл/Сброс» к схеме подключается источник питания напряжением 9 В, но индикатор при этом включаться не должен.

Далее переключатель переводится в положение «Вкл», при этом на индикаторе начинается трехзначный отсчет с нуля. Скорость отсчета может изменяться с помощью регулятора частоты. При каждой установке переключателя Кл1 в положение «Выкл/Сброс» и затем в положение «Вкл» отсчет будет начинаться с нуля и продолжаться до нового его выключения,

7.3. Трехдекадный счетчик событий

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

Рис. 7.5. Трехдекадный счетчик событий.

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

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

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

7.4. Простой цифровой секундомер

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

Рис. 7.6. Трехдекадный секундомер.

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

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

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

Как и все счетчики, описанные в данной главе, этот счетчик следует подключить к трехзначному индикатору, пог казанному на рис. 7.1. После сборки по схеме, показанной на рис. 7.6, необходимо переключатель Кл2 поставить в положение «Вкл», а переключатель Кл] — в положение «Выкл». При этом на индикаторе ничего не воспроизводится. Далее надо поставить переключатель Кл] в положение «Вкл», что производится в начале измерения какого-либо временного интервала. При этом на индикаторе будет происходить отсчет с нуля с постоянной частотой. Частота отсчета может регулироваться до необходимой величины с помощью регулятора частоты, например с периодичностью 1 с для секундометрирования.

При переходе переключателя Кл2 в положение «Стой» отсчет должен немедленно прекратиться. Этот перевод переключателя производится в момент окончания контролируемого процесса. При измерении другого временного интервала отсчет возобновляется.

Следует учесть, что такой секундомер использовать несколько сложнее, чем обычный. Было бы удобнее иметь три кнопки различного назначения: одну — для установки счетчика на нуль, другую — для запуска отсчета и третью — для остановки отсчета. Для этого нужно ввести дополнительные схемы, что выходит за рамки данной книги.

Как было сказано выше, секундомер может считать до 999 с, если с помощью регулятора частоты в счетчике установлена частота отсчета 1 Гц. Секундомер можно использовать также для отсчета с точностью до 0,1 с при установке регулятора на частоту отсчета 10 Гц. При этом счетчик опять же будет отсчитывать от 000 до 999, однако правая цифра теперь будет показывать время с дискретностью 0,1, т. е., иными словами, секундомер измеряет временные интервалы от 0 до 99,9 с.

Между прочим, если радиолюбитель хочет воспроизводить на индикаторе И1 точку, разделяющую единицы и десятые доли числа, необходимо его вывод индикации разделительной точки подключить к отрицательной клемме источника питания («земля») через резистор с сопротивлением 150 Ом.Таким путем можно воспроизводить разделительную точку в любом месте получаемых трехзначных чисел.

Содержание раздела