5.2.2. Составление схемы программируемого формирователя импульсов заданной длительности

Используя счетчики с входами параллельной загрузки, можно построить схему ждущего цифрового мультивибратора – устройства, которое при подаче на него короткого импульса запуска вырабатывает более широкий выходной импульс с длительностью, определяемой входным кодом.

Мультивибратор на счетчиках ИЕ9 и ИЕ10

Цифровой программируемый мультивибратор имеет вход запуска Р_зап, вход тактовых импульсов С с периодом Т_вх и информационные входы Di (рис.5.3,а). Длительность выходного сигнала равна целому числу периодов тактовых импульсов, подаваемых на счетный вход мультивибратора.

Рис.5.3. Схема программируемого мультивибратора на микросхеме К555ИЕ10 (а) и временные диаграммы его работы (б)

Схема содержит 4-разрядный двоичный счетчик с входами параллельной загрузки К555ИЕ10 (максимальный модуль счета – 16) и логические элементы, управляющие работой схемы. Идея построения цифрового ждущего мультивибратора заключается в том, чтобы разрешить работу счетчика в течение некоторого числа тактов после подачи в схему импульса запуска.

При включении схемы на всех выходах счетчика Q3...Q0 и на выходе переноса CR, как правило, присутствует нулевой уровень. Таким образом, на входах Е и L – сигнал единичного уровня, что разрешает работу счетчика в режиме счета. При подаче тактовых импульсов на вход синхронизации С счетчик начинает считать. Как только счетчик досчитает до конца, т.е. до 15 (для К555ИЕ10 – 1111: Q3 = Q2 = Q1 = Q0 = 1), на выходе переноса CR появляется единичный уровень. При этом на вход разрешения счета Е поступает нулевой уровень, счетчик останавливается и уже не реагирует на импульсы на счетном входе С, т.е. переходит в ждущий режим. Единичный уровень с выхода CR, поступающий на вход схемы 2И-НЕ, разрешает прохождение импульса запуска.

Если подать импульс положительной полярности на вход запуска Р_зап, то на входе L, который управляет параллельным вводом, появится нулевой уровень. Счетчик переходит в режим параллельной загрузки данных с входов D3..D0 на выходы Q3..Q0. По фронту очередного тактового импульса С происходит запись числа с входов Di на выходы Qi. Если это число не равно 15, то на выходе CR формируется логический 0 и на вход Е поступает 1. Счетчик переходит из ждущего режима в режим счета и начинает считать входные импульсы. Когда появляется сигнал переноса CR=1, на входе разрешения счета Е появляется нулевой уровень, формирование выходного импульса заканчивается и мультивибратор опять переходит в ждущий режим.

Временные диаграммы иллюстрируют работу мультивибратора при входном коде Di=7:

D3 = 0, D2 = D1 = D0 = 1.

Над диаграммой выходного сигнала проставлены числа, определяемые выходными сигналами счетчика Q3-Q0. После подачи импульса запуска в счетчик записывается число 7 (по фронту тактового импульса). Следующие импульсы на входе С меняют состояние счетчика, увеличивая его на единицу в каждом такте. По фронту 8-го импульса число, определяемое входными переменными Q3-Q0, становится равным 15 и на следующий импульс счетчик уже не реагирует. Длительность выходного импульса кратна периоду тактового сигнала:

Т_вых = (М_max – D – 1)Т_вх,

где М_max – максимальный для данной схемы модуль счета, который равен: М_max = 10 для ИЕ9, М_max = 16 для ИЕ10, D - число в двоично-десятичном коде (для ИЕ9) или двоичном коде (для ИЕ10), записанное в счетчик через входы D3-D0. Диапазон изменения входного кода – от 0 до 14 для ИЕ10 и от 0 до 8 для ИЕ9.

Из временных диаграмм видно, что для запуска мультивибратора, построенного на счетчике с синхронной загрузкой, импульс Р_зап должен иметь такую длительность, чтобы на время его действия приходился хотя бы один фронт тактовых импульсов. Для формирования такого запускающего импульса удобно воспользоваться схемой формирования синхронного одиночного импульса (рис. 6.6).

Объединяя несколько счетчиков, можно строить программируемые цифровые мультивибраторы на произвольную длительность выходного импульса. Для мультивибратора на нескольких микросхемах ИЕ9 или ИЕ10 длительность выходного импульса Т_вых будет определяться той же формулой, где М_max - максимальный для данной схемы модуль счета, который будет равен:

М_max = 10 ⁿ для ИЕ9,

М_max = 16 ⁿ для ИЕ10,

где n – количество счетчиков в схеме.

Мультивибратор на ИЕ16 и ИЕ17

В схемах мультивибраторов можно использовать и счетчики в режиме обратного счета. На рис. 5.4,а приведена схема программируемого формирователя импульса на микросхемах К531ИЕ16 (4-разрядный реверсивный двоично-десятичный счетчик). В исходном состоянии (в ждущем режиме) на входах L – уровень логической «1», а выходные переменные Q3-Q0 обоих счетчиков представляют число 0 и на выходах СR сформирован сигнал займа, т.е. присутствует нулевой уровень, который запрещает счет через логический элемент DD1.1.

Рис.5.4. Схема программируемого мультивибратора на микросхеме К531ИЕ16 (а) и временные диаграммы его работы (б)

Если на вход запуска подать импульс Р_зап положительной полярности, то на входе L появится нулевой уровень и сразу же происходит параллельный ввод в счетчик числа с входов Di. Если это число не равно 0, то на выходе займа второго счетчика сформируется единичный уровень, который разрешит счет и запретит подачу нулевого уровня на входы L.

Временные диаграммы на рис. 5.4,б, иллюстрирующие работу схемы, приведены для случая, когда на информационные входы счетчика ИЕ16 подан двоично-десятичный код числа 14 – 0001 0100_2-10. Каждый тактовый импульс на входе C уменьшает содержимое счетчика единиц DD2 на 1 и при достижении счетчиком состояния 0 на его выходе СR1 формируется сигнал займа, который разрешит уменьшить на единицу содержимое счетчика десятков DD3. Когда содержимое счетчика десятков станет равным 0 и на его вход поступит очередной импульс займа с выхода счетчика единиц, на выходе СR2 второго счетчика появится нулевой уровень, который запретит счет и блокирует работу счетчика единиц. Формирование выходного сигнала заканчивается. Снять блокировку можно только очередным импульсом запуска.

Из временных диаграмм видно, что формирование выходного сигнала начинается и заканчивается по фронту тактового импульса, поэтому длительность выходного импульса будет равна целому числу периодов тактовых импульсов. Тогда

Т_вых = D · Т_вх,

где D – число, двоично-десятичный код которого подан на входы Di двух счетчиков. Диапазон изменения D – от 1 до 99.

Если в этой схеме использовать синхронные двоичные счетчики К531ИЕ17, то Т_вых можно изменять от 1 до 255 периодов тактовых импульсов.