6.5. Обработка асинхронного сигнала

При необходимости использования в цифровой схеме каких-либо механических переключателей следует позаботиться о том, чтобы устранить дребезг контактов, который может самым пагубным образом сказаться на работе схемы. При размыкании или замыкании механического ключа (кнопки) возникает цепочка импульсов вследствие вибрации контактов. Если такой переключатель соединен с динамическим входом цифровой схемы, то она зарегистрирует неопределенное число импульсов вместо истинных одиночных.

На рис. 6.5 представлен простой способ устранения дребезга контактов с помощью RS-триггера.

Рис. 6.5. Устранение влияния вибраций контактов: а – схема, б – временные диаграммы

В состоянии покоя R=1, S=0 и, следовательно, Q=1 и Q=0. При замыкании нормально разомкнутого контакта на выходах появляются противоположные уровни, а когда снова замыкается нормально замкнутый контакт, триггер возвращается в исходное состояние.

Синхронизация входных сигналов с тактовой частотой цифрового устройства может производиться простейшим способом с помощью динамического D-триггера.

Если в устройстве необходимо от внешнего сигнала, имеющего неопределенную длительность, сформировать импульс длительностью в один период тактового сигнала, то для этого можно использовать схему на рис. 6.6.

С её помощью можно получить синхронизированные с тактовыми импульсами выходные импульсы Е, длительность которых определяется периодом тактовой частоты и не зависит от длительности сигнала А. Если А переходит из состояния 0 в 1, то при поступлении следующего положительного фронта тактового импульса на входах логического элемента 2И-НЕ устанавливаются высокие уровни. На его выходе формируется сигнал логического 0. При следующем положительном фронте на входе С на инверсном выходе второго триггера устанавливается состояние 0, а на выходе элемента 2И-НЕ – состояние 1, которое сохранится до тех пор, пока внешний сигнал А не перейдет из 0 в 1.

Таким образом, эта схема выделяет положительный перепад входного сигнала А, вырабатывая по нему импульс инверсной полярности длительностью в один период тактового сигнала.

Рис. 6.6. Схема формирования синхронных одиночных импульсов

Применяя подобные схемы с другими логическими элементами, подключая их к другим выходам триггеров, можно выделять как положительные, так и отрицательные перепады входного сигнала, вырабатывая по ним импульсы положительной или отрицательной полярности.

6.6. Составление принципиальной схемы блока индикации

Для индикации цифровых данных в десятичной системе широко используются полупроводниковые семисегментные индикаторы красного, зеленого или желтого цвета. Семь светодиодов, обозначенных буквами от A до G, размещаются в корпусе индикатора в форме цифры 8 (рис.6.7,а). Децимальный знак (запятая) обозначается буквой H.

Рис. 6.7. Семисегментные индикаторы

Свечение сегментов в разных комбинациях позволяет индицировать любую десятичную цифру. Например, если ток течет через светодиоды В и С, то на индикаторе высветится цифра 1, через сегменты A, F, G, C и D – цифра 5. Такие индикаторы выпускаются с объединенными катодами (АЛС324А) и объединенными анодами (АЛС324Б) светодиодных сегментов. Условно-графические обозначения и принципиальные схемы индикаторов с общим катодом и общим анодом приведены на рис. 6.7,б – 6.7,д.

Схемы для управления такими индикаторами называют дешифраторами двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора или семисегментный код. Например, микросхема К514ИД1 – дешифратор для индикаторов с общим катодом (АЛС324А), К514ИД2 – для индикаторов с общим анодом (АЛС324Б) показаны на рис.6.8,а. Способы включения дешифраторов определяются различием их выходных каскадов (рис.6.8,б и 6.8,в). Дешифратор КР514ИД1 (с открытыми эмиттерными выходами) имеет токоограничительный резистор в схеме выходного каскада, поэтому его выходы подключаются непосредственно к анодам индикатора. Выходной ток каскада составляет несколько миллиампер. Яркость свечения сегментов в этом случае невозможно повысить.

Рис. 6.8. Дешифраторы для семисегментных индикаторов

Выходы дешифратора КР514ИД2 (открытые коллекторы) подключаются к катодам индикаторов через резистор, величина которого определяется по формуле

,

где Uип – напряжение источника питания, обычно равно +5В;

U - падение напряжения на светодиоде (1,5 – 2,5 В);

Iс – ток через один сегмент.

Ток выбирается в зависимости от внешней засветки для обеспечения нормальной яркости индикатора. Для большинства светодиодных индикаторов допустимый ток составляет 5-20 мА.

Дешифраторы имеют входы гашения BL. Нулевой уровень на этом входе гасит все сегменты индикатора независимо от комбинации переменных на информационных входах дешифратора. Следует отметить, что при подаче на входы дешифратора двоичного кода числа, превышающего 9, т.е. 10, 11, 12, 13, 14 и 15, на индикаторе будут высвечиваться соответственно A, B, C, D, E и F (цифры шестнадцатеричного кода).

Количество индикаторов и дешифраторов в блоке индикации определяется разрядностью наблюдаемого десятичного числа.

В качестве примера рассмотрим составление принципиальной схемы блока индикации длительности импульса (рис. 6.9).

Диапазон изменения длительности составляет от 0,1 до 50 мс. Для такой схемы понадобятся 3 дешифратора и 3 индикатора. На рисунке в качестве примера для индикации десятков и единиц миллисекунд выбраны индикаторы с объединенными анодами сегментов с красным цветом свечения типа АЛС324Б (HL1 и HL2) и дешифраторы КР514ИД2, причем ток через светодиоды зададим близкий к максимально допустимому – 15мА (для повышенной яркости). Для индикации десятых долей миллисекунд на схеме нарисован семисегментный индикатор с общим катодом (HL3) и соответствующим дешифратором КР514ИД1.

Визуальное разделение целой и дробной частей числа обеспечивается тем, что светится сегмент H (десятичная запятая) второго индикатора через резистор, подключенный к шине питания +5В. Принципиальная схема блока индикации содержит также логический узел на микросхеме К155ЛЕ3, который для удобства работы оператора гасит разряд десятков, если разряд десятков равен нулю, т.е. длительность измеряемого импульса менее 10 мс. Для передачи данных о десятках миллисекунд достаточно использовать 3 разряда двоично-десятичного кода, так как измеряемая величина по заданию не превышает 50 мс. Поэтому на вход «8» дешифратора DD2 подан нулевой уровень.

В схеме вместо АЛС324Б можно использовать любые другие светодиодные семисегментные индикаторы с общим анодом (с дешифраторами К514ИД2) или общим катодом (с дешифраторами К514ИД1).

Конденсаторы С1 ... С5 необходимы в схеме для фильтрации помех на шине питания. Конденсатор С1, подавляющий низкочастотные помехи, располагается около входного разъёма и выбирается ёмкостью 10...100 мкФ. Конденсаторы С2..С5, подавляющие высокочастотные помехи, располагаются около выводов питания микросхем и выбираются ёмкостью 10...100 нФ. Количество этих конденсаторов равно количеству корпусов используемых микросхем.

Рис. 6.9. Принципиальная схема блока индикации