4.1.4. Структурная схема измерителя интервала времени

Для измерения интервала времени между двумя событиями (между короткими стартовым и стоповым импульсами) можно использовать схему измерителя длительности импульсов. Она должна быть дополнена узлом, который формирует широкий импульс, равный по длительности интервалу времени между стартовым и стоповым импульсами. Этот импульс, длительность которого должна быть измерена, подается на вход схемы стробирования.

Такая схема может быть построена на RS-триггере, на один вход которого подается стартовый, а на второй – стоповый импульс.

При необходимости синхронизировать измерительный импульс с тактовой частотой системы можно использовать схему, построенную на D-триггере.

4.2. Программируемые формирователи импульсных сигналов

Формирователи импульсных сигналов находят широкое применение в различных устройствах цифровой техники. Они используются в измерительных схемах, генераторах сигналов, в каналах обработки цифровой информации. Программируемые формирователи позволяют изменять параметры выходных импульсных последовательностей под воздействием входного управляющего кода.

Укрупненная схема формирователя приведена на рис. 4.3. Каждый блок ее может состоять из нескольких узлов. Например, блок индикации – из дешифраторов и индикаторов, блок задания кода – из кнопок и счетчиков.

Рис 4.3. Упрощённая структурная схема программируемого формирователя импульсных сигналов

На индикаторах должно высвечиваться значение изменяемого параметра, но необходимо помнить, что код, подаваемый на блок индикации, в общем случае может отличаться от управляющего кода, который должен быть подан на вход программируемого формирователя для осуществления заданных функций. В этом случае потребуется два преобразователя:

• преобразователь, необходимый для блока индикации,

• преобразователь, необходимый для работы программируемого формирователя.

Структурная схема примет вид, показанный на рис. 4.4.

Рис 4.4. Структурная схема программируемого формирователя импульсных сигналов

Нужно отметить, что при включении питания схемы счётчик нажатий должен быть обнулён и нулевые состояния счётчика нажатий должны быть преобразованы в управляющий код, соответствующий минимальному значению переменного параметра на выходе схемы формирования и его индикации (см. раздел 6.4).

Блок задания кода состоит из кнопки с устройством антидребезга (см. раздел 6.5) и счётчика нажатий. В качестве такого счётчика могут быть использованы синхронные счётчики (К555ИЕ10 или К555ИЕ9) или асинхронные счётчики (К555ИЕ5 или К555ИЕ2). Разрядность счётчика определяется количеством шагов изменения переменного параметра выходных импульсов формирователя. На выходах счётчика нажатий имеет место двоичный код количества нажатий кнопки. При достижении последнего номера нажатия, соответствующего максимальному значению переменного параметра, счётчик нажатий должен сбрасываться в ноль.

Рассмотрим пример алгоритма работы преобразователей с переменным модулем счёта К = 6…34 с шагом 7. Для формирователя нужно взять два корпуса счётчиков (можно двоичные или двоично-десятичные синхронные с параллельной загрузкой), так как последнее значение К = 34. Всего надо иметь 5 состояний счётчика блока задания кода: К = 6, 13, 20, 27, 34.

Пример работы счётчика нажатий приведён в таблице 4.3:

Таблица 4.3

№ нажатия	Состояние выходов счётчика
	Q3	Q2	Q1	Q0
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	0	0	0

Эти состояния счётчика надо перевести в управляющий код, подаваемый на входы параллельной загрузки счётчика Dn - формирователя для получения нужных значений модуля счёта.

Управляющий код:

Di = M – K,

где M – максимальный модуль счёта, зависящий от количества корпусов выбранных счётчиков. Если формирователь построен на 2-х корпусах двоичного счётчика (как показано в таблице 4.4), то M = 256 (для двоично-десятичных счётчиков M = 100).

K – переменный модуль счёта на выходе формирователя.

Общая таблица преобразования приведена в таблице 4.4.

Таблица 4.4

№ наж.	Счётчик нажатий				K		Di		Счётчик формирователя
	Q3	Q2	Q1	Q0					D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	0	0	0	0		6		250		1	1	1	1	1	0	1	0
1	0	0	0	1		13		243		1	1	1	1	0	0	1	1
2	0	0	1	0		20		236		1	1	1	0	1	1	0	0
3	0	0	1	1		27		229		1	1	1	0	0	1	0	1
4	0	1	0	0		34		222		1	1	0	1	1	1	1	0

Примечание: Если используются двоично-десятичные счётчики, то:

Di = 100 – K,

и Di нужно переводить в двоично-десятичный код.

Если проанализировать таблицу, то можно записать

D7 = D6 = 1,

D 5 = Q2 ,

D 4 = D1 = Q1 ,

D 3 = Q0

D0 = Q0

Далее составляются карты Карно для значений D2 (см. таблицу 4.5). Так как состояния 5…15 в счётчике нажатий не используются их можно использовать как любые.

Таблица 4.5

Q1Q0 Q3Q2	00	01	11	10
00	0	0	1	1
01	1	-	-	-
11	-	-	-	-
10	-	-	-	-

D 2 = Q3 · Q2 + Q1 .

На основании полученных формул для всех Di строится схема на логических элементах, которые должны быть выбраны по справочнику цифровых микросхем.

Преобразователь для формирования кода индикации строится по такому же принципу. Значение измеряемого параметра должно подаваться на блок индикации в двоично-десятичном коде (см. таблицу 4.6).

Таблица 4.6

№ наж.	Счётчик нажатий				K		Входы дешифратора блока индикации
							Десятки					Единицы
	Q3	Q2	Q1	Q0			И7	И6	И5	И4		И3	И2	И1	И0
0	0	0	0	0		6		0	0	0	0		0	1	1	0
1	0	0	0	1		13		0	0	0	1		0	0	1	1
2	0	0	1	0		20		0	0	1	0		0	0	0	0
3	0	0	1	1		27		0	0	1	0		0	1	1	1
4	0	1	0	0		34		0	0	1	1		0	1	0	0

После анализа таблицы можно записать:

И7 = И6 = И3 = 0 ,

И0 = Q0 ,

Для остальных Иi составляются карты Карно и на основании формул строится схема преобразователя на логических элементах.

Рассмотренная методика получения переменного модуля счёта счётчика-делителя частоты применяется также в следующих темах:

• умножитель частоты,

• синтезатор частоты,

• измеритель усреднённого периода,

• формирователь псевдослучайной последовательности,

• регистр сдвига на ОЗУ.