2. Вычитание реверсивного счетчика

В этих счетчиках временная задержка образуется за счет последовательного уменьшения предварительно записанного числа. На подобном принципе построен цифровой таймер, используемый в данной лабораторной работе.

Достоинством цифровых таймеров является высокая точность обработки времени, практически неограниченный диапазон выдержек. Высокая стабильность при наличии опорного генератора в качестве источника тактовых импульсов.

Недостатком является сложность изготовления и дискретность устройства, которая тем меньше, чем меньше длительность тактовых импульсов.

3.2. Структурная схема цифрового таймера

Таймер построен из 6 функциональных узлов (рис.3.8) — реверсивного счетчика (РС), формирователя команд управления (ФК), устройства ввода (УВ), блока индикации (БИ), генератора тактовых импульсов (ГИ) и исполнительного устройства (ИУ).

Рис.3.8. Структурная схема цифрового таймера.

Принцип действия таймера состоит в следующем. В реверсивный счетчик с помощью устройства ввода записывают число от0 до 99. Формирователем команд управления одновременно включается тактовый генератор и счетчик. Тактовые импульсы, поступая на вход реверсивного счетчика уменьшают введенное число и как только содержимое счетчика станет равным 0, формирователь команд управления останавливает счет и включает исполнительное устройство (звуковой сигнал). Введенное в счетчик число и его текущее значение отражается на цифровых индикаторах и в двоичном коде блоком индикации. Формируемый интервал времени определяется по формуле:

t = T·N (3.4)

где T — период следования тактовых импульсов

N — целое число (от 1 до 99), заданное устройством ввода

3.2.1. Реверсивный счетчик

Является основой устройства. Используется двоично-десятичный реверсивный счетчик на вычитание с предварительной установкой начального состояния микросхемы типа К155ИЕ6 с коэффициентом пересчета 10. Установка его в 0 происходит при высоком уровне на входе RО. В счетчик можно записать число от 0 до 9, двоичный код которого подан на входы Д1 - Д4. Для этого на вход S необходимо подать низкий уровень. Счет начнется с записанного числа по импульсам низкого уровня подаваемым на вход С2. Одновременно с каждым десятым на входе С2 импульсом на выходе Р2 появляется повторяющий его выходной импульс, который может подаваться на вход следующего счетчика. Временная диаграмма работы счетчика К155ИЕ6 и его условное обозначение изображены на рис.3.9.

В таймерном устройстве используются 2 реверсивных счетчика Д7 и Д8 для записи числа длиной до 8 бит, т.е. от 0 до 99. Коэффициент обоих разрядов 10 х 10 = 100.

При подаче на счетчиков тактовых импульсов с периодом 1 с., таймер превращается в секундомер с пределом 0 - 100 с.

3.2.2. Устройство ввода.

Предназначено для предварительной записи в счетчики числа от 0 до 99. Для этого применены механические переключатели ПП - 10, являющиеся преобразователями однозначного сигнала в двоичный код

Рис.3.9. Условное обозначение реверсивного счетчика

К155ИЕ6 и его временная диаграмма.

поэтому заданная переключателем цифра представлена на входе в счетчик в двоичном форме (табл.3.1).

Таблица3.1.

Код числа

Десятичный | Двоичный

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

Для задания цифр от 0 до 9 используется переключатель S8, для задания десятков используется S9.

3.2.3. Генератор тактовых импульсов.

Служит для вырабатывания импульсов, которые для подведения их к вычитающему входу счетчиков С8 будут уменьшать величину записанного числа. Каждый импульс уменьшает число на единицу.

В таймере применены 3 устройства тактовых импульсов:

а) опорный генератор с кварцевой стабилизацией частоты, вырабатывает импульсы с периодом Т1 = 1 c и Т2 = 0,5 c. Собран на микросхеме КМПД структуры серии К176ИЕ5. Микросхема содержит автогенератор и 15 - ти разрядный делитель частоты. Для стабилизации используется кварцевый резонатор ZQ1 на 32768 кГц. Поскольку Uп микросхем серии К176 и К155 различны, то для согласования уровня сигнала используются преобразователи уровней. Для согласования серий 176 и 155 применена микросхема Д2 К176ПУ2. Для согласования серий 155 и 176 применен транзистор V1 КТ209Л. Включенный в линию очистки генератора (вход R). Схема опорного генератора представлена на рис.3.10.

Рис.3.10. Схема опорного генератора.

Для синхронизации генератора с началом пуска таймера линия очистки (вход R) включена на выход Q триггера управления Д3.2 (вывод 6), т.е. низкий уровень сигнала на входе R элемента Д1 разрешающий работу микросхемы, появляется лишь в момент пуска таймера, иначе коэффициент пересчета делителей был бы произвольным.

б) Делитель частоты сети вырабатывает импульсы с периодом Т = 0,25 с состоит из формирователя импульсов V3 КТ312Б и декадного счетчика Д4 К155ИЕ2. Сигнал с частотой сети 50 Гц снимается с обмотки сетевого трансформатора Тр1. Для синхронизации начала счета линия очистки: вход R0 элемента Д4 также подключена к управляющему триггеру Д3.2 (вывод 6). Схема делителя представлена на рис.3.11.а. На рис.3.11.б показана временная диаграмма работы двоично-десятичного счетчика К155ИЕ2 с коэффициентом пересчета 1 0.

Рис. 3.11. Схема делителя частоты сети.

в)Формирователь импульсов с ручным заданием периода следо-вания.

Собран на основе RS-триггера (элемент Д3.1 К155ТМ2) импульсы задаются с помощью кнопки S5. Триггер применен для защиты от ложных срабатываний из-за неминуемого дребезга контактов кнопки. Триггер это устройство с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер переключается их одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется. Данный тип триггера имеет инверсные выходы

S - вход установки в единичное состояние (высокий уровень на прямом выходе 0)

R - вход установки в нулевое состояние (низкий уровень на прямом выходе 0)

Режим записи логической единицы реализуется при

Режим записи логического нуля реализуется при

При обеспечивается хранение информации.

При отжатом положении переключателя S5 на входе элемента Д3.1 состояние 0, на входе состояние 1, на прямом выходе Q вывод 9, при этом напряжение высокого уровня. При нажатии кнопки S5 состояния на входах ,а значит и на выходе Q меняются на противоположные.

Комбинация является запрещенной, т.к. после окончания действия этих входных сигналов триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Конструкция переключателя S5 исключает возможность такой комбинации. Схема ручного формирователя и таблица истинности RS -триггера приведены на рис.3.12. Длительность выходных импульсов равна времени выдержки между переключениями кнопки S₅ и может быть любой.

“*“ — хранение информации

“—“ — запрещенная комбинация

Рис.3.12. Схема ручного формирователя импульсов.

Со всех схем формирования импульсы поступают на элемент Д5.1 через блок переключателей S2; S3; S4; S5 клавишного типа, марки П2К.