4 Расчет элементов принципиальной схемы, выбор компонентов
На этапе проектирования принципиальной схемы счетчика оборотов двигателя были выбраны основные функциональные узлы. В данном разделе будет произведен расчет номиналов пассивных элементов (резисторов) и дано обоснование выбора активных компонентов (микросхем) и устройств индикации.
Выбор элементной базы. В этом пункте будут описаны конкретные модели микросхем и цифровых устройств. Как было упомянуто выше, для осуществления данной схема необходимы такие элементы как счетчики, дешифраторы, компараторы и 7-разрядные индикаторы.
В качестве реверсивного десятичного счетчика была взята отечественная микросхема КР1533ИЕ6 [CITATION chi26 \l 1049 ]. На рисунке 8 предоставлена УГО микросхемы КР1533ИЕ6.
Рис 8 – УГО и назначение выводов микросхемы КР1533ИЕ6.
У микросхемы имеет отдельный вход для прямого счета и отдельный вход для обратного счета. Также микросхема имеет входы для предварительной записи, но в данной работе нет необходимости для предварительной установки следовательно эти входы подается логический «0» то, есть предварительная установка: 00002.
Микросхема КР1533ИЕ6 была выбрана по ряду причин, одна из них была упомянута выше, что микросхема имеет входы как для повышения, так и для понижения количества счета. Данная микросхема основана на транзисторно-транзисторной логике. Также микросхема КР1533ИЕ6 имеет стандартные параметры. Параметры микросхемы были найдены в справочнике «Цифровые интегральные микросхемы»[ CITATION Бог91 \l 1049 ] указаны на рисунке 9.
Рис 9 – Параметры микросхемы КР1533ИЕ6 с справочника
«Цифровые интегральные микросхемы»[ CITATION Бог91 \l 1049 ]
(Параметры подчеркнуты красной линией)
На рисунке 9 видно параметры микросхемы удовлетворяют условиям для работы. Так как значения времен задержки не превышают 40 нс.
В ходе расчета компонентов было обнаружено, что дешифратор выдает меньше тока, чем требуется индикатору (12 мА), по этой причине, после дешифратора установлен буфер 74HC541 [5], способный выдать 35 мА. На рисунке 13 представлен новый блок индикации.
Рисунок 10 - Блок индикации с буфером
В документации к индикатору сказано, что максимальный постоянный ток элемента 20 мА, а рекомендуемый рабочий 12 мА, поэтому резисторы будут подбираться из расчета последнего значения. Прямое падение напряжения на индикаторе в соответствии с документацией 2 В. Таким образом сопротивление резисторов следующее:
С учетом того, что 0,7 * 20 = 14 > 12 мА (рабочий ток меньше допустимого) подберем резистор с ближайшим номиналом из Е24. 𝑅 = 240 Ом.
Мощность резисторов:
Учитывая запас по мощности не менее чем 30% и выбранное сопротивление в качестве элемента взят толстопленочный ЧИП-резистор 0402 240Ом +1% 0.063Вт [6].
Логический компаратор CD4585BE [7]. В ходе работы выбор пал на компаратор CD4585BE. Для сравнения текущего количества импульсов с заданным коэффициентом деления в схеме используются компараторы CD4585BE.
CD4585BE — это 4-разрядный компаратор, который сравнивает два двоично-десятичных числа и выдаёт сигнал на выходе «A = B», когда они равны. В данной схеме (рисунок 5) два таких компаратора сравнивают отдельно единицы и десятки: один — младший разряд, второй — старший. Когда оба компаратора фиксируют равенство, логический элемент «И» пропускает импульс на выходной счётчик и сбрасывает входной счётчик. На рисунке 11 показан УГО данной микросхемы.
Рисунок 11 – Микросхема CD4585BE
Для блока индикации были взяты дешифратор CD4056BM96 [8] и семисегментный индикатор TOS-5161AMG-N [9]. Два этих компонента являются базовыми для индикации во многих проектах. Так как в данной работе нет необходимости для особой индикации были выбраны данные компоненты.
Также для данной работы был необходим логический вентиль «И». Для данной работы была взята микросхема из популярной линейки 74HCXX. Из данной линейки микросхем была взята микросхема 74HC08 [10].
Такие элементы как кнопки, разъёмы и клеемники были выбраны по принципу дешевизны и распространённости.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы была разработана схема счетчика оборотов двигателя, предназначенная для подсчета импульсов, поступающих от датчика, и отображения результата на цифровом индикаторе. Работа была выполнена в соответствии с заданием, где требовалось спроектировать устройство на базе цифровых микросхем, обеспечивающее счет импульсов с возможностью изменения коэффициента деления в диапазоне от 0 до 100. Также было необходимо предусмотреть отдельную индикацию установленного коэффициента деления.
В начале работы был проведен анализ поставленной задачи, в результате которого были определены основные требования к устройству и принцип его функционирования. Было установлено, что для реализации схемы наиболее целесообразно использовать цифровую элементную базу, поскольку она позволяет сравнительно просто и наглядно реализовать процесс подсчета импульсов, сравнения чисел и вывода информации на индикаторы. Такой подход также хорошо подходит для учебного проектирования, так как дает возможность изучить принципы работы основных цифровых узлов: счетчиков, компараторов, дешифраторов и логических элементов.
Далее была разработана структурная схема устройства. Она включает в себя блок подсчета входных импульсов, блок задания коэффициента деления, блок сравнения и обработки импульсов, а также блок индикации. Каждый из этих блоков выполняет свою отдельную функцию, а их совместная работа обеспечивает корректное функционирование всей схемы. Благодаря такому разбиению на функциональные узлы удалось упростить проектирование и сделать логику работы устройства более понятной.
После этого была составлена принципиальная схема. В ней были использованы десятичные счетчики для подсчета импульсов, компараторы для сравнения текущего значения с заданным коэффициентом деления, логический элемент «И» для формирования управляющего сигнала, а также дешифраторы и семисегментные индикаторы для отображения результата. Принцип работы устройства заключается в том, что входные импульсы подсчитываются, сравниваются с установленным коэффициентом деления, и при совпадении нужный импульс проходит дальше, обеспечивая корректный вывод результата на индикатор.
Особое внимание в работе было уделено выбору элементной базы. При подборе микросхем и индикаторов учитывались такие параметры, как функциональность, быстродействие, совместимость по уровням сигналов, а также доступность компонентов. Кроме того, был выполнен расчет пассивных элементов, в частности резисторов, необходимых для корректной работы светодиодных индикаторов. Это позволило обеспечить требуемый ток через сегменты индикаторов и тем самым гарантировать их нормальную работу без превышения допустимых значений.
Полученная схема отвечает основным требованиям технического задания. Она позволяет вести подсчет оборотов двигателя в цифровом виде, отображать результат на пятиразрядном индикаторе, а также выводить значение коэффициента деления на отдельный индикатор. Кроме того, схема имеет достаточно простую структуру, что положительно сказывается на ее наглядности, надежности и удобстве дальнейшего анализа или доработки. Разработанное устройство может быть использовано как учебный пример цифровой схемотехники, а также как основа для создания более сложных измерительных приборов.
Таким образом, в ходе курсовой работы были решены все поставленные задачи: проведен анализ предметной области, разработана структурная и принципиальная схемы устройства, выполнен выбор элементной базы и произведен расчет отдельных элементов схемы. Цель работы достигнута, а разработанная схема счетчика оборотов двигателя может быть признана работоспособным и логически завершенным проектным решением.
Список использованных источников
Патент на полезную модель № 102388 U1 Российская Федерация, МПК G01P 3/22, G07C 5/04. тахометр электронный : № 2009149537/22 : заявл. 29.12.2009 : опубл. 27.02.2011 / Г. Е. Фортученко, Ю. Е. Петров, П. М. Кречка ; заявитель Закрытое акционерное общество "Гесол-Лайн". – EDN TUCROH – URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_38389319_25774667.pdf (Дата обращения 09.05.2026)
«Альянс-Авто»: «Тахометр: обороты двигателя — под контролем» URL: http://www.autoars.ru/articles/?id=113&utm_content=url--dlia-cego-nuzen-taxometr-v-masine (дата обращения: 08.04.2026).
Микросхема КР156ИЕ6 - URL: https://static.chipdip.ru/lib/647/DOC049647704.pdf (Дата обращения 09.05.2026)
М. И. БОГДАНОВИЧ, И. Н. ГРЕЛЬ, В. А. ПРОХОРЕНКО, В. В. ШЛЛИМО Цифровые интегральные микросхемы . - 1-е изд. - Минск: "Беларусь", 1991
74HC541; 74HCT541 Octal buffer/line driver; 3-state – URL: https://static.chipdip.ru/lib/137/DOC012137787.pdf (дата обращения: 24.05.2026)
DATA SHEET GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS – URL: https://static.chipdip.ru/lib/648/DOC011648379.pdf (дата обращения: 30.05.2025)
CD4585BE, Логический компаратор // CHIPDIP URL: https://static.chipdip.ru/lib/852/DOC042852367.pdf (дата обращения: 02.06.2026).
CD4056BM96, Дешифратор // CHIPDIP URL: https://static.chipdip.ru/lib/638/DOC012638295.pdf (дата обращения: 02.06.2026).
TOS-5161AMG-N, Индикатор // CHIPDIP URL: https://static.chipdip.ru/lib/960/DOC002960621.pdf (дата обращения: 02.06.2026).
74HC08D, Логическая И // CHIPDIP URL: https://static.chipdip.ru/lib/993/DOC012993875.pdf (дата обращения: 02.06.2026).