Электронный секундомер 2 (стр. 3 из 4)
 |
Рис. Эквивалентная схема подключения светодиода к выходу
логического элемента И-НЕ.
Для индикации секунд в работе был выбран цифро-буквенный индикатор на основе светодиодных структур КЛЦ201А и дешифратор КР514ИД2. Воспользуемся основными параметрами данных микросхем для расчета.
Параметры микросхемы К176ИЕ5 и светодиода КЛЦ201А такие:
| К555ЛА3 | КЛЦ201А |
| Напряжение питания:Uп = +5 В | Сила света:Iv≥ 0,2 мкд |
| Выходное напряжение низкого уровня:U°вых ≤ 0,5 В | Постоянное прямое напряжение:Uпр≤ 2В |
| Выходное напряжение высокого уровняU1вых≥ 2,7 В | Номинальный постоянный ток:Iпр.ном = 20 мА |
Для индикации светодиода HG необходимо обеспечить прохождение прямого тока Іпр.ном = 10мА по цепи Uп–Rогр–НG–DD1.1–корпус. При этом на микросхеме DD1 будет падать напряжения U0вых = 0,5В, а на светодиоде HG будет падать напряжение Uпр = 2 В.
Общее падение напряжения на микросхеме DD1.1 и на светодиоде НG составит:
Uобщ = U0вых + Uпр = 0,5 В + 2 В = 2,5 В
Таким образом, на ограничительном резисторе падение напряжения URогр должно составить:
URогр = Uп – Uобщ = 5 В – 2,5 B = 2,5 В
Определим величину сопротивления ограничительного резистора Rогр в соответствии с законом Ома:
Rогр= URогр/Iпр.ном = 2,5 В / 10 ·10-3 А = 250 Ом
При этом мощность, выделяемая на резисторе, составит:
PRогр = URогр ·Iпр.ном = 2,5 В · 10 ·10-3 А = 25 · 10-3 Вт = 25 мВт
На основе выполненного расчета по справочнику [4] выбираем резистор МЛТ 0,125–270 Ом ± 5%.
3. Разработка и описание работы блока
3.1. Описание работы генератора импульсов
Управляемый генератор серии импульсов с частотой их следования 10 Гц, как уже упоминалось в разделе 2, в данной работе выполняется по схеме мультивибратора на логических элементах 2ИЛИ-НЕ и 2И-НЕ.
Принцип работы данного генератора таков. При подаче сигнала нулевого уровня на входы элементов 2ИЛИ-НЕ (DD1, DD2) на выходе элемента 2И-НЕ (DD3) устанавливается постоянный уровень логической единицы. При подаче на входы элементов 2ИЛИ-НЕ логической единицы, на выходе элемента 2И-НЕ начинает формироваться серия прямоугольных импульсов. Детальное строение схемы генератора изображено на принципиальной схеме в приложениях.
3.2. Описание работы собственно цифрового блока
Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на счетный вход импульса, деления их частоты и сохранения двоичных многоразрядных чисел.
В данной работе использован счетчик импульсов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Основную логическую операцию в элементе ТТЛ исполняет многоэмитерный транзистор. В данной работе используэтся четырехразрядный двоично-десятичныйсчетчик – К555ИЕ2. Внутренняя структура, цоколевка и условное обозначение микросхемы К555ИЕ2 приведены на рисунке 3.1.
Рис.3.1. Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИЕ2.Счетчик состоит их четырех комбинированных триггеров типа JK. Первый триггер может работать самостоятельно и образует делитель входной последовательности импульсов с коэффициентом деления Кд=2. Тактовый вход первого триггера СО (вывод 14) инверсный динамический, поэтому переключение триггера происходит спадом входного импульса, а выход QO – вывод 12. Остальные три триггера образуют синхронный делитель на пять (Кд=5). Тактовые входы С1 (вывод 1) инверсные динамические, управляются синхронно спадом входного импульса.
Счетчик имеет два входа R для синхронного сброса (обнуления), это выводы 2 и 3, а также два синхронных входа предварительной установки двоичного кода (1001=9), выводы 6 и 7. Входы R и S с логикой 2И-НЕ на входе. Входы синхронного сброса R1 и R2 запрещают действие импульсов по всем тактовым входам и входам предварительной установки. Импульс, поданный на вход R, производит сброс данных по всем триггерам одновременно. Подача напряжения на входы S1 и S2 запрещает прохождение тактовых сигналов, а также сигналов от входов R1 и R2 на счетчик. На выходах устанавливается код 1001=9. Так как выход первого триггера внутренне не соединен с последующими тремя триггерами, то возможны три независимых режима работы.
В данной работе ИЕ2 используется как двоично-десятичный счетчик с весом двоичных разрядов 8-4-2-1. В этом случае необходимо вывод 12 (выход первого триггера) соединить с выводом 1 внешней перемычкой. Входная последовательность импульсов подается на тактовый вход триггера (вывод 14). Временные диаграммы его работы приведены на рис.2. Режим работы ИЕ2 можно проследить по таблице состояний (табл.3.1) – это сброс выходных данных в нуль, установка предварительного кода 1001=9 и счет. В табл.3.2 дается последовательность двоично-десятичного счета в счетчике ИЕ2 [1].
| Входы сброса и установки | Выходы | ||||||
| R1 | R2 | S1 | S2 | Q0р | Q1Р | Q2Р | Q3Р |
| 1 | 1 | 0 | X | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | X | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| X | X | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | X | 0 | X | Счет | |||
| X | 0 | X | 0 | Счет | |||
| 0 | X | X | 0 | Счет | |||
| X | 0 | 1 | X | Счет | |||
Табл.3.1- Состояние счетчика ИЕ2
| Кол-во импульсов | Выходы счетчиков | |||
| Q3Р | Q2Р | Q1Р | Q0р | |
| 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 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 10 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 12 | 0 | 0 | 1 | 0 |
Табл.3.2 – Последовательность двоично-десятичного счета в ИЕ2
3.3. Описание работы узла индикации
Узел индикации включает в себя дешифратор, резисторы и цифро-буквенный индикатор. Все эти элементы были выбраны в предыдущих разделах.
Дешифратор типа КР514ИД2 (DD4) - дешифратор четырехразрядного двоичного кода в сигналы 7-сегментного кода, предназначен для управления полупроводниковыми цифро-буквенными индикаторами на основе светоизлучающих диодных структур с разьединенными катодами. Графическое изображение микросхемы приведено ниже на рисунке 3.3.
. Сигнал низкого логического уровня, поступающий на вход Г (гашение), переводит все выходы дешифратора в состояния логических нулей (независимо от входной информации), при этом ни один сегмент индикатора не возбуждается. Дальнейшие логические соответствия входной и выходной информации и отображаемого символа следующие: