Цифровые микросхемы — начинающим (занятие 7)

Схемы для радиоуправления

Рассмотрим достаточно универсальный вариант дешифратора на базе сдвоенного компаратора.

Сигнал с выхода приемника любого типа подается на вход дешифратора. Приведенный на рисунке вариант рассчитан на работу с отрицательными входными импульсами. Компаратор, собранный на верхней части микросхемы, обеспечивает формирование на своем выходе (вывод 1 DA1) положительных импульсов, длительность которых определяется длительностью принятых командных импульсов, а амплитуда практически равна напряжению питания схемы. Этот сигнал подается на счетный вход (вывод 14) канального распределителя, реализованного на микросхеме DDI.

Через диод VD1 первый же из этих импульсов заряжает конденсатор СЗ до амплитудного значения. В результате на выводе 7 DA1 устанавливается нулевой потенциал. В паузах между импульсами конденсатор СЗ разряжается через резистор R8.

Постоянная времени выбрана такой, что напряжение на конденсаторе не успевает уменьшиться до опорного напряжения, установленного на прямом входе компаратора (вывод 5) за время даже самого длинного командного импульса. За время же син-хропаузы конденсатор успевает разрядиться, на выводе 7 компаратора появляется положительный скачок напряжения, который через дифференцирующую цепь C4R10 подается на вход обнуления счетчика (вывод 15), подготавливая его к следующему циклу работы. 

Для обеспечения работы дешифратора с положительными входными импульсами, элементы CI, Rl, R2 необходимо подключить к выводу 3 микросхемы DAI, a R3, R4, С2 — к выводу 2. Величину резистора R3 при этом нужно уменьшить до 91 кОм.

Детали и конструкция

Конденсатор СЗ, определяющий постоянную времени в схеме выделения синхропаузы, должен быть пленочным. К остальным деталям никаких особых требований не предъявляется. 

Настройка

Настройка дешифратора сводится к установке порога срабатывания компаратора с помощью потенциометра R4. Осциллограф подключается к выводу 1 DA1, а вход дешифратора— к выходу работающего приемника. Вращением оси потенциометра необходимо добиться появления на экране осциллографа хаотичных прямоугольных импульсов, что будет свидетельствовать о срабатывании компаратора от выходных шумов приемника. 

Далее, уводя движок потенциометра вверх по схеме, необходимо «загрубить» чувствительность до пропадания этих импульсов. Напряжение на выходе компаратора при этом должно установиться практически равным нулю. При поступлении на вход приемника сигналов передатчика, на выходе компаратора появляются прямоугольные граничные импульсы.

Распределитель импульсов на микросхеме DDI в настройке не нуждается.

Принципиальная схема

Если есть желание, можно сделать переключатель десяти фиксированных настроек для УКВ-ЧМ-приемника с электронной настройкой, управляемый одной кнопкой, по схеме показанной на этом рисунке.

На переднюю панель приемника выводится одна кнопка и десять светодиодов. Светодиоды индици-руют выбранную настройку, а кнопка служит для перебора настроек по кольцу в одну сторону.

Рис. 1. Принципиальная схема электронного переключателя фиксированных настроек.

В основе схемы интегральная КМОП микросхема CD4017 — полный аналог отечественной микросхемы К561ИЕ8. Источником входных импульсов для счетчика D1 служит кнопка S1. Цепь R1-R2-C1 служит для подавления дребезга кнопки чтобы при каждом её нажиме формировался только один импульс и счетчик D1 переходил только на одну ступень выше по счету.

Напряжение настройки Uнастр. формируется из напряжения логической единицы на выходах счетчика с помощью переменных резисторов R3-R12 и одного подстроечного R13. Переменные резисторы R3-R12 можно расположить внутри приемника и в его корпусе сделать отверстия под отвертку, с помощью которой можно крутить их за шлиц на валу. Либо вывести валы на заднюю стенку приемника.

Для индикации выбранной фиксированной настройки служат светодиоды HL1-HL10. Чтобы они не нагружали выходы микросхемы и таким образом не влияли на напряжение на выходе микросхемы, они подключены через транзисторные ключи на транзисторах VТ1-VT10.

Принципиальная схема

Схема весьма традиционна, состоит из генератора импульсов, следующих с периодом в одну секунду и трех десятичных счетчиков с переключателями на выходах.

Рис. 1. Принципиальная схема точного таймера на микросхемах К561ИЕ8 и CD4060, установка времени о 1 до 999 секунд.

В «стародавние времена» генератор импульсов с периодом в одну секунду делали на «часовых» микросхемах серии К176, таких как К176ИЕ5 или К176ИЕ12. Но, сейчас в виду давности снятия с производства, таких микросхем уже купить возможно не всегда. Более доступен «импорт» CD4060.

Но эта микросхема дает секунду на старшем выходе только если кварцевый резонатор будет на частоту 16384 Hz, купить такой не удалось, только на 32768 Hz. Но тогда на старшем выходе CD4060 будет 2 Hz.

Взять еще одну микросхему CD4060 и сделать на ней делитель на 2 не возможно, так как у ней нет выводов от младших разрядов. В общем, «похимичив» с выходами и весовыми коэффициентами, удалось получить частоту 1 Hz на выводе 5 D5, подавая на её вход частоту с вывода 15 микросхемы D4.

Таким образом, вместо одной К176ИЕ5 пришлось взять две CD4060. Генератор частоты 1 Hz выполнен на микросхемах D4 и D5. Блокировка генератора осуществляется подачей логической единицы на вывод 12 D4.

При этом генерация импульсов прекращается, и на выходе D5 сохраняется тот уровень, который был на момент блокировки. Обнуление выхода счетчика D5 — подачей логической единицы на вывод 12.

Этот счетчик обнуляется вместе с десятичными счетчиками D1-D3 с помощью кнопки-выключателя S4 служащей для пуска таймера. В нажатом состоянии S4 нагрузка, то есть, осветительный прибор, выключена потому что на затвор полевого транзистора поступает нулевое напряжение через резисторы R4 и R5 и он закрыт. Контакты реле К1 выключены и нагрузка соответственно тоже выключена.

Десятичный трехразрядный счетчик сделан на микросхемах D1-D3. Это микросхемы К561ИЕ8 или их аналоги CD4017. Импульсы частотой 1 Hz с вывода 5 D5 проходят на вывод 13 счетчика D1. Десятичный счетчик D1 отсчитывает единицы секунд. Десятки отсчитывает счетчик D2, а счетчик D3 отсчитывает сотни секунд.

Соответственно, переключателем S1 устанавливаются единицы секунд, переключателем S2 — десятки, переключателем S3 — сотни. Все эти переключатели соединены со входами логического элемента D6.2.

Пока хотя бы на одном из них присутствует логический ноль, на выходе D6.2 будет логическая единица. Что приводит к открыванию транзистора VT1 и включенному состоянию нагрузки.

Как только заканчивается заданное время единицы будут на всех переключателях S1-S3. Следовательно, на всех входах D6.2. При этом на его выходе напряжение падает до логического нуля и транзистор VT1 закрывается.

Реле К1 выключает нагрузку. В то же время, ноль с выхода D6.2 поступает на входы D6.1 и на его выходе возникает логическая единица, которая обнуляет счетчик D4.

Это приводит к блокировке генерации импульсов частотой 1 Hz, и схема останавливается в этом состоянии. Светодиоды HL1-HL3 служат для визуализации процесса отсчета времени.

Принципиальная схема регулятора

На рисунке показана схема регулятора мощности, в котором мощность регулируется изменением процентного соотношения времени выключенного и времени включенного состояния в течение одного временного периода.

При этом сам временной период можно установить плавно от 15 минут до одного часа (от величины этого периода будет зависеть как часто будет происходить включение и выключение нагрузки. На микросхеме D1 типа К176ИЕ5 сделана схема задающего генератора, который генерирует импульсы, следующие с периодом от 1,5 минуты до 6 минут.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора мощности — таймера включения и выключения.

Микросхема К176ИЕ5 предназначена для работы в электронных часах на основе ИМС К176-Й серии. Она состоит из элементов мультивибратора и нескольких счетчиков. По типовой схеме включения частота мультивибратора должна быть задана кварцевым резонатором на 32768 Гц, а на выходе после деления счетчиком имеются импульсы частотой 1 Гц.

Здесь кварцевый резонатор заменен RC-цепью, со значительно более низкой резонансной частотой, которую к тому же можно плавно регулировать при помощи переменного резистора.

С выхода (вывода 15) микросхемы D1 импульсы, период которых установлен цепью C1R2R3 и счетчиком-делителем микросхемы, на вход счетчика D2, который представляет собой счетчик на 10 с десятичным выходом, то есть, с дешифратором на выходе. При счете импульсов единица по его выходам, как бы, перемещается сверху вниз по схеме.

Этот счетчик используется для установки интервала включенного и выключенного состояния нагрузки. Так как у него есть 10 положений, то период получается в 10 раз больше периода импульсов на выходе D1.

Нагрузкой управляет RS-триггер на элементах микросхемы D3. Нагрузка включена тогда, когда на выходе D3.2 единица, и выключена когда на этом выходе ноль. Непосредственно нагрузку включает и выключает реле К1, ток на обмотку которого поступает через транзисторный ключ на VT1 и VT2. Мощность, выраженная в процентах, устанавливается переключателем S1.

В показанном на схеме положении 10% схема работает так: как только счетчик D2 приходит в состояние «0», единица с его вывода 3 поступает на вывод 3 элемента D3.1 и RS-триггер D3.1-D3.2 переключается в состояние с логической единицей на выходе D3.2. Ключ VT1-VT2 открывается и реле К1 включает нагрузку.

Как только приходит следующий импульс появляется единица на выводе 2 D2 и триггер D3.1-D3.2 возвращается в исходное положение, — ноль на выходе D3.2. Ключ VT1-VT2 закрывается и реле К1 выключает нагрузку. Остальные 9 тактов периода нагрузка будет выключена.

Таким образом, нагрузка будет работать только десять процентов общего времени. Если S1 переключить в другое положение, например «40%», то нагрузка включится в нулевом положении счетчика (единица на выводе 3 D2), а выключится в положении «4» (единица на выводе 10), то есть на четвертом импульсе из десяти, и нагрузка, соответственно, будет включена в течении 40% общего времени.

В положении «100%» вывод 13 D3.2 отключен от выходов счетчика D2 и подключен к общему минусу. В таком положении нагрузка включается по приходу счетчика D2 в нулевое положение и не выключается вообще, далее независимо от работы счетчика.

Поскольку время включенного и выключенного состояния может быть довольно велико, в схеме есть кнопки S1 и S2, которыми в любой момент можно включить или выключить нагрузку.

Наличие на выходе обычного электромагнитного реле, которое в отличие от тиристоров и симисторов не вносит никаких изменений в форму сетевого напряжения, позволяет управлять любой нагрузкой от электронагревательных или осветительных приборов до сложной электронной аппаратуры.

Детали и монтаж

Монтаж выполнен на макетной печатной панели. Микросхему CD4017 можно заменить на К561ИЕ8, К176ИЕ8 или любой другой аналог типа «…4017». Транзисторы С9014 — это обычные п-р-п кремниевые маломощные транзисторы, так сказать, общего применения. Можно заменить, например, на КТ3102 или другой аналог.

Светодиоды — любые индикаторные. Диоды 1N4148 можно заменить на КД522, КД521 или другие аналоги. Кнопка S1 — без фиксации в нажатом состоянии.

Питаться схема должна от стабилизированного источника питания, так как от стабильности его напряжения зависит стабильность настройки приемника. Напряжение питания может быть от 5 до 15V, при этом нужно учесть, что от напряжения питания зависит максимальное напряжение настройки.

Довольно популярная микросхема К561ИЕ8
(зарубежный аналог CD4017) является десятичным счетчиком с дешифратором. В своей структуре микросхема имеет счетчик Джонсона (пятикаскадный) и дешифратор, позволяющий переводить код в двоичной системе в электрический сигнал появляющийся на одном из десяти выходов счетчика.

Счетчик К561ИЕ8 выпускается в 16 контактном корпусе DIP.

Детали и монтаж

Источником питания схемы служит малогабаритный импульсный источник постоянного напряжения 5V, в качестве которого используется универсальное зарядное устройство для сотовых телефонов, подключающихся на зарядку через универсальный разъем USB. Переключатели S1-S3 — старые галетные на 11 положений. Используется десять положений.

Их можно заменить любыми переключателями на не менее десяти положений. Выключатель S4 тоже «не первой свежести», — это П2К с независимой фиксацией. Тоже можно подобрать и более современный аналог. Реле К1 с обмоткой на 5V.

Схема, за исключением реле, может питаться напряжением от 4 до 16V, поэтому, если есть, например, реле с обмоткой на 12V и источник питания на такое же напряжение, можно использовать реле на 12V. Кварцевый резонатор Q1 — обычный стандартный «часовой» резонатор на частоту 32768 Hz.

Если посчастливится приобрести резонатор на 16384 Hz, можно сократить одну микросхему CD4060, удалив D5. А импульсы частотой 1 Hz снимать с вывода 3 D4.

Светодиоды — любые индикаторные. Транзисторы КТ3102 можно заменить любыми маломощными транзисторами структуры п-р-п. Полевой транзистор КП501 можно заменить на КП504 или подыскать ему импортный аналог.

Монтаж выполнен на готовой покупной макетной печатной плате.

Назначения выводов К561ИЕ8:

• Вывод 15 (Сброс
  ) — счетчик сбрасывается в нулевое состояние при поступлении на данный вывод сигнала лог.1. Предположим, вы хотите, чтобы счетчик считал только до третьего разряда (вывод 4), для этого вы должны соединить вывод 4 с выводом 15 (Сброс). Таким образом, при достижении счета до третьего разряда, счетчик К561ИЕ8 автоматически начнет отсчет с начала.
• Вывод 14 (Счет)
  – вывод предназначен для подачи счетного тактового сигнала. Переключение выходов происходит по положительному фронту сигнала на выводе 14. Максимальная частота составляет 2 МГц.
• Вывод 13 (Стоп)
  – данный вывод, в соответствии от уровня сигнала на нем, позволяет останавливать или запускать работу счетчика. Если необходимо остановить работу счетчика, то для этого необходимо на данный вывод подать лог.1. При этом даже если на вывод 14 (Счет) по-прежнему будет поступать тактовый сигнал, то на выходе счетчика переключений не будет. Для разрешения счета вывод 13 необходимо соединить с минусовым проводом питания.
• Вывод 12 (Перенос)
  – данный вывод (вывод переноса) используются при создании многокаскадного счетчика из нескольких К561ИЕ8. При этом вывод 12 первого счетчика соединяют с тактовым входом 14 второго счетчика. Положительный фронт на выходе переноса (12) появляется через каждые 10 тактовых периодов на входе (14).
• Выводы 1-7 и 9-11 (Q0…Q9)
  — выходы счетчика. В исходном состоянии на всех выходах находится лог.0, кроме выхода Q0 (на нем лог.1). На каждом выходе счетчика высокий уровень появляется только на период тактового сигнала с соответствующим номером.
• Вывод 16 (Питание)
  – соединяется с плюсом источника питания.
• Вывод 8 (Земля)
  – данный вывод соединяется с минусом источника питания.