-20 dB писав:

А чому не підійти до справи малою кров'ю? Якщо є щось подібне до згаданого вище ІЖЦ5-4/8, з роздільними висновками сегментів? У заначках з радянських часів невикористовуваних К176ІЕ4 залишилося море (лічильник/дільник на 10 з семисегментним дешифратором і виходом перенесення, використовувався для формування одиниць хвилин і годин в електронному годиннику, неповний аналог - CD4026 - у чому неповнота, не дивився... поки) в класичному включенні для керування ЖК. 4 шт – по 2 на канал, + 2 шт. 176(561)ЛЕ5 або ЛА7 - одна для формувачів одиночних імпульсів (придушувачів брязкоту контактів), друга - для формування меандру для "засвітлення" ЖК індикатора? Звичайно, на МП рішення красивіше, але на смітті - дешевше, і вирішується виключно на коліні... З програмуванням МП, наприклад, у мене туго (якщо тільки готовий дамп хтось подсуетит) - мені із залізяками простіше.

Ну ось тут я готовий посперечатися. Давайте порахуємо. Для початку вартість:
1. PIC12LF629 (SOIC-8) – 40руб. (~1,15 $)
2. Дисплей від Моторолу С200/С205/Т190/Т191 - близько 90руб (~2.57$) Крім того, роздільна здатність 98х64 - малюй і пиши чо хочеш.
3. Розсипання (SMD-резюки, кнопочки, SMD-конденсатори та інше) на знижку - близько 50руб. (~1,42 $)

Разом: ~180руб (~5$)

Корпус, аккум (я вибрав Lo-Pol акк від тієї ж моторолки С200 - компактно, ємно, недорого (порівняно)) - не вважаємо, так як і те й інше потрібно в обох варіантах.

Тепер Ваш варіант:

1. ІЖЦ5-4/8 - близько 50руб (~1.42$)
2. К176ІЕ4 (CD4026) - 15руб (~0,42$)x4=60руб(~1.68$)
3. К176ЛА7 - 5руб(~0,14$)x4=20руб(~0.56$)
4. Розсипання (SMD-резюки, кнопочки, SMD-конденсатори та інше) на знижку - близько 50руб. (~1,42 $)

Разом: ~180руб(~5$)

У чому вигода?

Тепер прикинемо ТТХ і функціонал:

У випадку з МК потреба буде максимум 20мА, у той час як у Вашому варіанті, я думаю, разу в 1,5...2 більше. Крім того у Вашому варіанті – складність (відносна) друкованої платина 7 корпусах + багатогога ІЖЦ5-4/8 (напевно - двостороння), неможливість модернізувати пристрій (додати або змінити функціонал) не влазячи в схему (тільки на програмному рівні), відсутність можливості організувати пам'ять на вимірювання (рахунок), живлення не менше 5В (З меншого Ви не розгойдуєте ІЖЦ), вага та габарити. Можна ще багато навести доказів. Тепер варіант із МК. Про струм споживання вже написав – 20мА макс. + можливість сплячого режиму (споживання - 1...5 мА (в основному - LCD)), складність плати для однієї 8-ногої мікросхеми та 5 вивідного роз'ємника для моторолівського LCD - смішно навіть говорити. Гнучкість (можна програмно, без зміни схеми та плати навернути такого - волосся дибки встане), інформативність графічного 98х64 дисплея - в жодне порівняння з 4,5 розрядами 7-сегментного ІЖЦ. харчування - 3...3,5В (можна навіть таблеточку CR2032, але краще все ж таки Li-Pol від мобіли). Можливість організації багатоосередкової пам'яті на результати вимірювань (рахунку) приладу - знову ж таки лише на програмному рівні без втручання у схему та плату. Ну і нарешті - габарити та вага в жодне порівняння з Вашим варіантом. Аргумент – "я не вмію програмувати" не прийметься – хто хоче, той знайде вихід. До вчорашнього дня я не вмів працювати з дисплеєм від мобільника Моторола С205. Тепер умію. Минула доба. Тому що мені це ТРЕБА. Зрештою Ви маєте рацію - можна когось і попросити.)) Ось приблизно так. І не в красі справа, а в тому, що дискретна логіка безнадійно застаріла як морально, так і технічно як основний елемент схемотехніки. Те, для чого були потрібні десятки корпусів з диким загальним споживанням, складністю ПП і величезними габаритами, тепер можна зібрати а 28-40 ногом МК легко і невимушено - повірте мені. Сьогодні навіть інформації по МК набагато більше ніж за дискретною логікою - і це цілком зрозуміло.

Принцип дії

Як вихідний стан прийнятий нульовий рівень усім виходах тригерів (Q 1 – Q 3), т. е. цифровий код 000. У цьому старшим розрядом є вихід Q 3 . Для переведення всіх тригерів в нульовий стан входи R тригерів об'єднані і на них подається необхідний рівень напруги (тобто імпульс, що обнулює тригери). По суті, це скидання. На вхід надходять тактові імпульси, які збільшують цифровий код на одиницю, тобто після приходу першого імпульсу перший тригер переключається в стан 1 (код 001), після приходу другого імпульсу другий тригер переключається в стан 1, а перший - в стан 0 (код 010), потім третій тощо. буд. У результаті подібний пристрій може дорахувати до 7 (код 111), оскільки 2 3 – 1 = 7. Коли всіх виходах тригерів встановилися одиниці, кажуть, що лічильник переповнений. Після приходу наступного (дев'ятого) імпульсу лічильник обнуляться і почнеться з початку. На графіках зміна станів тригерів відбувається із деякою затримкою t з. На третьому розряді затримка вже втричі. Затримка, що збільшується зі збільшенням числа розрядів, є недоліком лічильників з послідовним переносом, що, незважаючи на простоту, обмежує їх застосування в пристроях з невеликим числом розрядів.

Класифікація лічильників

Лічильниками називають пристрої для підрахунку числа надійшли на їх вхід імпульсів (команд), запам'ятовування та зберігання результату рахунку та видачі цього результату. Основним параметром лічильника є модуль счёта(емкость) Kс. Ця величина дорівнює числу стійких станів лічильника. Після надходження імпульсів Kс лічильник повертається у вихідний стан. Для двійкових лічильників Kс = 2 m, де m – число розрядів лічильника.

Крім Kз важливими характеристиками лічильника є максимальна частота рахунку fmax і час встановлення tуст, які характеризують швидкодію лічильника.

Tуст - тривалість перехідного процесу перемикання лічильника в новий стан: tуст = mtтр, де m - число розрядів, а tтр - час перемикання тригера.

Fmax – максимальна частота вхідних імпульсів, коли він відбувається втрати імпульсів.

За типом функціонування:

- Підсумовуючі;

- віднімають;

– Реверсивні.

У підсумовуючому лічильнику прихід кожного вхідного імпульсу збільшує результат рахунку на одиницю, у віднімає – зменшує на одиницю; у реверсивних лічильниках може відбуватися як підсумовування, і віднімання.

за структурної організації:

- Послідовними;

– паралельними;

- Послідовно-паралельними.

У послідовному лічильнику вхідний імпульс подається тільки вхід першого розряду, на входи кожного наступного розряду подається вихідний імпульс попереднього розряду.

У паралельному лічильнику з приходом чергового лічильного імпульсу перемикання тригерів під час переходу на новий стан відбувається одночасно.

Послідовно-паралельна схема включає обидва попередні варіанти.

По порядку зміни станів:

- З природним порядком рахунку;

- З довільним порядком рахунку.

За модулем рахунку:

- Двійкові;

- Недвійкові.

Модуль рахунку двійкового лічильника Kc=2, а модуль рахунку недвійкового лічильника Kc= 2m, де m – число розрядів лічильника.

Підсумовуючий послідовний лічильник

Рис.1. Підсумовуючий послідовний 3-х розрядний лічильник.

Тригери даного лічильника спрацьовують по задньому фронті лічильного імпульсу. Вхід старшого розряду лічильника пов'язаний із прямим виходом (Q) молодшого сусіднього розряду. Тимчасова діаграма роботи такого лічильника наведено на рис.2. У початковий момент часу стану всіх тригерів дорівнюють лог.0 відповідно на їх прямих виходах лог.0. Це досягається за допомогою короткочасного лог.0, поданого на входи асинхронної установки тригерів лог.0. Загальний станлічильника можна охарактеризувати двійковим числом (000). Під час рахунку на входах асинхронної установки тригерів лог.1 підтримується лог.1. Після приходу заднього фронту першого імпульсу 0-розряд переключається на протилежний стан – лог.1. На вході 1-розряду з'являється передній фронт лічильного імпульсу. Стан лічильника (001). Після приходу на вхід лічильника заднього фронту другого імпульсу 0-розряд перемикається в протилежний стан - лог.0, на вході 1-розряду з'являється задній фронт лічильного імпульсу, який перемикає 1-розряд лог.1. Загальний стан лічильника – (010). Наступний задній фронт на вході 0-розряду встановить його в лог.1(011) і т.д. Таким чином, лічильник накопичує число вхідних імпульсів, що надходять на його вхід. При надходженні 8-ми імпульсів з його вхід лічильник повертається у вихідний стан (000), отже коефіцієнт рахунки (КСЛ) даного лічильника дорівнює 8.

Мал. 2. Тимчасова діаграма послідовного підсумовуючого лічильника.

Послідовний лічильник, що віднімає

Тригери цього лічильника спрацьовують по задньому фронту. Для реалізації операції віднімання лічильний вхід старшого розряду підключається до інверсного виходу сусіднього молодшого розряду. Попередньо тригери встановлюють стан лог.1 (111). Роботу даного лічильника показує часова діаграма на рис. 4.

Мал. 1 Послідовний лічильник, що віднімає

Мал. 2 Тимчасова діаграма послідовного лічильника, що віднімає

Реверсивний послідовний лічильник

Для реалізації реверсивного лічильника необхідно об'єднати функції підсумовуючого лічильника та функції лічильника, що віднімає. Схема цього лічильника наведена на рис. 5. Для керування режимом рахунку служать сигнали «сума» та «різниця». Для режиму підсумовування "сума" = лог.1, "0" - короткочасний лог.0; "Різниця" = лог.0, "1"-короткочасний лог.0. При цьому елементи DD4.1 та DD4.3 дозволяють подачу на тактові входи тригерів DD1.2, DD2.1 через елементи DD5.1 ​​та DD5.2 сигналів з прямих виходів тригерів DD1.1, DD1.2 відповідно. При цьому елементи DD4.2 і DD4.4 закриті, на їх виходах є лог.0, тому дія інверсних виходів ніяк не відбивається на рахункових входах тригерів DD1.2, DD2.1. Таким чином, реалізується операція підсумовування. Задля реалізації операції віднімання на вхід «сума» подається лог.0, вхід «різницю» лог.1. При цьому елементи DD4.2, DD4.4 дозволяють подачу на входи елементів DD5.1, DD5.2, відповідно і на рахункові входи тригерів DD1.2, DD2.1 сигналів з інверсних виходів тригерів DD1.1, DD1.2. При цьому елементи DD4.1, DD4.3 закриті і сигнали з прямих виходів тригерів DD1.1, DD1.2 не впливають на рахункові входи тригерів DD1.2, DD2.1. Таким чином, реалізується операція віднімання.

Мал. 3 Послідовний реверсивний 3-х розрядний лічильник

Для реалізації даних лічильників також можна використовувати тригери, які спрацьовують на передньому фронті рахункових імпульсів. Тоді під час підсумовування на лічильний вхід старшого розряду треба подавати сигнал з інверсного виходу сусіднього молодшого розряду, а відніманні навпаки – з'єднувати лічильний вхід із прямим виходом.

Недолік послідовного лічильника – зі збільшенням розрядності пропорційно збільшується час установки (tуст) даного лічильника. Перевагою є простота реалізації.

Мал. 3 – Реверсивний лічильник

Для рахункових імпульсів передбачено два входи: “+1” – збільшення, “-1” – зменшення. Відповідний вхід (+1 або -1) підключається до входу С. Це можна зробити схемою АБО, якщо вліпити її перед першим тригером (вихід елемента до входу першого тригера, входи – до шин +1 та -1). Незрозуміла фігня між тригерами (DD2 і DD4) називається елементом І-АБО. Цей елемент складається з двох елементів І та одного елемента АБО, об'єднаних в одному корпусі. Спочатку вхідні сигнали цьому елементі логічно перемножуються, потім результат логічно складається.

Число входів елемента І-АБО відповідає номеру розряду, тобто якщо третій розряд, то три входи, четвертий - чотири і т. д. Логічна схема є двопозиційним перемикачем, керованим прямим або інверсним виходом попереднього тригера. При балку. 1 на прямому виході лічильник відраховує імпульси з шини "+1" (якщо вони, звичайно, надходить), при лог. 1 на інверсному виході – із шини “-1”. Елементи І (DD6.1 та DD6.2) формують сигнали перенесення. На виході >7 сигнал формується при коді 111 (число 7) і тактового імпульсу на шині +1, на виході<0 сигнал формируется при коде 000 и наличии тактового импульса на шине -1.

Все це, звичайно, цікаво, але красивіше виглядає в мікросхемному виконанні:

Мал. 4 Чотирьохрозрядний двійковий лічильник

Ось типовий лічильник із передустановкою. СТ2 означає, що лічильник двійковий, якщо він десятковий, ставиться СТ10, якщо двійково-десятковий – СТ2/10. Входи D0 - D3 називаються інформаційними входами і служать для запису в лічильник будь-якого двійкового стану. Цей стан відобразиться на його виходах і від нього буде розпочато відлік. Іншими словами, це входи попередньої установки або просто попереднього встановлення. Вхід V служить для дозволу запису коду по входах D0 - D3, або, як кажуть, дозволу попереднього встановлення. Цей вхід може бути позначений і іншими літерами. Попередній запис у лічильник проводиться при подачі сигналу дозволу запису в момент приходу імпульсу на вхід С. Вхід тактовий. Сюди запихають імпульси. Трикутник означає, що лічильник спрацьовує за спадом імпульсу. Якщо трикутник повернутий на 180 градусів, тобто дупою до літери С, значить він спрацьовує по фронту імпульсу. Вхід R служить для обнулення лічильника, т. е. при подачі імпульсу цей вхід усім виходах лічильника встановлюються балка. 0. Вхід PI називається входом перенесення. Вихід p називається виходом перенесення. На цьому виході формується сигнал при переповненні лічильника (коли всіх виходах встановлюються лог. 1). Цей сигнал можна подати на вхід перенесення наступного лічильника. Тоді при переповненні першого лічильника другий перемикатиметься в наступний стан. Виходи 1, 2, 4, 8 просто виходи. Там формується двійковий код, відповідний числу імпульсів, що надійшли на вхід лічильника. Якщо висновки з кружальцями, що буває набагато частіше, значить вони інверсні, тобто замість балки. 1 подається балка. 0 і навпаки. Докладніше робота лічильників разом з іншими пристроями розглядатиметься надалі.

Паралельний підсумовуючий лічильник

Принцип дії даного лічильника полягає в тому, що вхідний сигнал, що містить лічильні імпульси, подається одночасно на всі розряди лічильника. А установкою лічильника стан лог.0 чи лог.1 управляє схема управління. Схема даного лічильника показано на рис.6

Мал. 4 Підсумовуючий лічильник паралельної дії

Розряди лічильника - тригери DD1, DD2, DD3.

Схема управління – елемент DD4.

Достоїнство даного лічильника - малий час установки, що не залежить від розрядності лічильника.

Недолік – складність схеми у разі підвищення розрядності лічильника.

Лічильники з паралельним перенесенням

Для підвищення швидкодії застосовують спосіб одночасного формування сигналу перенесення всім розрядів. Досягається це запровадженням елементів І, якими тактові імпульси надходять відразу на входи всіх розрядів лічильника.

Мал. 2 – Лічильник з паралельним перенесенням та графіки, що пояснюють його роботу

Із першим тригером все зрозуміло. На вхід другого тригера тактовий імпульс пройде лише тоді, коли на виході першого тригера буде балка. 1 (особливість схеми І), але вхід третього – як у виходах перших двох буде лог. 1 і т. д. Затримка спрацьовування третьому тригері така ж, як і першому. Такий лічильник називається лічильником з паралельним перенесенням. Як видно із схеми, зі збільшенням числа розрядів збільшується число балок. І елементів, причому чим вище розряд, тим більше входів у елемента. Це недолік таких лічильників.

Розробка принципової схеми

Формувач імпульсів

Формувач імпульсів - пристрій, необхідний для усунення брязкоту контактів, що виникає при замиканні механічних контактів, що може призвести до неправильної роботи схеми.

На малюнку 9 наведено схеми формувачів імпульсів від механічних контактів.

Мал. 9 Формувачі імпульсів від механічних контактів.

Блок індикації

Для відображення результату рахунку необхідно використовувати світлодіоди. Щоб здійснити такий висновок інформації, можна скористатися найпростішою схемою. Схема блоку індикації на світлодіодах наведена малюнку 10.

Мал. 10 Блок індикації на світлодіодах.

Розробка КСУ (комбінаційної схеми управління)

Для реалізації цього лічильника із серії ТТЛШ мікросхем К555 я вибрав:

дві мікросхеми К555ТВ9 (2 JK-тригери з установкою)

одну мікросхему К555ЛА4 (3 елементи 3І-НЕ)

дві мікросхеми К555ЛА3 (4 елементи 2І-НЕ)

одну мікросхему К555ЛН1 (6 інверторів)

Дані мікросхеми забезпечують мінімальну кількість корпусів на друкованій платі.

Складання структурної схеми лічильника

Структурна схема – сукупність блоків лічильника, які виконують будь-яку функцію та забезпечують нормальну роботу лічильника. На малюнку 7 показано структурну схему лічильника.

Мал. 7 Структурна схема лічильника

Блок керування виконує функцію подачі сигналу та керування тригерами.

Блок рахунку призначений для зміни стану лічильника та збереження цього стану.

Блок індикації виводить інформацію для зорового сприйняття.

Складання функціональної схеми лічильника

Функціональна схема – внутрішня структура лічильника.

Визначимо оптимальне кількість тригерів для недвоичного лічильника з коефіцієнтом рахунку Кс=10.

M = log 2 (Кс) = 4.

M = 4 означає реалізації двоично-десятичного лічильника необхідно 4 тригера.

Найпростіші однорозрядні лічильники імпульсів

Найпростішим однорозрядним лічильником імпульсів може бути JK-тригер та D-тригер, що працює у рахунковому режимі. Він вважає вхідні імпульси по модулю 2-кожний імпульс перемикає тригер у протилежний стан. Один тригер вважає до двох, два з'єднаних послідовно вважають до чотирьох, п тригерів-до 2n імпульсів. Результат рахунка формується в заданому коді, який може зберігатися в пам'яті лічильника або бути зчитаним іншим пристроєм цифрової техніки дешифратором.

На малюнку показано схему трирозрядного двійкового лічильника імпульсів, побудованого на JK-тригер ax K155TB1. Змонтуйте такий лічильник на макетній панелі та до прямих виходів тригерів підключіть світлодіодні (або транзисторні – з лампою розжарювання) індикатори, як це робили раніше. Подайте від випробувального генератора на вхід З першого тригера лічильника серію імпульсів із частотою прямування 1...2 Гц і за світловими сигналами індикаторів побудуйте графіки роботи лічильника.

Якщо в початковий момент усі тригери лічильника перебували в нульовому стані (можна встановити кнопковим вимикачем SB1 «Уст.0», подаючи на вхід R тригерів напруга низького рівня), то по спаду першого імпульсу (рис. 45,6) тригер DD1 переключиться в одиничний стан-на його прямому виході з'явиться високий рівень напруги (рис. 45, в). Другий імпульс переключить тригер DD1 у нульовий стан, а тригер DD2-B одиничний (рис. 45, г). По спаду третього імпульсу тригери DD1 і DD2 виявляться в одиничному стані, а тригер DD3 все ще буде в нульовому. Четвертий імпульс переключить перші два тригери в нульовий стан, а третій в одиничний (рис. 45, д). Восьмий імпульс переключить всі тригери на нульовий стан. По спаду дев'ятого вхідного імпульсу розпочнеться наступний цикл роботи трирозрядного лічильника імпульсів.

Вивчаючи графіки, неважко помітити, кожен старший розряд лічильника відрізняється від молодшого подвоєним числом імпульсів рахунки. Так, період імпульсів на виході першого тригера в 2 рази більше за період вхідних імпульсів, на виході другого тригера - в 4 рази, на виході третього тригера - в 8 разів. Говорячи мовою цифрової техніки, такий лічильник працює у ваговому коді 1-2-4. Тут під терміном "вага" мається на увазі обсяг інформації, прийнятої лічильником після встановлення його тригерів у нульовий стан. У пристроях та приладах цифрової техніки найбільшого поширення набули чотирирозрядні лічильники імпульсів, що працюють у ваговому коді 1-2-4-8. Дільники частоти вважають вхідні імпульси до деякого задається коефіцієнтом рахунку стану, а потім формують сигнал перемикання тригерів я нульовий стан, знову починають рахунок вхідних імпульсів до коефіцієнта рахунку, що задається і т. д.

Тут уже знайомий вам трирозрядний двійковий лічильник доповнений логічним елементом 2Й-НЕ DD4.1, який і задає коефіцієнт рахунку 5. Відбувається це так. При перших чотирьох вхідних імпульсах (після встановлення тригерів у нульовий стан кнопкою SB1 «Уст. 0») пристрій працює як звичайний лічильник імпульсів. При цьому одному або обох входах елемента DD4.1 діє низький рівень напруги, тому елемент знаходиться в одиничному стані.

За спадом п'ятого імпульсу на прямому виході першого і третього тригерів, а значить, і на обох входах елемента DD4.1 з'являється високий рівень напруги, що перемикає цей логічний елемент а нульовий стан. У цей момент на його виході формується короткий імпульс низького рівня, який через діод VD1 передається на вхід R всіх тригерів і перемикає їх у вихідний нульовий стан.

З цього моменту починається наступний цикл роботи лічильника. Резистор R1 і діод VD1, введені в цей лічильник, необхідні для того, щоб унеможливити замикання виходу елемента DD4.1 на загальний провід.

Дію такого дільника частоти можете перевірити, подаючи на вхід першого його тригера імпульси, що йдуть з частотою 1… 2 Гц, і підключивши до виходу тригера DD3 світловий індикатор.

На практиці функції лічильників імпульсів та дільників частоти виконують спеціально розроблені мікросхеми підвищеного ступеня інтеграції. У серії К155, наприклад, це лічильники К155ІЕ1, К155ІЕ2, К155ІЕ4 та ін.

У радіоаматорських розробках найбільш широко використовують мікросхеми К155ІЕ1 та К155ІЕ2. Умовні графічні позначення цих мікросхем-лічильників із нумерацією їх висновків показано на рис. 47.

Мікросхему К155ІЕ1 (рис. 47,а) називають декадним лічильником імпульсів, тобто лічильником з коефіцієнтом рахунку 10. Він містить чотири тригери, з'єднаних між собою послідовно. Вихід (виведення 5) мікросхеми - вихід її четвертого тригера. Встановлюють всі тригери в нульовий стан подачею напруги високого рівня одночасно на обидва входи R (висновки 1 і 2), об'єднані за схемою елемента (умовний символ «&»). Рахункові імпульси, які повинні мати низький рівень, можна подавати на з'єднані разом входи (висновки 8 і 9), також об'єднані по І. або на один з них, якщо в цей час на другому буде високий рівень напруги. При кожному десятому вхідному імпульсі на виході лічильник формує рівний за тривалістю вхідний імпульс низького рівня. Мікросхема К155ІЕ2 (рис.48, б)

Двійково-десятковий чотирирозрядний лічильник. У ньому також чотири тригери, але перший має окремі вхід С1 (висновок 14) і окремий прямий вихід (висновок 12). Три інших тригера з'єднані між собою так, що утворюють дільник на 5. При з'єднанні виходу першого тригера (висновок 12) з входом С2 (висновок 1) ланцюга інших тригерів мікросхема стає дільником на 10 (рис. 48 а), що працює в коді 1 -2-4-8, що символізують цифри біля виходів графічного позначення мікросхеми. Для встановлення тригерів лічильника в нульовий стан подають на обидва входи R0 (висновки 2 і 3) напруга високого рівня.

Два об'єднані входи R0 і чотири розділові виходи мікросхеми К155ІЕ2 дозволяють без додаткових елементів будувати дільники частоти з коефіцієнтами розподілу від 2 до 10. Так, наприклад, якщо з'єднати між собою висновки 12 і 1, 9 і 2, 8 н 3 (рис. 48, 6), то коефіцієнт рахунку буде 6, а при з'єднанні висновків 12 та 1, 11,. 2 і 3 (рис. 48,в) коефіцієнт рахунку стане 8. Ця особливість мікросхеми К155ІЕ2 дозволяє використовувати її як двійковий лічильник імпульсів, і як дільник частоти.

Цифровий лічильник імпульсів - це цифровий вузол, який здійснює рахунок імпульсів, що надходять на його вхід. Результат рахунка формується лічильником у заданому коді і може зберігатися потрібний час. Лічильники будуються на тригерах, причому кількість імпульсів, яке може підрахувати лічильник визначається з виразу N = 2 n – 1, де n – число тригерів, а мінус один, тому що в цифровій техніці за початок відліку приймається 0. Лічильники бувають підсумовують, коли рахунок йде збільшення, і віднімають – рахунок зменшення. Якщо лічильник може перемикатися у процесі роботи з підсумовування віднімання і навпаки, він називається реверсивним.

Як і тригери, лічильники зовсім необов'язково складати з логічних елементів вручну – сьогоднішня промисловість випускає найрізноманітніші лічильники вже зібрані у корпуси мікросхем. У цій статті я не зупинятимусь на кожній мікросхемі-лічильнику окремо (у цьому немає необхідності, та й часу займе занадто багато), а просто коротко розсаджу на що можна розраховувати, під час вирішення тих чи інших завдань цифрової схемотехніки. Тих же, кого цікавить конкретні типи мікросхем-лічильників, я можу відправити до свого далеко неповного довідникуза ТТЛ та КМОП мікросхем.

Отже, виходячи з отриманого у попередній розмові досвіду, ми з'ясували один із головних параметрів лічильника – розрядність. Для того щоб лічильник зміг рахувати до 16 (з урахуванням нуля – це теж число) нам знадобилося 4 розряди. Додавання кожного наступного розряду збільшуватиме можливості лічильника рівно вдвічі. Таким чином, п'ятирозрядний лічильник зможе рахувати до 32, шести - до 64. Для обчислювальної техніки оптимальною розрядністю є розрядність, кратна чотирьом. Це не є золотим правилом, але все ж таки більшість лічильників, дешифраторів, буферів і т.п. будуються чотирьох (до 16) чи восьмирозрядними (до 256).

Але оскільки цифрова схемотехніка не обмежується одними ЕОМ, нерідко потрібні лічильники з різним коефіцієнтом рахунки: 3, 10, 12, 6 тощо. Наприклад, для побудови схем лічильників хвилин нам знадобиться лічильник на 60, яке нескладно отримати, включивши послідовно лічильник на 10 і лічильник на 6. Може нам знадобитися і більша розрядність. Для цих випадків, наприклад, в КМОП серії є готовий 14-розрядний лічильник (К564ІЕ16), який складається з 14-ти D-тригерів, включених послідовно і кожен вихід крім 2 і 3-го виведений на окрему ніжку. Подавай на вхід імпульси, підраховуй та читай за необхідності показання лічильника у двійковому численні:

К564ІЕ16

Для полегшення побудови лічильників необхідної розрядності деякі мікросхеми можуть містити кілька окремих лічильників. Погляньмо на К155ІЕ2 – двійково-десятковий лічильник(російською – «лічильник до 10, що виводить інформацію в двійковому коді»):

Мікросхема містить 4 D-тригера, причому 1 тригер (однорозрядний лічильник – дільник на 2) зібраний окремо – має свій вхід (14) та свій вихід (12). Інші 3 тригера зібрані так, що ділять вхідну частоту на 5. Для них вхід - висновок 1, виходи 9, 8,11. Якщо нам потрібен лічильник до 10, то просто з'єднуємо висновки 1 і 12, подаємо рахункові імпульси на висновок 14, а з висновків 12, 9, 8, 11 знімаємо двійковий код, який збільшуватиметься до 10, після чого лічильники обнулиться і цикл повториться. Складовий лічильник К155ІЕ2 не є винятком. Аналогічний склад має і, наприклад, К155ІЕ4 (лічильник до 2+6) або К155ІЕ5 (лічильник до 2+8):

Практично всі лічильники мають входи примусового скидання «0», а деякі і входи установки на максимальне значення. Ну і насамкінець я просто зобов'язаний сказати, що деякі лічильники можуть вважати і туди і назад! Це звані реверсивні лічильники, які можуть перемикатися для рахунки як збільшення (+1), і зменшення (-1). Так уміє, наприклад, двійково-десятковий реверсивний лічильникК155ІЕ6:

При подачі імпульсів на вхід +1 лічильник рахуватиме вперед, імпульси на вході -1 зменшуватимуть показання лічильника. Якщо зі збільшенням показань лічильник переповниться (11 імпульс), перш ніж повернутися в нуль, він видасть на висновок 12 сигнал «перенесення», який можна подати на наступний лічильник для нарощування рівнорядності. Те ж призначення і у виводу 13, але на ньому імпульс з'явиться під час переходу рахунку через нуль при рахунку зворотному напрямку.

Зверніть увагу, що крім входів скидання мікросхема К155ІЕ6 має входи запису до неї довільного числа (висновки 15, 1, 10, 9). Для цього достатньо встановити на цих входах будь-яке число 0 - 10 у двійковому численні та подати імпульс запису на вхід С.

Конструкція виконана лише на одній мікросхемі К561ІЕ16. Так як, для його правильної роботи потрібен зовнішній генератор тактових імпульсів, то в нашому випадку ми замінимо його простим миготливим світлодіодом. Як тільки подамо напругу живлення на схему таймера, ємність С1 почне заряджатися через резистор R2 тому на виведенні 11 короткочасно з'явиться логічна одиниця, що скидає лічильник. Транзистор, під'єднаний до виходу лічильника, відкриється та ввімкне реле, яке через свої контакти підключить навантаження.

Тут використовується другий тригер мікросхеми К561ТМ2, який у першій схемі не задіяний. Він включається послідовно першому тригеру утворюючи дворозрядний двійковий лічильник, який відрізняється від типового тільки наявністю ланцюга затримки R3-C2 в першому тригерном ланці. Тепер стан виходів тригерів змінюватиметься відповідно до двійкового коду. При включенні живлення обидва тригери встановлюються в нульовий стан, щоб це відбувалося вхід R другого тригера з'єднаний з таким самим входом першого. Тепер ланцюг C1-R2 діє на обидва тригери, обнуляючи їх при подачі живлення. З першим натисканням кнопки в одиничний стан встановлюється тригер D1.1, -включається лампа Н1.

Перший з описуваних далі лічильників є генератором випадкового числа. Його можна використовувати для визначення черговості ходів у різних ігрових ситуаціях, як лототрон та ін. У генераторі використовуються інтегральні схеми серії К155. На елементах DD1.1 -DD1.4 інтегральної схеми К155ЛН1 зібрано генератор прямокутних імпульсів з робочою частотою кількох кілогерц.

При натисканні на тумблер SB1 замикаються контакти кнопки та імпульси з виходу генератора йдуть на вхід першого з 4 послідовно з'єднаних JK-тригерів. Їхні входи включені так, що JK-тригери по суті працюють у рахунковому режимі. Вхід кожного тригера з'єднаний з інверсним виходом попереднього, тому всі вони перемикаються з досить пристойною частотою, у відповідність до неї спалахують і світлодіоди HL1...HL4.

Цей процес триває доти, доки натиснута SB1. Але щойно її відпускають, як усі тригери опиняться у якомусь стійкому стані. При цьому горітимуть тільки ті світлодіоди, які приєднані до виходів тригерів, які опинаться в нульовому стані 0.

Кожному світлодіоду задається свій числовий еквівалент. Тому для визначення комбінації, що випала, необхідно підсумувати числові значення світильників, що горять.

Схема генератора випадкового числа настільки проста, що не вимагає ніякого налагодження і починає працювати відразу з подачею живлення. Замість JK-тригерів у конструкції можна застосувати двійковий лічильник К155ІЕ5.

Автомат має два ідентичні канали, кожен з яких містить тактовий генератор на елементах DD1.1 -DD1.4 (DD2.1 - DD2.4), чотирьох розрядний двійковий лічильник DD3, DD5 (DD4, DD6), схеми управління на DD8.1 DD8.2 (DD8.3, DD8.4), вузли індикації DD10.1 (DD10.2).

Об'єднує обидва канали модуль контролю (DD7), що реалізують формулу «Виключає АБО». Логіка роботи DD7 дуже проста: якщо на вхід елемента приходять два однакові логічні рівні, то на його виході формується рівень логічного 0, інакше 1.

У момент включення живлення та натискання на кнопку «Скидання» (SB1) тригери DD3...DD6 перемикаються в одиничний стан і світлодіоди гаснуть. Паралельно на виходах DD8.1 та DD8.3 формується логічна 1, що дозволяє запуск тактових генераторів. Імпульси з їх виходів, йдуть на тригери і провокують їхнє синхронне перемикання. Спалахують і відповідні світлодіоди. Швидкістю перемикання останніх можна керувати опорами R1 та R2, розташованими в пультах гравців.

Якщо граючий, вважаючи, що стани світлодіодів обох каналів є рівнозначними, натискає на кнопку SB2. Тоді на виході елемента DD8 формується логічний нуль, що замикає генератори та фіксує стан тригерів. Рівень одиниці формується на виході DD8.2 і блокує перемикання тригера на DD8.3, DD8.4 і дозволяючи роботу індикації. Завдяки цьому можна з'ясувати, хто з двох гравців швидше натисне кнопку.

Логічні рівні з інверсних виходів тригерів випливають на вузол контролю DD7.1 - DD7.4, де відбувається порівняння. Якщо вони рівнозначні, то виходах елементів вузла контролю утворюється рівень логічного нуля.

Інвертуючись DD9.1-DD9.4, він викликає виникнення високого рівня на виході схеми АБО (VD1-VD4). Таким чином, обидві одиниці одночасно будуть лише на вході DD10.1. На його виході формується логічний нуль і починає горіти світлодіод HL9, що фіксує перемогу гравця, який натиснув на кнопку SB2.

Якщо при натисканні SB2 логічні рівні були різними, то на виході схеми АБО формується рівень нуля. При цьому одиничний рівень надходить тільки на вхід DD10.2, і запалення відповідного світлодіода, що фіксує перемогу іншого гравця.

Аналогічно схема поводитиметься і якщо першою натиснути кнопку SB3. Час перемикання DD8.1 - DD8.4 досить низький, тому ймовірність збою майже виключена.

Схема має вузол автоматичного відключення живлення через півгодини, але за бажання його можна від'єднати і раніше, торкнувшись пальцем сенсора.

Для складання конструкції необхідно сім транзисторів і три ІМС: К155ЛАЗ і К155ІЕ8.

Приставка складається з вузла звукового сигналізатора на VT1, VT2 та DD1 - DD3 та вузла комутації живлення на VT3-VT7.

Схема звукового сигналізатора складається з тактовий генератор на DD1.1, DD1.2 та VT1. Він генерує прямокутні імпульси з частотою прямування близько 1 Гц.

Після включення живлення тактовий генератор починає посилати тактуючі імпульси, а імпульс скидання, що формується ланцюгом R4, С2, скидає лічильник і тригер, керуючий коефіцієнтом поділу.

Рівень логічної одиниці йде з шостого виходу тригера DD3.1 і блокує діод VD1, включаючи тональний генератор на DD1.4 і транзисторі VT2. Паралельно імпульси, йдуть на десятий вхід елемента DD1.4 з тактового генератора частотою один Гц, включаючи і відключаючи тональний генератор, що формує переривчастий звуковий сигнал.

Крім того, рівень логічної 1, що йде з виходу 6 тригера, задає коефіцієнт розподілу лічильника рівний шістнадцяти. Після надходження на вхід лічильника 17-го імпульсу на виході шість DD2 формується позитивний імпульс, що перемикає DD3.1 одиничний стан. З виходу 6 низький рівень цього тригера блокує роботу тонального генератора і встановлює коефіцієнт розподілу лічильника 64. Після приходу наступних імпульсів 64 на виході лічильника генерується позитивний імпульс, що перемикає тригер DD3.1 в нульовий стан. Вихідний сигнал тригера дозволяє роботу тонального генератора та встановлює коефіцієнт розподілу рівний шістнадцяти. Таким чином, приставка через кожні 64 секунди генерує уривчастий тональний звуковий сигнал тривалістю 16 секунд. У такому режимі приставка може працювати до вимкнення живлення.

Живлення схеми звукової сигналізації відбувається через «електронний вимикач» та пристрій автоматичної комутації живлення на транзисторах VT3-VT7. Крім того, цей модуль обмежує струм споживання приставки в черговому режимі на рівні мікроампер, що дозволяє не використовувати в конструкції механічний вимикач живлення.

Для включення приставки короткочасно замикаємо точки А і Б. При цьому на базу VT3 через опір R9 йде позитивний потенціал напруги і складений транзистор, утворений на VT4-VT5, відмикається, забезпечуючи струм дільника напруги на резисторах R10, R11. Падіння напруги на R10 і ділянці колектор - емітер VT5 відмикає складовий транзистор VT6-VT7.

Напруга живлення через VT7 проходить на вузол звукової сигналізації. Паралельно через R6, R7 та ділянку колектор - емітер VT3 заряджається ємність С4. За рахунок падіння напруги в ланцюзі заряду ємності складовий транзистор VT4-VT5 підтримується відкритим, забезпечуючи роботу складеного транзистора VT6-VT7.

У міру заряду ємності С4 потенціал у точці R6, VD2, С4, R7 падає і при певній величині складовий транзистор VT4-VT5 замикається, займає і закривається VT6-VT7, відключаючи ланцюг живлення звукової сигналізації.

Місткість С4 швидко розряджається і приставка переходить у режим сну. Час роботи визначається опором R6 і ємністю С4 і для зазначених номіналів час становить 30 хв. Можна вимкнути живлення та вручну, торкнувшись сенсорних контактів E1, Е2.

Негативний потенціал напруги через опір поверхні шкіри R8 потрапляє на базу транзистора VT3, відмикаючи його. Напруга на колекторі різко падає і замикає складовий транзистор VT4-VT5, який закриває VT6, VT7.

Лічильник на мікроконтролері досить простий для повторення та зібраний на популярному МК PIC16F628A з виведенням індикації на 4 семисегментні світлодіодні індикатори. Лічильник має два входи управління: +1 і -1, а також кнопку Reset. Управління схемою нового лічильника реалізовано таким чином, що як би довго чи коротко не була натиснута кнопка входу, рахунок продовжиться тільки при її відпусканні та черговому натисканні. Максимальна кількість імпульсів і відповідно показання АЛС - 9999. При керуванні на вході «-1» рахунок ведеться у зворотному порядку до значення 0000. Покази лічильника зберігаються в пам'яті контролера і при відключенні живлення, що збереже дані при випадкових перебоях напруги живлення мережі.

Принципова схема реверсивного лічильника на мікроконтролері PIC16F628A:

Скидання показань лічильника і одночасно стану пам'яті в 0 здійснюється кнопкою «Reset». Слід пам'ятати, що при першому включенні реверсивного лічильника на мікроконтролері на індикаторі АЛС може висвітитися непередбачувана інформація. Але при першому натисканні на будь-яку з кнопок інформація нормалізується. Де і як можна використовувати цю схему - залежить від конкретних потреб, наприклад, встановити в магазин або офіс для підрахунку відвідувачів або як індикатор намотувального верстата. Загалом думаю, що цей лічильник на мікроконтролері комусь принесе користь.

Якщо у когось під рукою не виявиться потрібного індикатора АЛС, а буде якийсь інший (або навіть 4 окремі індикатори), я готовий допомогти перемалювати друк і переробити прошивку. В архіві на форумі схема, плата та прошивки під індикатори із загальним анодом та загальним катодом. Друкована плата показана на малюнку нижче:

Є також нова версія прошивки для лічильника на мікроконтролер PIC16F628A. при цьому схема і плата лічильника залишилися колишніми, але змінилося призначення кнопок: кнопка 1 - вхід імпульсів (наприклад, від геркона), 2 кнопка включає рахунок на віднімання вхідних імпульсів, при цьому на індикаторі світиться ліва точка, 3 кнопка - додавання імпульс світиться найправіша точка. Кнопка 4 – скидання. У такому варіанті схему лічильника на мікроконтролері можна легко застосувати на верстаті намотування. Тільки перед намотуванням або відмотуванням витків потрібно спочатку натиснути кнопку "+" або "-". Живиться лічильник від стабілізованого джерела напругою 5В та струмом 50мА. За потреби можна живити від батарейок. Корпус залежить від ваших уподобань і можливостей. Схему надав - Samopalkin