Logické čipy. Část 6

V předchozí části článku byly považovány za nejjednodušší zařízení na logických prvcích 2I-NOT. Jedná se o samoscilující multivibrátor a jednorázový. Podívejme se, co lze na jejich základě vytvořit.

Každé z těchto zařízení lze použít v různých provedeních jako hlavní oscilátory a impulzní formovače požadované délky. Vzhledem k tomu, že tento článek je pouze orientační a ne popis konkrétního složitého obvodu, omezujeme se na několik jednoduchých zařízení využívajících výše uvedená schémata.

Jednoduché multivibrační obvody

Multivibrátor je poměrně všestranné zařízení, takže jeho použití je velmi rozmanité. Ve čtvrté části článku byl uveden multivibrátorový obvod založený na třech logických prvcích. Abychom tuto část nehledali, je obvod opět zobrazen na obrázku 1.

Frekvence oscilace při jmenovitých hodnotách uvedených na obrázku bude asi 1 Hz. Doplněním takového multivibrátoru o LED indikátor získáte jednoduchý generátor světelných impulsů. Pokud je tranzistor odebrán dostatečně výkonný, například KT972, je docela možné vyrobit malý věnec pro malý vánoční stromeček. Připojením telefonní kapsle DEM-4m místo LED dioda můžete při přepínání multivibrátoru slyšet kliknutí. Takové zařízení lze použít jako metronom, když se učíme hrát na hudební nástroje.

Obrázek 1. Multivibrátor se třemi prvky.

Na základě multivibrátoru je velmi snadné vyrobit generátor zvukové frekvence. K tomu je nutné, aby kondenzátor byl 1 μF a jako odpor R1 byl použit proměnný odpor 1,5 ... 2,2 KΩ. Takový generátor samozřejmě neblokuje celý zvukový rozsah, ale v určitých mezích lze kmitočet kmitání změnit. Pokud potřebujete generátor s větším frekvenčním rozsahem, lze to provést změnou kapacity kondenzátoru pomocí přepínače.

Přerušovaný generátor zvuku

Jako příklad použití multivibrátoru můžeme vyvolat obvod, který vysílá přerušovaný zvukový signál. K jeho vytvoření budete již potřebovat dva multivibrátory. V tomto schématu multivibrátory na dvou logických prvcích, které vám umožňují sestavit takový generátor na pouze jeden čip. Jeho obvod je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2. Generátor přerušovaného pípnutí.

Generátor na prvcích DD1.3 a DD1.4 generuje kmitočty zvukové frekvence, které jsou reprodukovány telefonní kapslí DEM-4m. Místo toho můžete použít jakýkoli s odporem vinutí asi 600 ohmů. S hodnotami C2 a R2 uvedenými na obrázku je frekvence zvukových vibrací asi 1 000 Hz. Zvuk však bude slyšet pouze v době, kdy na výstupu 6 multivibrátoru na prvcích DD1.1 a DD1.2 bude vysoká úroveň, která umožní multivibrátoru pracovat na prvcích DD1.3, DD1.4. V případě, že je zastaven výstup nízké úrovně prvního multivibrátoru druhého multivibrátoru, není v telefonní kapsli slyšet žádný zvuk.

Pro kontrolu činnosti zvukového generátoru může být 10. výstup prvku DD1.3 odpojen od výstupu 6 z DD1.2. V tomto případě by měl znít nepřetržitý zvukový signál (nezapomeňte, že pokud vstup logického prvku není nikde připojen, pak je jeho stav považován za vysokou úroveň).

Pokud je 10. kolík spojen s běžným drátem, například s propojkou, zvuk v telefonu se zastaví. (Totéž lze provést bez přerušení připojení desátého výstupu). Tato zkušenost naznačuje, že zvukový signál je slyšet pouze tehdy, když je výstup 6 prvku DD1.2 vysoký. První multivibrátor tak hodiny druhého. Podobné schéma lze použít například u poplašných zařízení.

Obecně je propojka vodičů připojená ke společnému drátu široce používána při studiu a opravách digitálních obvodů jako signál nízké úrovně. Dá se říci, že se jedná o klasiku žánru. Obavy z použití takové metody „pálení“ jsou naprosto zbytečné. Kromě toho lze „vysadit“ nejen „vstupy“, ale také výstupy digitálních mikroobvodů jakékoli série. To odpovídá otevřenému výstupnímu tranzistoru nebo logické nulové úrovni, nízké úrovni.

Na rozdíl od toho, co již bylo řečeno, JE PLNĚ NESPOVOLNÉ PŘIPOJIT MIKROKIRUKY k + 5V CIRCUIT: pokud je výstupní tranzistor v tomto okamžiku otevřený (veškeré napětí napájecího zdroje bude přivedeno na sekci kolektor - emitor otevřeného výstupního tranzistoru), mikrocirkulace selže. Vzhledem k tomu, že všechny digitální obvody nestojí, ale stále něco dělají, pracují v impulzním režimu, nebude muset výstupní tranzistor čekat na otevřený stav.

Sonda pro opravu rádiového zařízení

Pomocí logických prvků 2I-NOT můžete vytvořit jednoduchý generátor pro ladění a opravy rádií. Na jeho výstupu je možné získat oscilace zvukové frekvence (RF) a vysokofrekvenční (RF) oscilace modulované RF. Obvod generátoru je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Generátor pro kontrolu přijímačů.

Na prvcích DD1.3 a DD1.4 je smontován již známý multivibrátor. S jeho pomocí se generují oscilace zvukové frekvence, které se používají prostřednictvím měniče DD2.2 a kondenzátoru C5 přes konektor XA1 k testování nízkofrekvenčního zesilovače.

Vysokofrekvenční oscilační generátor je vytvořen na prvcích DD1.1 a DD1.2. Toto je také známý multivibrátor, teprve zde se objevil nový prvek - induktor L1 zapojený do série s kondenzátory C1 a C2. Frekvence tohoto generátoru je určována hlavně parametry cívky L1 a může být do malé míry upravena kondenzátorem C1.

Na prvku DD2.1 byl sestaven směšovač rádiového kmitočtu, který je přiváděn na vstup 1 a na vstup 2 je aplikována frekvence zvukového rozsahu. Zvuková frekvence zde blokuje rádiovou frekvenci přesně stejným způsobem jako v přerušovaném obvodu zvukových signálů na obrázku 2: vysokofrekvenční napětí na svorce 3 prvku DD2.1 se objeví v okamžiku, kdy je výstupní úroveň 11 prvku DD1.4 vysoká.

Pro získání rádiové frekvence v rozsahu 3 ... 7 MHz může být cívka L1 navinuta na rám o průměru 8 mm. Uvnitř cívky vložte část tyče z magnetické antény vyrobené z feritu třídy F600NM. Cívka L1 obsahuje 50 ... 60 závitů drátu PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Konstrukce sondy je libovolná.

Pro napájení je lepší použít generátor sond stabilizovaný zdroj napětíale můžete galvanická baterie.

Aplikace jediného vibrátoru

Jako nejjednodušší aplikace jediného vibrátoru lze zavolat zařízení pro světelnou signalizaci. Na jeho základě můžete vytvořit cíl pro střelbu tenisových míčků. Obvod zařízení pro světelnou signalizaci je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4. Světelné signalizační zařízení.

Samotný terč může být poměrně velký (karton nebo překližka) a jeho „jablko“ je kovová deska o průměru asi 80 mm. Ve schématu zapojení je to kontakt SF1. Při nárazu do středu terče se kontakty velmi krátce uzavřou, takže blikání žárovky nemusí být patrné. Aby se předešlo takové situaci, používá se v tomto případě jednorázový výstřel: z krátkého startovacího impulzu zhasne žárovka alespoň na sekundu. V tomto případě je spouštěcí impuls prodloužen.

Pokud nechcete, aby lampa zhasla, když zasáhla, ale aby spíše blikala, měli byste použít tranzistor KT814 v obvodu indikátoru výměnou výstupů kolektoru a emitoru. S tímto připojením můžete vynechat rezistor v základním obvodu tranzistoru.

Jako generátor s jedním impulzem se často používá jednorázový snímek při opravě digitální technologie k testování výkonu jednotlivých mikroobvodů i celých kaskád.O tom bude diskutováno později. Ani jediný přepínač, nebo jak se nazývá analogový měřič frekvence, se neobejde bez jediného vibrátoru.

Jednoduchý měřič frekvence

Na čtyřech logických prvcích čipu K155LA3 můžete sestavit jednoduchý měřič frekvence, který vám umožní měřit signály s frekvencí 20 ... 20 000 Hz. Aby bylo možné měřit frekvenci signálu jakéhokoli tvaru, například sinusoidu, musí být převeden na obdélníkové impulsy. Tato transformace se obvykle provádí pomocí Schmittova spouště. Pokud to mohu říci, převádí „pulzy“ sinusové vlny s jemnými frontami na obdélníky se strmými frontami a svahy. Spouštěč Schmitt má spouštěcí práh. Pokud je vstupní signál pod touto prahovou hodnotou, na výstupu spouště nebude žádná pulzní sekvence.

Znalost práce s Schmittovým triggerem může začít jednoduchým experimentem. Schéma jeho držení je znázorněna na obrázku 5.

Obrázek 5. Schmittův trigger a grafy jeho práce.

Pro simulaci vstupního sinusového signálu se používají galvanické baterie GB1 a GB2: posunutím posuvníku variabilního rezistoru R1 do horní polohy v obvodu simuluje pozitivní půlvlnu sinusoidu a pokles dolů negativně.

Experiment by měl začít tím, že otáčením motoru variabilního rezistoru R1 na něj nastavíme nulové napětí a přirozeně jej ovládáme voltmetrem. V této poloze je výstup prvku DD1.1 jediný stav, vysoká úroveň a výstup prvku DD1.2 je logická nula. Toto je počáteční stav v nepřítomnosti signálu.

Připojte voltmetr k výstupu prvku DD1.2. Jak bylo napsáno výše, na výstupu uvidíme nízkou úroveň. Pokud nyní stačí podle schématu dostatečně pomalu otočit posuvník variabilního rezistoru a poté dolů na doraz a zpět na výstupu DD1.2, zařízení zobrazí prvek přepínání z nízké na vysokou úroveň a naopak. Jinými slovy, výstup DD1.2 obsahuje obdélníkové impulsy s kladnou polaritou.

Činnost takového Schmittova spouště je znázorněna grafem na obrázku 5b. Sinusová vlna na vstupu Schmittova spouště se získá otáčením variabilního rezistoru. Jeho amplituda je až 3V.

Dokud napětí pozitivní půlvlny nepřesáhne práh (Uпор1), logická nula (počáteční stav) je uložena na výstupu zařízení. Když se vstupní napětí zvyšuje otáčením variabilního odporu v čase ti, vstupní napětí dosáhne prahového napětí (přibližně 1,7 V).

Oba prvky se přepnou do opačného výchozího stavu: na výstupu zařízení (prvek DD1.2) bude vysoké napětí. Další zvýšení vstupního napětí až do hodnoty amplitudy (3V) nevede ke změně výstupního stavu zařízení.

Nyní otočme variabilní rezistor opačným směrem. Zařízení se přepne do počátečního stavu, jakmile vstupní napětí klesne do druhého, dolního prahového napětí Uпор2, jak je znázorněno na grafu. Výstup zařízení je tedy opět nastaven na logickou nulu.

Charakteristickým rysem spouštěcího mechanismu Schmitt je přítomnost těchto dvou prahových úrovní. Způsobili hysterezi Schmittovy spouště. Šířka hysterezní smyčky je dána výběrem rezistoru R3, i když ne ve velmi velkých mezích.

Další rotace variabilního rezistoru po obvodu vytváří zápornou půlvlnu sinusové vlny na vstupu zařízení. Vstupní diody instalované uvnitř mikroobvodu však zkracují zápornou půlvlnu vstupního signálu na společný vodič. Záporný signál proto neovlivňuje činnost zařízení.

Obrázek 6. Obvod měřiče frekvence.

Obrázek 6 ukazuje schéma jednoduchého měřiče frekvence vytvořeného pouze na jednom čipu K155LA3. Na prvcích DD1.1 a DD1.2 je sestavena Schmittova spoušť, se zařízením a operací, které jsme právě potkali. Zbývající dva prvky mikroobvodu se používají ke konstrukci měřícího pulzního shaperu.Skutečnost je taková, že doba trvání obdélníkových pulzů na výstupu Schmittova spouště závisí na frekvenci měřeného signálu. V této podobě se bude měřit cokoli, ale ne frekvence.

K Schmittovým spouštěčům, které jsme již věděli, bylo přidáno několik dalších prvků. Na vstupu je nainstalován kondenzátor C1. Jeho úkolem je přeskočit kmitání zvukové frekvence na vstupu měřiče frekvence, protože měřič frekvence je navržen pro práci v tomto rozsahu a blokovat průchod konstantní složky signálu.

Dioda VD1 je navržena tak, aby omezila úroveň kladné půlvlny na úroveň napětí zdroje energie a VD2 přerušuje záporné půlvlny vstupního signálu. V zásadě se vnitřní úkol dioda mikroobvodu může s tímto úkolem docela vyrovnat, takže VD2 nelze nainstalovat. Proto je vstupní napětí takového měřiče kmitočtu v rozmezí 3 ... 8 V. Pro zvýšení citlivosti zařízení lze na vstup nainstalovat zesilovač.

Impulzy kladné polarity generované ze vstupního signálu Schmittovým triggerem jsou přiváděny na vstup měřicího pulzního shaperu vytvořeného na prvcích DD1.3 a DD1.4.

Když se na vstupu prvku DD1.3 objeví nízké napětí, přepne se do jednoty. Proto bude skrz něj a rezistor R4 nabit jeden z kondenzátorů C2 ... C4. V tomto případě se napětí na spodním vstupu prvku DD1.4 zvýší a nakonec dosáhne vysoké úrovně. Navzdory tomu však prvek DD1.4 zůstává ve stavu logické jednotky, protože stále existuje logická nula z výstupu Schmittova spouště na jeho horním vstupu (výstup DD1.2 6). Proto přes měřící zařízení PA1 protéká velmi nevýznamný proud, šipka zařízení se prakticky neodchyluje.

Vzhled logické jednotky na výstupu Schmittova triggeru přepne prvek DD1.4 do stavu logické nuly. Proto proudem omezeným odporem rezistorů R5 ... R7 protéká ukazovací zařízení PA1.

Stejná jednotka na výstupu spouštěče Schmitt přepne prvek DD1.3 do nulového stavu. V tomto případě se kondenzátor shaper začne vybíjet. Snížení napětí na něm povede ke skutečnosti, že prvek DD1.4 je opět nastaven do stavu logické jednotky, čímž se ukončí vytváření nízkoúrovňového pulsu. Poloha měřicího impulsu vzhledem k měřenému signálu je znázorněna na obrázku 5d.

Pro každý měřicí limit je doba trvání měřicího impulsu v celém rozsahu konstantní, a proto úhel odchylky šipky mikrosaměru závisí pouze na opakovací frekvenci tohoto samotného měřicího impulsu.

Pro různé frekvence je doba trvání měřicího impulzu různá. U vyšších kmitočtů by měl být měřicí impuls krátký a pro nízké kmitočty trochu velký. K zajištění měření v celém rozsahu zvukových frekvencí se proto používají tři kondenzátory času ... C2 ... C4. S kondenzátorem 0,2 μF se měří frekvence 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz a s kapacitou 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Kalibrace měřiče kmitočtu se nejsnadněji provádí pomocí zvukového generátoru, počínaje od nejnižšího kmitočtového rozsahu. Chcete-li to provést, přiveďte na vstup signál o frekvenci 20 Hz a na stupnici označte polohu šipky.

Poté přiveďte signál s frekvencí 200 Hz a otočte rezistorem R5, abyste nastavili šipku na poslední dělení stupnice. Při napájení kmitočtů 30, 40, 50 ... 190 Hz vyznačte na stupnici polohu šipky. Podobně se ladění provádí ve zbývajících rozsazích. Je možné, že bude zapotřebí přesnější výběr kondenzátorů C3 a C4, takže začátek stupnice se bude shodovat se značkou 200 Hz v prvním rozsahu.

Pokud jde o popisy těchto jednoduchých konstrukcí, dovolte mi dokončit tuto část článku. V další části se budeme bavit o spouštěčích a čítačích založených na nich. Bez tohoto by byl příběh o logických obvodech neúplný.

Boris Aladyshkin

Pokračování článku: Logické čipy. Část 7. Spouštěče. RS - spoušť

E-kniha -Průvodce pro mikrokontroléry AVR pro začátečníky