Logiske chips. Del 6

den tidligere dele af artiklen blev betragtet som de enkleste enheder på de logiske elementer 2I-NOT. Dette er en selvoscillerende multivibrator og one-shot. Lad os se, hvad der kan oprettes på deres basis.

Hver af disse enheder kan bruges i forskellige udformninger som masteroscillatorer og pulsudformere af den krævede varighed. I betragtning af det faktum, at artiklen kun er til vejledning og ikke til en beskrivelse af et specifikt komplekst kredsløb, begrænser vi os til et par enkle enheder ved hjælp af ovenstående skemaer.

Enkle multivibrator kredsløb

En multivibrator er en temmelig alsidig enhed, så dens anvendelse er meget forskelligartet. I den fjerde del af artiklen blev der vist et multivibratorkredsløb baseret på tre logiske elementer. For ikke at kigge efter denne del, vises kredsløbet igen i figur 1.

Svingningsfrekvensen ved de klassificeringer, der er angivet på diagrammet, vil være ca. 1 Hz. Ved at supplere en sådan multivibrator med en LED-indikator kan du få en simpel lyspulsgenerator. Hvis transistoren tages tilstrækkelig kraftig, for eksempel KT972, er det meget muligt at fremstille en lille krans til et lille juletræ. Ved at tilslutte DEM-4m-telefonkapsel i stedet for LED, kan du høre klik, når du skifter multivibrator. En sådan enhed kan bruges som en metronom, når man lærer at spille musikinstrumenter.

Figur 1. Multivibrator med tre elementer.

Baseret på en multivibrator er det meget simpelt at fremstille en lydfrekvensgenerator. For at gøre dette er det nødvendigt, at kondensatoren er 1 μF og bruger en variabel modstand på 1,5 ... 2,2 KΩ som modstand R1. En sådan generator blokerer naturligvis ikke hele lydområdet, men inden for visse grænser kan svingningsfrekvensen ændres. Hvis du har brug for en generator med et bredere frekvensområde, kan dette gøres ved at ændre kondensatorens kapacitet ved hjælp af en switch.

Intermitterende lydgenerator

Som et eksempel på brug af en multivibrator kan vi huske et kredsløb, der udsender et intermitterende lydsignal. For at oprette det skal du allerede have to multivibratorer. I dette skema multivibratorer på to logiske elementer, som giver dig mulighed for at samle en sådan generator på kun en chip. Dets kredsløb er vist i figur 2.

Figur 2. Intermitterende bip-generator.

Generatoren på elementerne DD1.3 og DD1.4 genererer lydfrekvensoscillationer, der er gengivet med DEM-4m-telefonkapsel. I stedet kan du bruge en hvilken som helst med en viklingsmodstand på ca. 600 ohm. Med klassificeringerne C2 og R2 angivet på diagrammet er frekvensen af ​​lydvibrationer ca. 1000 Hz. Men lyden vil kun blive hørt på det tidspunkt, hvor der i output 6 fra multivibratoren på elementerne DD1.1 og DD1.2 er et højt niveau, der giver multivibratoren mulighed for at arbejde på elementerne DD1.3, DD1.4. I tilfælde af, at output fra den første multivibrator-lave niveau for den anden multivibrator er stoppet, er der ingen lyd i telefonkapslen.

For at kontrollere lydgeneratorens funktion kan 10. udgang fra DD1.3-elementet kobles fra udgangen 6 i DD1.2. I dette tilfælde skal et kontinuerligt lydsignal lyde (glem ikke, at hvis indgangen til det logiske element ikke er forbundet overalt, betragtes dens tilstand som et højt niveau).

Hvis den 10. pin er tilsluttet en fælles ledning, for eksempel en wirejumper, stopper lyden i telefonen. (Det samme kan gøres uden at bryde forbindelsen til det tiende output). Denne oplevelse antyder, at lydsignalet kun høres, når output 6 fra DD1.2-elementet er højt. Den første multivibrator klokker således den anden. Et lignende skema kan f.eks. Anvendes på alarmenheder.

Generelt bruges en trådhopper, der er forbundet til en fælles ledning, i vid udstrækning til undersøgelse og reparation af digitale kredsløb som et signal på lavt niveau. Vi kan sige, at dette er en klassiker af genren. Frygt for at bruge en sådan "brændingsmetode" er helt forgæves. Desuden kan ikke kun input, men også output fra digitale mikrokredsløb i enhver serie "plantes" på "jorden". Dette svarer til en åben udgangstransistor eller et logisk nulniveau, lavt niveau.

I modsætning til hvad der netop er blevet sagt, er det helt umuligt at tilslutte mikrokredsløbene til + 5V-kredsløbet: Hvis udgangstransistoren er åben på dette tidspunkt (al spænding i strømforsyningen tilføres kollektor-emitter-sektionen i den åbne udgangstransistor), vil mikrokredsløbet mislykkes. I betragtning af at alle digitale kredsløb ikke står stille, men gør noget hele tiden, arbejder i en pulseret tilstand, er udgangstransistoren ikke nødt til at åbne i lang tid.

En sonde til reparation af radioudstyr

Ved hjælp af de logiske elementer 2I-NOT kan du oprette en simpel generator til indstilling og reparation af radioer. Ved dens output er det muligt at opnå svingninger af lydfrekvensen (RF) og radiofrekvensvinklerne (RF), der er moduleret af RF. Generatorkredsløbet er vist i figur 3.

Figur 3. Generator til kontrol af modtagere.

På elementerne DD1.3 og DD1.4 er en multivibrator, vi allerede kender, samlet. Med sin hjælp genereres svingninger af lydfrekvensen, som bruges gennem inverteren DD2.2 og kondensator C5 gennem stik XA1 til at teste lavfrekvensforstærkeren.

Højfrekvensoscillationsgeneratoren er lavet på elementerne DD1.1 og DD1.2. Dette er også en velkendt multivibrator, kun her dukkede et nyt element op - spole L1 forbundet i serie med kondensatorer C1 og C2. frekvensen af ​​denne generator bestemmes hovedsageligt af parametrene for spolen L1 og kan i lille grad justeres af kondensator Cl.

På elementet DD2.1 samles en radiofrekvensmikser, der føres til input 1, og til input 2 anvendes frekvensen for lydområdet. Her blokerer lydfrekvensen for radiofrekvensen nøjagtigt på samme måde som i det intermitterende lydsignalkredsløb i figur 2: radiofrekvensspændingen ved terminal 3 i DD2.1-elementet vises på det tidspunkt, hvor udgangsniveauet 11 for DD1.4-elementet er høj.

For at opnå en radiofrekvens i området 3 ... 7 MHz kan L1-spolen vikles på en ramme med en diameter på 8 mm. Inden i spiralen skal du indsætte et stykke af stangen fra en magnetisk antenne lavet af ferrit kvalitet F600NM. Spiral L1 indeholder 50 ... 60 omdrejninger af ledning PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Probenes design er vilkårlig.

Det er bedre at bruge en sonde-generator til at tænde stabiliseret spændingskildemen du kan galvanisk batteri.

Enkelt vibrator applikation

Som den enkleste anvendelse af en enkelt vibrator kan der kaldes en lyssignalanordning. På grundlag heraf kan du oprette et mål for at skyde tennisbolde. Kredsløbet for lyssignalindretningen er vist i figur 4.

Figur 4. Lys signalanordning.

Selve målet kan være ret stort (pap eller krydsfiner), og dets "æble" er en metalplade med en diameter på ca. 80 mm. I kredsløbsdiagrammet er dette kontakt SF1. Når det rammer i midten af ​​målet, lukker kontakterne meget kort, så det blinker muligvis ikke pærenes blink. For at forhindre en sådan situation bruges i dette tilfælde et enkelt skud: fra en kort startpuls slukker pæren i mindst et sekund. I dette tilfælde er triggerpulsen langstrakt.

Hvis du ønsker, at lampen ikke skal slukke, når den rammer, men snarere skal blinke, skal du bruge en KT814-transistor i indikatorkredsløbet ved at udskifte samler- og emitterudgange. Med denne forbindelse kan du udelade modstanden i transistorns basiskredsløb.

Som en enkeltpulsgenerator bruges ofte et enkeltbillede til reparation af digital teknologi til at teste ydeevnen for både individuelle mikrokredsløb og hele kaskader.Dette vil blive diskuteret senere. Ikke en enkelt switch eller som det kaldes en analog frekvensmåler kan klare sig uden en enkelt vibrator.

Enkel frekvensmåler

På de fire logiske elementer i K155LA3-chippen kan du samle en simpel frekvensmåler, der giver dig mulighed for at måle signaler med en frekvens på 20 ... 20.000 Hz. For at være i stand til at måle frekvensen af ​​et signal af enhver form, for eksempel en sinus, skal det konverteres til rektangulære pulser. Denne transformation udføres typisk ved hjælp af en Schmitt-trigger. Hvis jeg måske kan sige det, konverterer han sinusbølgenes “impulser” med blide fronter til rektangler med stejle fronter og recessioner. Schmitt-trigger har en triggergrænse. Hvis indgangssignalet er under denne tærskel, vil der ikke være nogen pulssekvens ved udgangen af ​​udløseren.

Fortrolighed med Schmitt-triggerens arbejde kan begynde med et simpelt eksperiment. Skemaet for dens bedrift er vist i figur 5.

Figur 5. Schmitt-trigger og grafer over sit arbejde.

For at simulere det sinusformede indgangssignal bruges galvaniske batterier GB1 og GB2: at flytte den variable modstand R1-skyderen til den øverste position i kredsløbet simulerer en positiv halvbølge af sinusbølgen og bevæge sig negativt ned.

Eksperimentet skulle begynde med det faktum, at ved at dreje motoren med den variable modstand R1, skal du indstille nulspænding på den, naturligt kontrollere den med et voltmeter. I denne position er output fra elementet DD1.1 en enkelt tilstand, et højt niveau, og output fra elementet DD1.2 er logisk nul. Dette er den oprindelige tilstand i fravær af et signal.

Tilslut et voltmeter til udgangen fra DD1.2-elementet. Som det blev skrevet ovenfor, vil vi ved udgangen se et lavt niveau. Hvis det nu er nok at langsomt dreje den variable modstandsskyder helt op i henhold til skemaet, og derefter ned helt til stop og tilbage ved udgangen DD1.2, viser enheden elementet, der skifter fra lavt til højt niveau og vice versa. Med andre ord indeholder output DD1.2 rektangulære pulser med positiv polaritet.

Funktionen af ​​en sådan Schmitt-trigger er illustreret ved grafen i figur 5b. En sinusbølge ved indgangen til en Schmitt-trigger opnås ved at dreje en variabel modstand. Dets amplitude er op til 3V.

Så længe den positive halvbølgs spænding ikke overskrider tærsklen (Uпор1), lagres en logisk nul (starttilstand) ved enhedens udgang. Når indgangsspændingen stiger ved at dreje den variable modstand på tidspunktet t1, når indgangsspændingen tærskelspændingen (ca. 1,7 V).

Begge elementer skifter til den modsatte starttilstand: ved enhedens udgang (element DD1.2) vil der være en højniveauspænding. En yderligere stigning i indgangsspændingen, op til amplitudeværdien (3V), fører ikke til en ændring i enhedens udgangstilstand.

Lad os nu dreje den variable modstand i den modsatte retning. Enheden skifter til den oprindelige tilstand, når indgangsspændingen falder til den anden, nedre tærskelspænding Uпор2, som vist på grafen. Således er enhedens output igen indstillet til logisk nul.

Et særpræg ved Schmitt-triggeren er tilstedeværelsen af ​​disse to tærskelniveauer. De forårsagede hysteresen af ​​Schmitt-triggeren. Bredden af ​​hysteresesløjfen indstilles ved valg af modstand R3, skønt ikke i meget store grænser.

Yderligere rotation af den variable modstand ned ad kredsløbet danner en negativ halvbølge af en sinusbølge ved indgangen til enheden. Imidlertid kortes indgangsdioderne, der er installeret inde i mikrokredsløbet, ganske enkelt den negative halvbølge af indgangssignalet til en fælles ledning. Derfor påvirker det negative signal ikke driften af ​​enheden.

Figur 6. Frekvensmåler kredsløb.

Figur 6 viser et diagram over en simpel frekvensmåler lavet på kun en K155LA3-chip. På elementerne DD1.1 og DD1.2 er en Schmitt-trigger samlet, med enheden og den funktion, vi netop mødtes på. De resterende to elementer i mikrokredsløbet bruges til at konstruere måleimpulsformeren.Faktum er, at varigheden af ​​de rektangulære impulser ved udgangen fra Schmitt-triggeren afhænger af frekvensen af ​​det målte signal. I denne form måles alt, men ikke hyppigheden.

Til Schmitt-udløseren, som vi allerede vidste, blev der tilføjet et par flere elementer. Ved indgangen er kondensator C1 installeret. Dens opgave er at springe svingninger over lydfrekvens ved indgangen til frekvensmåleren, fordi frekvensmåleren er designet til at arbejde i dette interval, og for at blokere passagen for signalets konstante komponent.

Dioden VD1 er designet til at begrænse niveauet af den positive halvbølge til spændingsniveauet for strømkilden, og VD2 skærer de negative halvbølger af indgangssignalet. I princippet kan den indre beskyttelsesdiode i mikrokredsløbet ganske klare denne opgave, så VD2 kan ikke installeres. Derfor er en sådan frekvensmåls indgangsspænding inden for 3 ... 8 V. For at øge enhedens følsomhed kan en forstærker installeres ved indgangen.

Pulser med positiv polaritet, der genereres fra indgangssignalet af en Schmitt-trigger, føres til indgangen til måleimpulsformeren lavet på elementerne DD1.3 og DD1.4.

Når lavspænding vises ved indgangen til elementet DD1.3, skifter den til enhed. Derfor lades en af ​​kondensatorerne C2 ... C4 gennem modstanden og modstanden R4. I dette tilfælde vil spændingen ved den nedre indgang af DD1.4-elementet stige og til sidst nå et højt niveau. På trods af dette forbliver elementet DD1.4 i tilstanden af ​​en logisk enhed, da der stadig er en logisk nul fra udgangen fra Schmitt-udløseren på dens øvre indgang (DD1.2-udgang 6). Derfor strømmer en meget ubetydelig strøm gennem måleindretningen PA1, enhedens pil afviger praktisk talt ikke.

Udseendet af en logisk enhed ved udgangen fra Schmitt-triggeren skifter elementet DD1.4 til tilstanden for logisk nul. Derfor strømmer en strøm, der er begrænset af modstanden fra modstande R5 ... R7 gennem pegerindretningen PA1.

Den samme enhed ved udgangen fra Schmitt-triggeren skifter DD1.3-elementet til nultilstand. I dette tilfælde begynder kondensatoren på formeren at udledes. Reduktion af spændingen på det vil føre til det faktum, at elementet DD1.4 igen er indstillet til tilstanden for en logisk enhed, hvorved dannelsen af ​​en lavniveaupuls afsluttes. Målepulsens position i forhold til det målte signal er vist i figur 5d.

For hver målegrænse er målepulsens varighed konstant over hele intervallet, derfor afhænger afvigelsesvinklen for pilen til mikroammeteret kun af gentagelsesgraden for denne målepuls selv.

For forskellige frekvenser er målepulsens varighed forskellig. For højere frekvenser skal målepulsen være kort, og for lave frekvenser en smule stor. Derfor anvendes tre tidsindstillende kondensatorer C2 ... C4 til at sikre målinger i hele lydfrekvensområdet. Med en kondensator på 0,2 μF måles frekvenser på 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz og med en kapacitans på 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Kalibreringen af ​​frekvensmåleren udføres lettere ved hjælp af en lydgenerator, startende fra det laveste frekvensområde. For at gøre dette skal du anvende et signal med en frekvens på 20 Hz på indgangen og markere pilens placering på skalaen.

Anvend derefter et signal med en frekvens på 200 Hz, og drej modstanden R5 for at indstille pilen til den sidste deling af skalaen. Når du leverer frekvenser på 30, 40, 50 ... 190 Hz, skal du markere pilens position på skalaen. Tilsvarende udføres tuning i de resterende intervaller. Det er muligt, at et mere nøjagtigt valg af kondensatorer C3 og C4 er nødvendigt, så begyndelsen af ​​skalaen falder sammen med 200 Hz-mærket i det første interval.

På beskrivelserne af disse enkle konstruktioner, lad mig afslutte denne del af artiklen. I den næste del vil vi tale om triggere og tællere baseret på dem. Uden dette ville historien om logiske kredsløb være ufuldstændig.

Boris Aladyshkin

Fortsættelse af artiklen: Logiske chips. Del 7. Udløsere. RS - trigger

E-bog -Begyndervejledning til AVR-mikrokontrollere