Каталог радиолюбительских схем
Наиболее часто для этого используют счетчики, хотя можно разделить частоту с помощью ждущего мультивибратора, ограничив число проходящих на выход импульсов. Пример такой схемы показан на рис. 1.60.
Рис. 1.60 Делитель частоты с использованием ждущего мультивибратора
Как только импульс входной частоты поступает на выход 5, ждущий мультивибратор D1.1, D1.3 запирает элемент D1.2 на время, определяемое резистором R1. Когда ждущий мультивибратор возвращается в исходное состояние, на выход поступает следующий импульс и цикл возобновляется. Схему можно усовершенствовать, заменив потенциометр полевым транзистором, что позволит управлять коэффициентом деления с помощью напряжения.
Рис. 1.61. Счетный триггер на логических элементах
Делитель на 2 можно собрать из простейших ЛЭ, рис. 1.61. Схемы делителей без использования RC-цепей имеют лучшую помехоустойчивость и болееширокий диапазон входной частоты сигнала. Основным элементом всех счетчиков является триггер с так называемым счетным входом, рис. 1.62.
Рис. 1.62. Делитель частоты на 2
Рис. 1.63. Делитель на 3
Таблица поясняет логику работы триггера 561ТМ2 в зависимости от управляющих сигналов (х — безразлично состояние на данном входе; состояние, когда на входах S и R микросхемы одновременно действует лог. «1», является запрещенным).
Схемы делителей частоты на микросхеме счетчике CD4040 (К561ИЕ20)
В некоторых схемах бывает нужно получить какую-то определенную частоту от источника более высокой частоты. Это можно сделать делением исходной частоты на некий делитель.
Если этот делитель целое число и не превышает числа 4096, частоту можно разделить при помощи счетчика CD4040 (аналог К561ИЕ20) и диодно-резисторной схемы «Монтажное И».
Микросхема CD4040
На рисунке 1 показана схема счетчика CD4040. Это двоичный счетчик с полным числом 12-ти разрядов. При работе счетчика логические единицы на его выходах появляются по системе двоичного кода, при достижении определенного числа входных импульсов. Максимальным является коэффициент деления, если снимать выходные импульсы с вывода 1, это будет 4096.
Коэффициенты деления присвоенные другим выходам будут равны двухкратному числу, из тех, что возле них подписаны. То есть, если, например, снимать импульсы с вывода 3 (число 16), то коэффициент деления буде 16×2=32.
Рис. 1. Схема счетчика CD4040 (К561ИЕ20).
Таким образом, если ничего не добавлять, и просто снимать импульсы с выходов счетчика, мы можем получить коэффициенты деления 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096.
Но, на практике чаще требуется какой-то определенный коэффициент деления. Например, чтобы от источника частоты 50 Гц получить частоту 1 Гц, нужно сделать деление на 50.
В этом случае можно собрать схему, которая будет обнулять счетчик, каждый раз, как только он насчитает 50 входных импульсов. Пример такой схемы показан на рисунке 2.
Рассмотрим как она работает. Начальной исходной точкой является нулевое состояние счетчика. При этом, на всех его выходах установлены логические нули, и все диоды VD1-VD3 открыты, притягивая обнуляющий вход счетчика «R» к логическому нулю.
Затем пошел счет входных импульсов, и вот что происходит, через каждые два входных импульса появляется единица на выходе «2», через каждые 16 входных импульсов появляется единица на выходе «16», а через каждые 32 импульса появляется единица на выходе «32».
Рис. 2. Схема делителя частоты на 50, собрано на CD4040 (К561ИЕ20).
Чтобы счетчик обнулился нам нужно чтобы все диоды оказались открытыми, тогда напряжение логической единицы поступит на вход «R» счетчика через резистор R1. Но, такое может возникнуть только тогда, когда будут логические единицы на выходах «2», «16» и «32».
А первый раз с момента обнуления счетчика это произойдет при поступлении на вход счетчика числа импульсов, равного 2+16+32=50. Таким образом, счетчик обнулится через 50 импульсов.
И если снимать выходные импульсы с самого старшего из этих выходов, то есть с выхода «32», то частота импульсов на этом выходе будет в 50 раз меньше входной, то есть, если на входе 50 Гц, — на выходе «32» теперь будет 1 Гц.
Схема делителя на 2000
На рисунке 3 показана схема делителя на 2000, для получения частоты 500 Гц от входной частоты 1 МГц.
Рис. 3. Схема делителя частоты на 2000, микросхема CD4040 (К561ИЕ20).
Чтобы правильно и быстро рассчитать точки подключения диодов, можно пользоваться весьма простым способом. Вот, например, здесь нужен коэффициент деления 2000.
Берем число 2000 и ищем на выход счетчика с наиболее близким к нему, но меньшим числом, — это 1024. Делаем вычитание 2000-1024=976. Теперь ищем ближайшее меньшее к 976, это 512. Получается, 976-512=464.
Далее ищем ближайшее меньшее к 464, это 256, получается 464-256=208. Потом ищем ближайшее меньшее к 208, -128. Получается 208-128=80. Теперь ближайшее меньшее к 80, — это 64, получается 80-64=16.
Ну и остается выход 16, теперь 16-16=0. Таким образом, 2000-1024-512-256-128-64-16=0. Значит, для получения коэффициента деления 2000 диоды нужно катодами цеплять к выходам «1024», «512», «256», «128», «64» и «16». Что, собственно, и показано на схеме на рисунке 3.
Схема для получения 160 Гц из 500 кГц
На рисунке 4 показана схема делителя частоты, чтобы из входной частоты 500 кГц получить выходную 160 Гц. Коэффициент деления в данном случае требуется 500000/160 = 3125.
Рис. 4. Схема делителя частоты, чтобы из входной частоты 500 кГц получить выходную 160 Гц.
Соответственно, делаем расчет: 3125-2048-1024-32-16-4-1 =0 Таким образом, катоды диодов цепляем на выходы «2048», «1024», «32», «16», «4» и «1». В результате, на самом старшем из используемых выходов частота будет в 3125 раз меньше входной.
Особенность такого делителя частоты, что форма импульсов на его выходе не симметричная, — отрицательный перепад всегда больше положительного.
Например, на рис. 1 они соотносятся как 32/18. Поэтому, такой способ можно применять только там, где важна именно частота, а не скважность.
Цифровые микросхемы — начинающим (занятие 8) – Счетчики-делители
На прошлом занятии мы рассмотрели работу двоичного четырехразрядного счетчика на примере микросхемы К561ИЕ10. Но на практике редко бывает достаточно четырех разрядов, возможно именно по этому микросхема К561ИЕ10 содержит два одинаковых четырехразрядных счетчика, так, чтобы можно было их включить последовательно и получить восьмиразрядный (восьмибитный, как говорят «компьютерщики»), который будет считать до 256-ти. Как это сделать показано на рисунке 1.
На прошлом занятии мы рассмотрели работу двоичного четырехразрядного счетчика на примере микросхемы К561ИЕ10. Но на практике редко бывает достаточно четырех разрядов, возможно именно по этому микросхема К561ИЕ10 содержит два одинаковых четырехразрядных счетчика, так, чтобы можно было их включить последовательно и получить восьмиразрядный (восьмибитный, как говорят «компьютерщики»), который будет считать до 256-ти. Как это сделать показано на рисунке 1.
Первый счетчик D2.1 включен как обычно, а второй — D2.2 получает импульсы с выхода «8» первого. Причем эти импульсы поступают на вход СР. Из прошлого занятия мы знаем, что счетчики микросхемы К561ИЕ10 имеют по два счетных входа CP и CN, при этом на CP подаются положительные импульсы, а счетчик будет переключаться по спадам этих положительных импульсов. Так оно и происходит. Во время пока D2.1 считает до 8-и на вход CP счетчика D2.2 поступает нуль (поскольку D2.1 еще не досчитал до 8-и, и следовательно на его выходе «8» будет пока нуль). Как только счетчик D2.1 досчитает до 8-и на вход CP D2.2 поступит единица, но этот счетчик еще не сработает, поскольку он срабатывает по спаду импульса на этом входе, то есть не в момент перепада от нуля на единицу (это фронт положительного импульса), а в момент последующего перепада с единицы на нуль (это спад положительного импульса). Таким образом D2.2 после того как D2.1 досчитает до 8-и «подготовится и будет ждать» того момента, когда логический уровень на выходе «8» D2.1 сменится на нулевой. А произойдет это тогда когда D2.2 досчитает до 16-ти и в этот момент сбросится в нуль.
Получается так, что счетчик D2.2 считает сколько раз D2.1 отработал по полному кругу (то есть отсчитал от нуля до 16-ти). Но счетчик D2.2 также считает до 16-ти. Вот и получается, что они вместе считают до 16 х 16 = 256 (16 раз по 16 или 162). Так, что единица возникнет на выходе «8» D2 только после 128-го импульса, поступившего на вход D2.1. а сменится на нуль только после 256-го импульса. Выходит, что полный цикл работы 8- и разрядного счетчика будет 256.
Можно усложнить схему и таким же образом подключить еще один четырехразрядный счетчик, тогда уже получим 12-ти разрядный счетчик, а считать он будет до 4096 (16 х 16 х16 или 163). Если соберем систему на двух микросхемах К561ИЕ10 используя все четыре счетчика получится 16-ти разрядный (16-ти битный) счетчик, который будет считать уже до 65536 (164), ну и далее таким же образом. Выходит, если, например частота импульсов, поступавших на вход такого 16-ти разрядного счетчика будет 65,536 кГц, то на его последнем выходе их частота составит всего 1 Гц. В общем, входную частоту делим на коэффициент деления на соответствующем выходе.
Как это происходит можно проследить «прослушав» счетчик на небольшой динамик, собрав схему по рисунку 4. Здесь на двух элементах D1.1 и D1.2 собран мультивибратор, которые вырабатывает импульсы звуковой частоты (их частота зависит от параметров R1 и С1). Эти импульсы поступают на вход 8-и разрядного счетчика на D2, а при помощи импульсного усилителя (попросту, — ключа) на VT1 и динамика В1 их можно прослушать. И что интересно, переставляя гибкий провод, идущий от R2 начиная с самого младшего разряда (выход «1й D2.1), постепенно перебирая все остальные разряды по степени старшинства до самого старшего (выход «8» D2.2) можно наблюдать постепенно понижение тона звука, то есть постепенное уменьшение частоты. Причем каждый раз с каждым более старшим разрядом частота будет уменьшатся в два раза по сравнению с предыдущим более младшим разрядом. На схеме отмечено на сколько на каждом выходе D2 делится входная .частота «F» (частота импульсов мультивибратора на D1).
Именно так работают делители частоты, используемые в цифровой технике. Например, в электронных часах чтобы получить импульсы частотой 1 Гц (период — одна секунда) используют кварцевый генератор на 32768 Гц и счетчик-делитель на 32768.
Как вы уже заметили, двоичные счетчики делят частоту входных импульсов на строго фиксированные числа, равные удвоенным «весовым» числам их выходов. Но на практике, часто требуется какой-то коэффициент деления, не равный этим числам. Например, нам нужно получить частоту 1 Гц из частоты 50 Гц. То есть нужно создать счетчик, который будет считать только до 50-ти, а затем с окончанием 50-го импульса сбрасываться в нуль, а затем считать снова так же по кругу.
Принципиальная схема такого счетчика с ограничителем счета показана на рисунке 2.
Схема уже знакомая по прошлому занятию, когда ограничивали счет 4-х разрядного счетчика до 10-ти (ж. Радиоконструктор 07- 2000 стр. 42 рис.5). В общем, почти тоже самое, вычисляем выходы, на которых при числе «50» будут единицы, а затем эти единицы через логическую схему на элементах «Ии подаем на входы R, чтобы сбросить оба счетчика в нуль. Расчет делаем так : ищем самое больше весовое число выхода счетчика, которое можно вычесть из 50-ти , — это будет 32. Вычитаем 50-32 = 18. Теперь вычитаем из 18-ти самое близкое число, которое можно вычесть : 18-16=2, далее из 2 — 2 = 0. Получается, что при числе 50 единицы будут на трех выходах D2, а именно на выходе с весом 2 (выход 2 D2.1), на выходе с весом 16 (выход 1 D2.2) и на выходе с весом 32 (выход 2 D2.2). Теперь нужно сделать так, чтобы в тот момент, когда будут единицы на всех этих трех выходах одновременно счетчик обнулился. Эта работа возложена на микросхему D3, содержащую элементы 3-И-НЕ (логику работы таких элементов изучали на занятии №1 в январском номере РК за этот год).
Выходные импульсы, частота которых будет в 50 раз ниже входных, можно снимать с вывода 12 D2.2 (его выход 2).
Проверьте работу счетчика, подав на его вход 50 импульсов при помощи кнопки S1 он вернется автоматически в нулевое состояние.
Ограничитель счета можно сделать и на простых диодах и резисторе, так как это показано на рисунке 3.
Обратите внимание — пока счетчик не досчитал до 50-ти, хотя бы один из его диодов открыт. Но в тот момент, когда он досчитает до 50-ти все три диода оказываются закрытыми логическим единицами, и на входы R счетчиков поступает высокий логический уровень от источника питания через резистор R3.
На рисунке 5 показано то как можно сделать дешифратор на нескольких логических элементах (две микросхемы D3 и D4). Для простоты используются только два младших разряда счетчика D2 (К561ИЕ10). В таком виде счетчик считает до 3-х (0 = 00, 1= 01, 2 = 10, 3 = 11) и с поступлением четвертого импульса переходит в нулевое состояние (на остальные два старших разряда не смотрим). Назначение .схемы на микросхемах D3 и D4 сделать так, чтобы имелось четыре выхода, и единица устанавливалась на одном из этих выходов, в зависимости от двоичного числа на выходе счетчика. Так, если на выходе счетчика 00 (0) то единица будет на выходе D3.1, если на счетчике 01 (1) то единица на выходе D3.3, если на счетчике 10 (2) то единица на выходе D4.3, а если на выходе счетчика код 11 (3) то единица будет на выходе 03.4. Таким образом двоичный код чисел от 0 до 3 преобразуется в десятичный.
Теперь проследим по схеме как это происходит. Установим кнопкой S2 счетчик D2 в нулевое состояние. При этом на обеих его выходах будут логические нули. Эти нули поступают на оба входа элемента D3.1 — ИЛИ- НЕ. По логике работы этого элемента (наше первое занятие в январском номере журнала), на его выходе (когда на оба входа поступают нули) будет единица.
Теперь нажмем один раз на S1, — на вход счетчика поступит один импульс и на его выходе 1 будет единица, а на выходе 2 — 0. На один из входов элемента D3.1 поступит единица, и по логике действия ИЛИ-НЕ. на его выходе будет ноль. Единица с выхода 1 D2 так же поступает на один из входов элемента И-НЕ D4.1, при этом на его второй вход поступает единица с выхода элемента D4.4 (поскольку на один из входов элемента И-НЕ DD4.4 поступает нуль, на его выходе будет единица). Таким образом на оба входа D4.1 поступают единицы, значит на его выходе будет нуль, а на выходе инвертора D3.3 — единица.
Нажмем на S1 еще раз, и счетчик установится в положение 10 (1 на выходе 2, а 0 на выходе 1). Теперь тоже самое что происходило с элементом D4.1 произойдет с элементом D4.2 (на оба его входа поступят единицы) и единица появится на выходе инвертора D4.3.
При следующем нажатии на S1 счетчик установится в состояние «3», когда единицы будут на его обеих выходах. Это привет к тому, что на выходе элемента D4.4 установится нуль, а на выходе инвертора D3.4 будет единица.
Таким образом работает простой дешифратор, преобразующий двоичный двухразрядный код в десятичное числа.
Существует целое подразделение микросхем — «дешифраторы», логика действия которых состоит в том, что на их входы подают двоичный код числа, а на их выходах, при этом, появляется представление этого числа в десятичной или какой-то другой системе исчисления (в зависимости от типа дешифратора).
Логика действия этой микросхемы проста : на её четыре входа подаются любые двоичные числа от 0000 до 1001 (от «0» до «9»), при этом единица будет на одном из десяти выходов этой микросхемы, обозначенных цифрами от «0» до «9». Таким образом, эта микросхема преобразует двоичный код в десятичный.
Для того чтобы проанализировать логику работы микросхемы К561ИД1 (или К176ИД1), что практически одно и то же) можно собрать схему, показанную на рисунке 8..
S1-S4 R1-R4 на любое сопротивление из диапазона 10-100 кОм
При помощи тумблеров S1-S4 (замкнутое состояние — единица, разомкнутое — ноль) устанавливайте последовательно двоичные коды от «0000» (0) до «1111» (15). Интересно то, что дешифратор будет работать только в пределах от «0000» (0) до «1001» (9), а при подаче кодов чисел более 9-ти (более 1001) на его всех выходах будут нули. Дело в том, что микросхема К561ИД1 (К176ИД1) двоично- десятичный дешифратор, и она воспринимает входные коды чисел от 0 до 9-ти.
На следующем занятии рассмотрим дешифраторы, предназначенные для работы с семисегментными цифровыми индикаторами, и микросхемы, содержащие счетчик и дешифратор в одном корпусе.
