07_05.pdf

Klocki elektroniczne

Artykuł przedstawia sposób, w jaki

z modułów opisanych w części 7

”Systemu projektowania

modułowego” można zestawić

działające praktyczne urządzenie.

Opisany układ czasowy jest

wyposażony w bębnowy przełącznik

cyfrowy do nastawiania zadanego

czasu i opcjonalny przekaźnikowy

układ wyjściowy, umożliwiający

automatyczne sterowanie urządzeń

zewnętrznych.

Układ czasowy

Dane techniczne

− 4−cyfrowy 7−segmentowy wyświetlacz

elektroluminescencyjny,

− maksymalny czas 99 minut i 59 se−

kund,

− dokładność 0,5 sekundy,

− przekaźnik włączany na czas odlicza−

nia,

− sygnalizacja brzęczykiem przez dwie

ostanie sekundy nastawionego czasu,

− czas nastawia się czterema przełącz−

nikami bębnowymi,

− przyciski startu i kasowania,

− zasilanie z sieci (napięciem 6 do

10V przez transformator).

Założenia konstrukcyjne

Istnieje ogromna liczba typów ukła−

dów scalonych nadających się do zlicza−

nia i wyświetlania. Wyświetlacz ciekłok−

rystaliczny pobiera bardzo mały prąd, co

go predystynuje do urządzeń zasilanych

z baterii. Ponieważ jednak projektowa−

ny licznik ma być sterowany z sieci, wy−

brano tańszy i prostszy 7−segmentowy

wyświetlacz elektroluminescencyjny. Do

dekodowania stanu licznika i sterowa−

nia takim wyświetlaczem doskonale na−

daje się układ CMOS 4511B, dobrze

współpracujący z układem CMOS

4029B, tym bardziej że jego stan po−

czątkowy daje się programować. De−

koder−sterownik 4511B został opisa−

ny w części 7, a licznik 4029B w

części 6 serii. W opisywanym ukła−

dzie wykorzystano także system

wejść programujących, czyli “JAM”,

do kasowania licznika do innych sta−

nów niż 0 lub 9.

Schemat blokowy

W schemacie blokowym ( rys.

1 ) układu odliczania czasu znalazły się

następujące moduły, których dokładne

opisy zostały zamieszczone w poda−

nych obok częściach:

generator impulsów zegarowych stero−

wany siecią − cz. 7

przerzutnik Schmitta − cz. 1

licznik dzielący − cz. 7

przerzutnik bistabilny (zatrzask) − cz. 3

przerzutnik monostabilny (układ czaso−

wy brzęczyka) − cz. 2

sterownik tranzystorowy (brzęczyka

i przekaźnika) − cz. 1

licznik CMOS 4029B − cz. 6

dekoder−sterownik CMOS 4511B − cz. 7

Rys. 1. Schemat blokowy układu odliczającego czas. Przekaźnik jest opcjonalny.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96

Klocki elektroniczne

Rys. 3. Rozmieszczenie wyprowa−

dzeń scalonego licznika 4029B.

Rys. 2. Schemat zasilacza, generatora impulsów zegarowych i układu sterujące−

go.

łówek sinusoidy, i przed doprowadze−

niem do wejścia licznika (IC2) musi zo−

stać przetworzony w falę prostokątną.

Do tej konwersji służy przerzutnik

Schmitta ze wzmacniacza operacyjnego

IC1. (Przerzutniki Schmitta zostały omó−

wione w części 1.)

Fala prostokątna z wyjścia 6 IC1

przechodzi do wejścia 1 IC2, licznika

dzielącego typu CMOS 4518B. W takim

połączeniu, jak to omówiono w części

7 (rys. 7.8), układ ten dzieli przez 100,

przekształcając falę prostokątną 100Hz

w ciąg impulsów zegarowych 1Hz. Im−

pulsy te są następnie, jak widać na rys.

4 , przesyłane do wejścia zegarowego

15 IC4, 4029B. Jest to nastawialny licz−

nik BCD (dziesiętny kodowany dwójko−

wo) do zliczania i odliczania. Roz−

mieszczenie jego wyprowadzeń jest po−

kazane na rys. 3 .

Licznik 4029B może zostać zaprogra−

mowany do odliczania (liczenia wstecz)

przez połączenie końcówki 10 z 0V.

Wtedy stopień jednostek sekund musi

dostarczać impulsu przeniesienia, gdy

jego stan zmienia się z zera na dzie−

więć. Impuls ten jest kierowany do we−

jścia zegarowego IC6.

Wszystkie cztery liczniki są połączo−

ne szeregowo w podobny sposób

i sygnał przeniesienia z jednego jest

sygnałem zegarowym dla następnego.

Sygnały przeniesienia są potrzebne tak−

że do dwóch innych celów:

1. do zatrzymania i skasowania układu

oraz i pobudzenia sygnału brzęczyka,

gdy wszystkie liczniki osiągną stan zero,

2. do przerzucenia stanu IC6 (licznika

dziesiątek sekund) z zera na pięć za−

miast z zera na dziewięć.

Bramka diodowa

Dla uproszczenia na schemacie blo−

kowym na rys. 1 końcowe wyjście prze−

niesienia jest połączone z wejściem ka−

sującym modułu sterującego. Zatrzyma

to zliczanie, gdy licznik dziesiątek minut

przerzuci się z zera na dziewięć. Rów−

nocześnie jednak licznik jeszcze przed

wyłączeniem opcjonalnego przekaźnika

zliczy jedną dodatkową sekundę. Sygnał

ten powinien zostać wysłany w momen−

7−segmentowy wyświetlacz elektrolumi−

nescencyjny − cz. 7

Schemat blokowy jest podstawą

schematu ideowego, który został po−

dzielony na dwa rysunki − pierwszym

z nich jest rysunek 2 , pzedstawiający

zasilacz, generator impulsów zegaro−

wych i układ sterujący.

Sygnał zegarowy

Amplituda sygnału 100Hz z prostow−

nika REC1 zostaje zmniejszona za po−

mocą dzielnika napięcia R1−R2. Sygnał

ten składa się z jednobiegunowych po−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96

Klocki elektroniczne

Rys. 4. Schemat czterech stopni liczenia i wyświetlania.

cie osiągnięcia przez licznik stanu 0000,

a nie o sekundę później. Zrealizowano

to za pomocą diodowej bramki AND, któ−

ra wysyła sygnał gdy stan wszystkich

czterech liczników osiąga zero. Dla za−

oszczędzenia układu scalonego posłu−

żono się diodową bramką AND

(D2...D6). Jeżeli stan jednego z liczni−

ków nie jest zerowy, stan jego wyjścia

przeniesienia jest wysoki (logiczna 1),

a zatem wyjście bramki także jest

w stanie wysokim. Jeżeli wszystkie licz−

niki są w stanie zerowym, to stan wy−

jścia bramki staje się niski, i zostaje wy−

korzystany jako sygnał stop i kasowa−

nia.

Programowanie

Doprowadzenie dodatniego napięcia

do wejścia ustawiającego 1 wywołuje

przerzucenie licznika do dowolnie wy−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96

Klocki elektroniczne

branego stanu. Wyboru tego stanu do−

konuje się przez ustawienie odpowied−

niej liczby 4−bitowej na wejściach obcią−

żenia równoległego JAM. Przy liczeniu

w dół w trybie dziesiętnym licznik bez

trudu liczy np. 2, 1, 0, 9, 8 itd. Jednakże

licznik IC6 według schematu na rys.

4 musi liczyć 2, 1, 0, 5, 4 itd., gdy na

przykład układ powinien odliczać od

32m 01s do 32m 00s i do 31m 59s.

Osiąga się to dodatnim napięciem na

końcówkach 4 i 13 podczas impulsu ka−

sującego na wejściu 1.

Powstaje więc problem, gdy wyłączni−

kiem bębnowym zostanie wybrana inna

cyfra niż 5, ustawiona przez równoległe

obciążenie. Zatem w czasie zliczania

przełączniki bębnowe (zasilane przez li−

nię Y) muszą zostać odłączone,

a końcówki 4 i 13 utrzymywane w sta−

nie wysokim (przez linię X) za pośrednic−

twem rezystora R26 i diody D10 i D11.

Moduł sterujący licznika utrzymuje li−

nię X w stanie wysokim w czasie odli−

czania, a linię Y w stanie wysokim przed

i po odliczaniu. Kondensator C7 zapo−

biega zbyt szybkiemu narastaniu napię−

cia dochodzącego przez R26, co mogło−

by na początku odliczania przerzucić

stan licznika dziesiątek sekund

w stan 5.

Kondensator C9 zapewnia utrzy−

manie liczby nastawionej przełączni−

kami bębnowymi na wejściach pro−

gramujących (JAM) do czasu, gdy

stan logiczny wejść kasujących spad−

nie do zera.

Podsumowanie

Przed i po odliczaniu:

X = niski, Y = wysoki, wejścia obcią−

żenia równoległego wymuszają skopio−

wanie w licznikach stanów przełączni−

ków bębnowych.

Podczas zliczania:

X = wysoki, Y = niski, licznik dzie−

siątek sekund (IC6) przygotowany do

przerzutu do stanu 5 po otrzymaniu im−

pulsu na wejściu 1.

Sygnał wyjściowy przeniesienia

z IC6 za pomocą C8, R25 i R24 zosta−

je zredukowany do krótkiego impulsu.

Taki sposób otrzymywania impulsów za

pomocą szeregowego kondensatora zo−

stał opisany w części 2 (sprzężenie

zmiennoprądowe). Dioda D14 zapobie−

ga skasowaniu pozostałych trzech liczni−

ków przez ten impuls.

Nastawianie czasu

Do nastawiania odliczanego czasu

służą bębnowe przełączniki obrotowe.

Gdy układ nie odlicza czasu, linia Y jest

w stanie wysokim i zasila przełączniki

przez diodę D9. Na skutek tego wejścia

programujące 1 (preset enable) wszys−

tkich liczników są w stanie wysokim.

Dzięki temu można więc skopiować do

liczników stany przełączników bębno−

wych.

Moduł sterujący

W module sterującym wykorzystano

cztery bramki NOR zawarte w układzie

scalonym IC3. Odliczanie rozpoczyna

się za naciśnięciem przycisku S2. Wy−

jście 4 (linia X) przerzutnika (zatrzasku)

utworzonego z bramek IC3a i IC3b

przez czas odliczania pozostaje w sta−

nie wysokim. Natomiast wyjście 3 (linia

Y) jest w stanie wysokim przed i po

tym czasie. Przerzutnik ten steruje także

przez rezystor R10 tranzystorem npn

TR1, który może zostać użyty do włą−

czania opcjonalnego przekaźnika na

czas odliczania. Przerzutnik jest kaso−

wany do stanu początkowego doprowa−

dzeniem wejścia 2 do stanu niskiego.

Odbywa się to albo przez naciśnięcie

przycisku STOP/RESET S3 albo auto−

matycznie za pośrednictwem diody D6,

wraz z dojściem licznika do stanu 00

00, jak już opisano.

Przerzutnik monostabilny, złożony

z IC3c i IC3d, służy do wzbudzania

brzęczyka sterowanego tranzystorem

TR2 na przeciąg około dwóch sekund,

gdy linia Y zmienia stan z niskiego na

wysoki. Sygnalizuje to zakończenie odli−

czania. Czas brzmienia brzęczyka moż−

na w razie potrzeby przedłużyć zwięk−

szając oporność R11 do maksimum

1M W , co przedłuża czas sygnalizacji do

około 20 sekund.

Dekoder i wyświetlacz

Jako dekodery−sterowniki wyświetla−

czy elektroluminescencyjnych zostały

zastosowane układy scalone CMOS

4511B, które opisano w części 7 serii

(rys. 7.9). W układzie odmierzania cza−

su użyto czterech wyświetlaczy 7−seg−

mentowych, tworzących dwa dwucyfro−

we wyświetlacze, dla minut i dla sekund.

Zasilacz

Ze względu na bezpieczeństwo za−

stosowano w układzie gotowy transfor−

mator sieciowy z zespolonym wtykiem.

Warto zwrócić tu uwagę na fakt, że

w handlu większość tego rodzaju zasi−

laczy dostarcza napięcia stałego, a sa−

me transformatory w obudowie spotyka

się rzadziej.

Można także samemu wykonać odpo−

wiedni zasilacz, a mały transformatorek

umieścić albo w obudowie licznika albo

w oddzielnej. Mocy transformatora po−

winna wynosić 6VA, a napięcie wejścio−

we 230V i wyjściowe 9V. Dostarczy on

wystarczającego prądu, gdy dwa jego

uzwojenia wyjściowe połączy się równo−

legle.

W razie użycia w celu obniżenia po−

boru prądu wyświetlaczy wysokowydaj−

nych, należy zwiększyć oporność rezys−

torów szeregowych segmentów z 680 W

do 820 W , czy nawet do 1,2k W , albo za−

stosować transformator 6V.

Jeżeli konstruuje się zasilacz sa−

memu, trzeba dostosować się do wy−

mogów bezpieczeństwa i użyć dwu−

biegunowego wyłącznika, neonówki

i bezpiecznika, zgodnie ze schema−

tem w części wydzielonej linią przery−

waną na rys. 2.

Trzeba pamiętać, że gdy użyje się

transformatora 12V, napięcie zasilające

za diodą D1 może wzrosnąć nawet do

16V, niszcząc układy scalone i konden−

sator C1. Prostą, choć prymitywną, me−

todą obniżenia tego napięcia jest doda−

nie jeszcze czterech dodatkowych diod

1N4001 w szereg z diodą D1. Zmniej−

szą one napięcie o około 2,8V. Diody te

należy włączyć pomiędzy prostownik

REC1 a diodę D1. Rezystor R1 powi−

nien pozostać połączony z anodą D1.

Montaż

Szczegółowy rysunek płytki drukowa−

nej można znaleźć na rys. 5 . Układ od−

liczający jest przeznaczony do domowe−

go użytku, więc ma znaczenie jego wy−

gląd zewnętrzny.

Montaż należy zacząć od wlutowania

dwurzędowych podstawek, zworek

z drutu i najmniejszych elementów.

Jak zawsze trzeba przy tym sprawdzać

polaryzację diod i kondensatorów elek−

trolitycznych, aby wmontować je we

właściwym kierunku. Wyprowadzenia

prostownika mostkowego są odpowied−

nio oznaczone.

Łączenie wyświetlaczy

W płycie czołowej obudowy montuje

się dwie pary wyświetlaczy. W płytce

drukowanej przewidziano jednak pod−

stawki, w które można je wstawić na

czas testowania. Wyświetlacze umiesz−

czone w obudowie łączy się z płytką za

pośrednictwem kolorowych przewodów,

albo przewodów taśmowych z zacisko−

wymi wtykami Speedbloc, które pozwa−

lają uniknąć żmudnego lutowania wszys−

tkich przewodów. Wtyki te wciska się do

podstawek wyświetlaczy w płytce dru−

kowanej, tworząc wygodne i estetyczne

połączenie. Wydaje się jednak, że nie

ma w handlu odpowiednich złączy od

strony wyświetlaczy, i poszczególne

przewody kabla taśmowego trzeba bę−

dzie indywidualnie lutować do standar−

dowej podstawki dwurzędowej.

Nie jest to łatwe zadanie, chociaż dla

ułatwienia operacji lutowania można po−

służyć się małymi uniwersalnymi płytka−

mi drukowanymi. Można użyć 20−prze−

wodowego kabla taśmowego, ale trzeba

dołożyć starania, aby nie pomylić prze−

wodów. Wszystkie przewody kabla taś−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96

Klocki elektroniczne

mowego Speedbloc są szare, a nie ko−

lorowe.

Jeżeli wydaje się to skomplikowane

i kosztowne, to zamiast użycia podsta−

wek można przylutować przewody bez−

pośrednio do płytki. Trzeba jednak wte−

dy zastosować wielokolorowe przewody,

pozwalające rozróżniać połączenia.

Przełączniki

Przełączniki bębnowe do nastawiania

czasu zliczania należy okablować zgod−

nie z rysunkami, pamiętając aby prze−

łącznik jednostek sekund znalazł się po

prawej stronie patrząc od frontu. Suwaki

łączy się razem z jednym punktem na

płytce drukowanej. Szybkim sposobem

ich połączenia jest przesunięcie odizolo−

wanego drutu przez otwory w oczkach

wyprowadzeń i przylutowaniu w jednej

operacji. Następnie jednym przewodem

w izolacji wszystkie suwaki łączy się

z płytką drukowaną.

Styki przełączników należy następnie

połączyć z płytką drukowaną różnoko−

lorowymi przewodami dla uniknięcia po−

myłek.

Przekaźnik

Zastosowanie przekaźnika w ukła−

dzie odliczania czasu jest opcjonalne,

a jego typ zależy od sterowanego urzą−

dzenia. W układzie znajduje się sterow−

nik przekaźnika 12V, sam przekaźnik nie

został jednak umieszczony w prototy−

pie.

Jeżeli przekaźnik ma włączać urzą−

dzenie zasilane z sieci energetycznej,

należy spełnić szereg wymogów bezpie−

czeństwa. Jest nieodzowne, aby prze−

kaźnik został niezawodnie umocowany

do obudowy, i aby jego okablowanie

NIGDY nie weszło w kontakt z innymi

częściami układu. Zestyki przekaźnika

i przewody z nimi związane muszą

być dostosowane do natężenia przełą−

czanego prądu. Przewód sieciowy musi

być zabezpieczony w otworze wejścio−

wym obudowy odpowiednim blokującym

przepustem lub zgiętką.

Okablowanie sieciowe NIE może

być wykonywane przez osobę niedo−

świadczoną. W razie wątpliwości trze−

ba zasięgnąć porady wykwalifikowa−

nego elektryka.

Sprawdzanie

Układy scalone należy wstawić

w podstawki we właściwym ukierunko−

waniu, chroniąc je jak zwykle przed elek−

trycznością statyczną. Trzeba dotknąć

metalowego uziemionego obiektu przed

operowaniem nimi. Na czas testowania

należy wstawić wyświetlacze bezpo−

średnio w podstawki w płytce druko−

wane.

Tak jak wszystkie projekty tej serii

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu.

warto najpierw sprawdzić układ za po−

mocą zasilacza stabilizowanego napię−

cia stałego 9 lub 12V, 100mA. Układ bę−

dzie liczył tylko przy zasilaniu napięciem

zmiennym, ale większość wstępnych

testów można bezpieczniej wykonać

przy pomocy zasilacza napięcia stałego

z ograniczeniem prądu do 100mA.

Trzeba też pamiętać, że do sprawdzania

można użyć napięcia stałego 12V, ale

jak już wcześniej wyjaśniono, napięcie

zmienne 12V jest za wysokie.

Jeżeli do wejścia zasilania napięciem

zmiennym zostanie doprowadzone na−

pięcie stałe (o dowolnej polaryzacji), to

niektóre segmenty wyświetlaczy powin−

ny zacząć świecić. W wyniku naciśnię−

cia przycisku S3 (kasowanie) wyświetla−

cze powinny wyświetlić liczby nastawio−

ne przełącznikami bębnowymi. Zmienio−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: