Микросхемы серии К155ИЕ2 и К555ИЕ2 имеют следующие параметры: 

 

    Сравнение интегральных микросхем по средней  работе переключения  - А.

К155ИЕ2:

І_{пот. ср.} = І_пот = 53 мА;

Р_пот.ср. = U_п · І_{пот. ср.} =  5В · 53 · 10^-3 А = 265 · 10^-3 Вт = 265 мВт;

t_здр.ср = (t^1.0_здр + t^0.1_здр)/2 = (100 · 10^-9 с + 100 · 10^-9 с)/2 = 100 · 10^-9 с = 100 нс;

А _пер.ср = Р_{пот. ср}  · t_здр.ср = 265 · 10^-3 Вт · 100 · 10^-9 с = 265 · 10^-10 Дж.

К555ИЕ2:

І_{пот. ср.} = І_пот = 15 мА;

Р_пот.ср. = U_п · І_{пот. ср.} =  5В · 15 · 10^-3 А = 75 · 10^-3 Вт = 75 мВт;

t_здр.ср = (t^1.0_здр + t^0.1_здр)/2 = (50· 10^-9 с + 48 · 10^-9 с)/2 = 49 · 10^-9 с = 49 нс;

А _пер.ср = Р_{пот. ср}  · t_здр.ср = 75 · 10^-3 Вт · 49 · 10^-9 с = 3675 · 10^-12 Дж.

      По обобщенному критерию сравнения средней работы переключения А интегральная схема К555ИЕ2 является лучшей, поэтому именно она будет использоваться в качестве основного элемента цифрового блока.

1.4. Выбор элементов узла индикации 

   Исходя  из заданного задания, узел индикации должен быть построен на дешифраторе и цифро-буквенном индикаторе на светоизлучающих диодах и обеспечивать индикацию единиц секунд. Для отображения работы нашего счетчика, необходимо расположить в узле индикации один цифробуквенный индикатор, который управлялся бы дешифратором.  Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в напряжение логического уровня, появляющееся в том выходном проводе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду.  Рассматриваемые дешифраторы различаются по емкости, по числу каналов, а также форматом выходного кода. Для данной установки подбираем дешифратор такой, который сочетается с выбранным счетчиком, то есть постоянное напряжение должно не превышать 5В. 

   Для дешифратора выбираем микросхему КР514ИД2, предназначенной для управления полупроводниковыми 7- сегментными цифробуквенными индикаторами на основе светоизлучающих диодных структур с разъединенными катодами. Микросхема выполнена в пластмассовом корпусе.

   Следует отметить, что максимальный выходной ток этого типа дешифратора ограничен  величинами -2…+3 мА , поэтому без выходных усилителей к ним возможно подключать только маломощные цифровые индикаторы. 
 
 

  

  Для узла индикации электронного секундомера возьмём одноразрядный 7-сегментный цифробуквенный индикатор. Цифробуквенные индикаторы широко используются в измерительной аппаратуре, устройствах автоматики и вычислительной техники, микрокалькуляторах, часах и разнообразных приборах.

   Цифробуквенные индикаторы на основе светодиодов представляют собой интегральную микросхему из диодных структур (в виде сегментов или точечных элементов)  и необходимых электрических соединений. Для удобности использования в составе разных приборов большое значение имеет высота цифр, поэтому выберем цифробуквенный индикатор КЛЦ201А с высотой цифры 18 мм из семи сегментов, одноцветный. Изготовленный на основе светодиодных структур галлий -фосфор-мышьяк по эпитаксиально-диффузионной технологии. Выпускается в пластмассовом корпусе. Масса не более 10 г. Конструкция на принципе рассеяния света, в которой полупроводниковые кристаллы размещаются на основании корпуса, а вывод света наружу осуществляется монолитным светопроводом. В результате дешифрации на цифровом индикаторе высвечиваются цифры 0…9 в соответствии с двоичным входным кодом.Рассмотрим параметры и эксплуатационные данные выбранного индикатора.

   Электрические и световые параметры  при

   Сила  света одного сегмента при , не менее:      0,2 мкд

     Постоянное прямое напряжение при     4 В

     Цвет свечения  –      красный

     Максимум спектрального распределения  излучения на длине волны

         0,65 мкм

     Разброс значений силы света сегментов в одном индикаторе:   3раза

   Сила  света децимальной точки, не менее:         0,07 мкд

   Предельные  эксплуатационные данные

Постоянный  или средний прямой ток через  один сегмент:

      при  

      при             7,5 мА

Мощностью рассеяния индикатора при :

      при

  при             150 мВт

Постоянное  обратное напряжение         10 В

       Как показано на рисунке, данный индикатор  построен на светодиодных структурах с разъединёнными катодами:

 
 
 
 
 

Семисегментный индикатор: а- топология сегментов; б, в- принципиальные схемы

   Светоизлучающие диоды предназначены для визуального  восприятия отображаемой информации человеком. Информация, предназначенная для отображения, поступает в двоичном коде. Для представления ее в привычном для человека десятичной системе существует специальный 7-сегментный код, с помощью которого возможен синтез любой десятичной цифры на 7-сегментном цифровом индикаторе.

   Для данной установки мы выбрали светоизлучающий диод АЛ307ЕМ.

   Одноразрядные цифробуквенные индикаторы позволяют воспроизвести любую цифру от 0 до 9. Для большинства из них техническими условиями оговаривается также возможность отображения следующих букв: А, Б, Г, Е, З, Н, О, П, Р, С, У, Ч.

           
 

2. Расчет цепи индикации

     Для расчета узла индикации используем схему подключения одного 7-сегментного светоизлучающего диода цифро-буквенного индикатора. Для управления индикатором используется фазовый способ, который основан на подключении сегментов и общего электрода к переменной возбуждающего напряжения одной частоты.

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Рис. Эквивалентная  схема подключения светодиода к  выходу

логического элемента И-НЕ. 

     Для индикации секунд в работе был  выбран цифро-буквенный индикатор на основе светодиодных структур КЛЦ201А и дешифратор КР514ИД2. Воспользуемся основными параметрами данных микросхем для расчета. 

Параметры микросхемы К176ИЕ5 и светодиода КЛЦ201А такие: 
 
 

 

    Для индикации светодиода HG необходимо обеспечить прохождение прямого тока І_пр.ном = 10мА по цепи U_п–R_огр–НG–DD1.1–корпус. При этом на микросхеме DD1 будет падать напряжения U⁰_вых = 0,5В, а на светодиоде HG будет падать напряжение U_пр = 2 В. 

    Общее падение напряжения на микросхеме DD1.1 и на светодиоде НG составит: 

      U_общ = U⁰_вых + U_пр = 0,5 В + 2 В = 2,5 В 

    Таким образом, на ограничительном резисторе  падение напряжения U_Rогр должно составить:

      U_Rогр = U_п – U_общ = 5 В – 2,5 B = 2,5 В 

    Определим величину сопротивления ограничительного резистора R_огр в соответствии с законом Ома:

    R_огр= U_Rогр/I_пр.ном = 2,5 В / 10 ·10^-3 А = 250 Ом 

    При этом мощность, выделяемая на резисторе, составит:

      P_Rогр = U_Rогр ·I_пр.ном = 2,5 В · 10 ·10^-3 А = 25 · 10^-3 Вт = 25 мВт 

На основе выполненного расчета по справочнику [4] выбираем резистор МЛТ 0,125–270 Ом  ± 5%. 

3. Разработка и описание работы блока

3.1. Описание работы генератора импульсов 

     Управляемый генератор серии импульсов с  частотой их следования 10 Гц, как уже упоминалось в разделе 2, в данной работе выполняется по схеме мультивибратора на логических элементах 2ИЛИ-НЕ и 2И-НЕ.

     Принцип работы данного генератора таков. При  подаче сигнала нулевого уровня на входы элементов 2ИЛИ-НЕ (DD1, DD2) на выходе элемента 2И-НЕ (DD3) устанавливается постоянный уровень логической единицы. При подаче на входы элементов 2ИЛИ-НЕ логической единицы, на выходе элемента 2И-НЕ начинает формироваться серия прямоугольных импульсов. Детальное строение схемы генератора изображено на принципиальной схеме в приложениях. 
 

3.2. Описание работы собственно цифрового блока 

     Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на счетный вход импульса, деления их частоты и сохранения двоичных многоразрядных чисел.

     В данной работе использован счетчик  импульсов транзисторно-транзисторной  логики (ТТЛ). Основную логическую операцию в элементе ТТЛ исполняет многоэмитерный транзистор. В данной работе используэтся четырехразрядный двоично-десятичныйсчетчик – К555ИЕ2. Внутренняя структура, цоколевка и условное обозначение микросхемы К555ИЕ2 приведены на рисунке 3.1.