Электронный секундомер

Рис.3.1. Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИЕ2. 

     Счетчик состоит их четырех комбинированных  триггеров типа JK. Первый триггер  может работать самостоятельно и  образует делитель входной последовательности импульсов с коэффициентом деления  К_д=2. Тактовый вход первого триггера  СО (вывод 14) инверсный динамический, поэтому переключение триггера происходит спадом входного импульса, а выход QO – вывод 12. Остальные три триггера образуют синхронный делитель на пять (К_д=5). Тактовые входы С1 (вывод 1) инверсные динамические, управляются синхронно спадом входного импульса.

     Счетчик имеет два входа R для синхронного  сброса (обнуления), это выводы 2 и 3, а также два синхронных входа  предварительной установки двоичного  кода (1001=9), выводы 6 и 7. Входы R и S с логикой 2И-НЕ на входе. Входы синхронного  сброса R1 и R2 запрещают действие импульсов  по всем тактовым входам и входам предварительной  установки. Импульс, поданный на вход R, производит сброс данных по всем триггерам  одновременно. Подача напряжения на входы S1 и S2 запрещает прохождение тактовых сигналов, а также сигналов от входов R1 и R2 на счетчик. На выходах устанавливается  код 1001=9. Так как выход первого  триггера внутренне не соединен с последующими тремя триггерами, то возможны три независимых режима работы.

     В данной работе ИЕ2 используется как двоично-десятичный счетчик с весом двоичных разрядов 8-4-2-1. В этом случае необходимо вывод 12 (выход первого триггера) соединить с выводом 1 внешней перемычкой. Входная последовательность импульсов подается на тактовый вход триггера (вывод 14). Временные диаграммы его работы приведены на рис.2. Режим работы ИЕ2 можно проследить по таблице состояний (табл.3.1) – это сброс выходных данных в нуль, установка предварительного кода 1001=9 и счет. В табл.3.2 дается последовательность двоично-десятичного счета в счетчике ИЕ2 [1].

                                 

 

Табл.3.1- Состояние счетчика ИЕ2       
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Табл.3.2 – Последовательность двоично-десятичного счета в ИЕ2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3. Описание работы узла индикации 

     Узел  индикации включает в себя дешифратор, резисторы и цифро-буквенный индикатор. Все эти элементы были выбраны в предыдущих разделах.

     Дешифратор  типа КР514ИД2 (DD4) - дешифратор четырехразрядного двоичного кода в сигналы 7-сегментного кода, предназначен для управления полупроводниковыми цифро-буквенными индикаторами на основе светоизлучающих диодных структур с разьединенными катодами. Графическое изображение микросхемы приведено ниже на рисунке 3.3.

     

     Рисунок 3.3 – Микросхема КР514ИД2:

     а – функциональная схема; б – принципиальная электрическая схема выходных каскадов; в – схема выходов; г – условное графическое обозначение 

     Назначение выводов: D0 – D3 – информационные входы; Г – вход гашения; А, В, С, D, E, F, G – выходы, подключаемые к сегментным индикаторам; 16 – U_пит; 8 – общий. Дешифрирование входных сигналов происходит при установлении высокого логического уровня на входе Г. При этом входной информации (на выводах D3, D2, D1, D0) 0000 будет соответствовать выходная (на выводах A, B, C, D, E, F, G) 0000001, что обусловливает возбуждение на индикаторе символа . Сигнал низкого логического уровня, поступающий на вход Г (гашение), переводит все выходы дешифратора в состояния логических нулей (независимо от входной информации), при этом ни один сегмент индикатора не возбуждается. Дальнейшие логические соответствия входной и выходной информации и отображаемого символа следующие:

     0001-1001111 (1)

     0010-0010010 (2)

     0011-0000110 (3)

     0100-1001100 (4)

     0101-0100100 (5)

     0110-0100000 (6)

     0111-0001111 (7)

     1000-0000000 (8)

     1001-0000100 (9) 

     ЦБИ на основе СИД являют собой интегрированные  микросхемы с диодных структур (в  виде сегментов-черточек) и необходимых  электрических соединений с выводами микросхем. Готовые сегменты-черточки размещают так, чтобы при нужных комбинациях возбужденных сегментов  происходило четкое отражение одной  цифры или буквы. В ЦБИ на СИД необходимо обеспечивать минимальную разницу яркости сегментов, что само собой является тяжелой задачей.

       Физически ЦБИ составляет совокупность СИД  сегментов. Если в СИД  сегменте протекает прямой ток, то в нем будут появляться носители зарядов (электроны и дырки) преимущественно в месте p-n-перехода. При самовольной рекомбинации электронов и дырок соответствующий сегмент начинает светиться. Руководя свечением нужной комбинации сегментов можно отображать все 10 цифр (от 0 до 9) и некоторые буквы.

     Схематическое изображение индикатора КЛЦ201А подано  на рисунке 3.4.

                               

              Рисунок 3.4. Схематическое изображение индикатора КЛЦ201А. 
 

3.4. Описание работы блока в целом 

     После включения питания блока необходимо нажать на кнопку Кн2 для установки триггера УСЧ в нулевое состояние. После первого нажатия на кнопку Кн1 генератор УГСИ начинает вырабатывать серию импульсов с частотой F1=1 Гц. Серия импульсов поступает на СЕС с периодом в 1 сек.

     В определенный момент времени в узле счетчика УСЧ будет находится код, пропорциональный длительности времени поступления импульсов. Узел индикации обеспечивает индикацию на ЦБИ текущего кода узла УСИ.

     После второго нажатия на кнопку кнопку Кн1 генерация импульсов в УГСИ прекращается и в узле счетчика будет зафиксирован конечный код длительности процесса, а узел индикации УИНД обеспечит его индикацию на ЦБИ на СИД. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВЫВОДЫ 

     В данной курсовой работе было рассмотрено тип цифровых интегральных микросхем транзисторно - транзисторной логики (ТТЛ). Схемы ТТЛ успешно обьеденяют простоту, високую скорость, экономичность с широкими логическими возможностями. Цифровые микросхемы предназанчены для преобразования и обработки сигналов, которые изменяются по законам дискретной функции.

     В ходе выполнения данной курсовой работы я изучила теоретические положения, раскрывающие проектирование схем цифровых блоков, выбор основных элементов блока; узнала как строить упрощенную структурную и принципиальную схемы электронного секундомера. Был разработан блок электронного секундомера с индикацией на цифробуквенных индикаторах с ручным запуском и остановкой секундомера, диапазоном измерения временя – 0-9 секунд. Для этого были выбраны микросхемы для каждого узла блока,  а именно для узла генератора, узла счетчика и узла индикации. Выбор каждого элемента был объяснен и, если было необходимо, проводилось сравнение микросхем разных серий. Также было приведено описание работы каждого узла по отдельности и блока в целом. Был произведен расчет схемы индикации, приведена временная диаграмма работы узла счетчика, разработаны структурная электрическая и принципиальная электрическая схемы блока. Во время выполнения задания была произведена активная работа с учебной литературой, список которой приведен в перечне литературы.   
 
 
 
 
 

     литература 

1. Богданович  М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шалимо В.В. Цифровые интегральные микросхемы. – Минск, Беларусь, 1991.
2. Большой Энциклопедический Словарь.
3. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. – М.: Энергоиздат, 1989.
4. Н.Н. Акимов и др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. – Минск.: Беларусь, 1994.
5. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Графическое изображение электрорадиосхем. –К.: Техніка, 1986.
6. ДСТУ 3008-95