Что такое двоично десятичный счетчик
Перейти к содержимому

Что такое двоично десятичный счетчик

  • автор:

5.2.4. Двоично-десятичные счетчики

Двоично-десятичные счетчики реализуют счет импульсов в десятичной системе счисления, причем каждая десятичная цифра от нуля до девяти кодируется четы­рехразрядным двоичным кодом (тетрадой). Эти счетчики часто называют десятич­ными или декадными, поскольку они работают с модулем счета, кратным десяти.

Многоразрядный двоично-десятичный счетчик строится на основе регулярной цепочки декад, при этом первая (младшая) декада имеет вес 10°, вторая — 10 1 , тре­тья —10 2 и т.д.

Декада строится на основе четырехразрядного двоичного счетчика, в котором исключается избыточное число состояний. Исключение лишних шести состояний в декаде достигается многими способами:

  • предварительной записью числа 6 (двоичный код 0110); после счета девя­того импульса выходной код равен 1111 и десятичный сигнал возвращает счетчик в исходное состояние 0110. Таким образом, здесь результат счета фиксируется двоичным кодом с избытком 6;
  • блокировкой переносов: счет импульсов до девяти осуществляется в дво­ичном коде, после чего включаются логические связи блокировки перено­сов; с поступлением десятого импульса счетчик заканчивает цикл работы и возвращается в начальное нулевое состояние;
  • введением обратных связей, которые обеспечивают счет в двоичном коде и принудительное переключение счетчика в нулевое начальное состояние после поступления десятого импульса.

Схема синхронного десятичного счетчика с блокировкой переносов показана на рис. 5.20.

Рисунок 5.20-Схема десятичного счетчика на JK-триггерах

В этой схеме С-входы используются как счетные. С приходом десятого импуль­са на С-вход младшего разряда JK-триггера обнуляются первый и четвертый разря­ды и сигналом с выхода Q4 блокируют переключения второго и третьего разряда. Схема суммирующего счетчика с обратными связями (один разряд) показана на рис. 5.21.

Рисунок 5.21-Схема десятичного суммирующего счетчика cобратными связями

После сброса в нулевое начальное состояние на счетный вход первого тригге­ра поступают суммируемые импульсы U + . Сигналы переноса в старшие разряды формируются обычным асинхронным способом. Счет до девяти ведется в двоичном коде.

После прихода десятого входного импульса обратная связь на основе схемы совпадения вырабатывает сигнал P=U + Q4Q3Q2Ql, который является переносом для старшей декады и одновременно переключает счетчик в нулевое состояние.

Далее цикл работы счетчика повторяется.

Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика показана на рис. 5.22.

Рисунок 5.22-Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика

Модуль данного счетчика составляет Ксч = 10 5 = 100000, емкость счета AU = Ксч — 1= 99999.

Выходы триггеров каждой декады подключаются ко входам дешифраторов, ко­торые обеспечивают визуальную индикацию состояния счетчика с помощью разного рода световых табло.

5.2.5. Счетчики с единичным кодированием

При единичном (унитарном) кодировании состояния nразрядного счетчика различаются только местоположением одной единицы, называемой маркирующим кодом; в других разрядах записаны нули. В отдельных случаях маркирующий код состоит из двух единиц и называется парно-единичным.

Счетчик с единичным кодированием — это цепочка триггеров, в которой обес­печивается сдвиг предварительно записанного маркирующего кода по «кольцу» в на­правлении старших разрядов (прямой счет) или младших (обратный счет). Такие счетчики часто называют кольцевыми (по аналоги с кольцевыми регистрами сдвига).

Счетчик с единичным кодированием характеризуется:

модулем КСч = п и емко­стью счета Nmax = n — 1.

Таким образом, число состояний кольцевого счетчика равно его разрядности и существенно меньше в сравнении с другими типами счетчиков.

В кольцевых счетчиках каждый разряд имеет вес, равный номеру состояния 0, 1, 2. (п — 1). Из состояния (п — 1) после поступления очередного импульса счетчик образует на выходе сигнал окончания цикла (переполнения) и возвращается в на­чальное состояние с помощью цепи обратной связи с выхода старшего разряда Qn на вход младшего разряда Q1.

Схема четырехразрядного кольцевого счетчика пока­зана на рис. 5.23, а.

Рисунок 5.22-Схема и временная диаграмма кольцевого счетчика

Перед началом работы по входу D схемы ИЛИ в младший разряд счетчика за­писывается единица и устанавливается начальный код Q4Q3Q2Q1 = 0001.

С поступ­лением каждого счетного импульса по входу синхронизации единичный код после­довательно сдвигается в сторону старших разрядов; при этом младшие разряды, выполненные на D-триггерах с динамическим управлением, обнуляются.

После при­хода четвертого импульса счетчик возвращается в начальное состояние с помощью сигнала с выхода Q4 на вход схемы ИЛИ.

Практическое использование кольцевых счетчиков объясняется следующими его достоинствами:

  • не требует выходного дешифратора, поскольку все состояния отличаются наличием единицы только в одном каком-либо триггере;
  • в процессе счета всегда переключается в единичное состояние только один триггер, что обеспечивает минимальное значение tyct;
  • упрощается построение схемы контроля счетчика.

Схема счетчика Джонсона (рис. 5.24) строится на основе кольцевого, в котором обратная связь реализуется подключением инверсного выхода старшего разряда ко входу младшего.

Рис. 5.24. Счетчик Джонсона: а схема; б временные диаграммы

Счетчик Джонсона характеризуется модулем счета Ксч = 2n и емкостью счета Nmax = 2п — 1. Таким образом, число состояний счетчика Джонсона в два раза боль­ше аналогичного параметра кольцевого счетчика. Однако информация на выходах счетчика Джонсона представляется не в двоичной позиционной системе счисления, которая требует дополнительного преобразования. Как видно из временных диа­грамм (рис. 5.24, б), в процессе счета вначале двигается «волна» единиц, а затем — «волна» нулей. Дешифрация состояний счетчика Джонсона осуществляется проще в сравнении с двоичными позиционными счетчиками.

  1. Что такое счетчик?
  2. Перечислите области применения счетчиков.
  3. Сформулируйте признаки классификации счетчиков.
  4. Охарактеризуйте два режима работы счетчика: управления и деления.
  5. Как можно повысить быстродействие счетчика в режиме управления?
  6. Чем отличается двоичный счетчик от десятичного?
  7. Какие ограничения накладываются на работу реверсивного счетчика?
  8. По каким правилам организуются связи между триггерами суммирующего и вычитающего счетчиков?
  9. Каковы особенности работы счетчика на двухступенчатых триггерах в сравнении с D-триггерами с динамическим управлением?
  10. Перечислите способы построения счетчиков с произвольным модулем счета.
  11. Охарактеризуйте счетчик Джонсона.

4. Двоично-десятичные счетчики

Двоично-десятичные (декадные) счетчики ведут счет в десятичной системе счисления. Каждая десятичная цифра от 0 до 9 кодируется четырехразрядным двоичным кодом, так называемой тетрадой. Эти устройства являются разновидностью счетчиков по модулю n. В своем составе они, как правило, имеют четыре триггера. Простейший двоично-десятичный счетчик представлен на рис. 11.

Рис. 11 Декадный счетчик

Логический элемент 2И выявляет первый запрещенный набор 1010, который соответствует десятичному числу 10, и производит сброс триггеров.

Такой счетчик хорошо работает при невысокой частоте входных им­пульсов.

Недостатком счетчика является кратковре­менное присутствие двоичного сигнала, соответствующего десятичной цифре 10, т.к. счетчик считает до 10 включительно, а затем уда­ляет это состояние. Устранение этого недостатка осуществляется аналогично техническому решению в схеме рис. 10.

С помощью нескольких декадных счетчиков можно производить подсчет количества единиц, десятков, сотен импульсов и т.д., присвоив каждому из счетчиков соответствующий вес. Данные счетчики бывают суммирующими, вычитающими и реверсивными.

5. Реверсивные двоичные счетчики

В двоичном счетчике направление счета меняется переключением выходных сигналов управления триггеров: Q и инверсия Q. Для переключения используются мультиплексоры MUX(2-1).

На рисунке 12 представлен трехразрядный реверсивный счетчик. Если на управляющий вход U подан сигнал логической единицы, то счет­чик работает как суммирующий, если ноль, то, как вычитающий.

Рис. 12 Трехразрядный реверсивный двоичный счетчик

6. Синхронные счетчики

Счетчик называется синхронным, если все его триггеры переклю­чаются одновременно общим сигналом синхронизации. Это возможно, когда условия для переключения нужных триггеров создаются до появления сигнала синхронизации.

Из временных диаграмм двоичного суммирующего счетчика (рис. 2) следует, что любой триггер переключается, если во всех триггерах младших по отношению к нему разрядов записаны единицы. Триггер самого младшего разряда переключается каждым задним фронтом входного импульса.

Эти условия подготавливают переключение триггеров и реализуются с помощью параллельных переносов:

Функциональная схема синхронного счетчика представлена на рис. 13.

Рис. 13 Функциональная схема синхронного суммирующего счетчика

При построении этой схемы выполнялись следующие правила:

— импульсы, которые требуется сосчитать, подаются на вход первого триггера;

— каждый следующий триггер получает входной сигнал в виде результата логического умножения сигналов с выходов всех предыдущих триггеров.

Следует отметить, что для создания T-триггеров обычно используются другие типы триггеров, у которых кроме информационного входа имеется отдельный тактовый вход.

Поэтому потребность в элементе логического умножения на входе триггера D2 отпадает и в соответствующих входах у других элементов умножения тоже.

Кроме того, упрощаются функции переноса. Для суммирующих синхронных счетчиков функция переноса:

Для вычитающих счетчиков функция переноса:

Для реверсивных счетчиков функция переноса:

где: i = 0…n; n+1 количество разрядов счетчика.

В синхронных суммирующих счетчиках со сквозным переносом для организации переноса в разряд i+1 используется перенос в i разряд:

Это требует меньшего числа входов логических элементов для организации цепей переноса. Недостаток – быстродействие ниже, чем у счетчиков с параллельным переносом.

Для вычитающих счетчиков функция переноса:

Структура синхронных счетчиков одинакова, переключаются ли триггеры передним или задним фронтом импульса. В зависимости от переключающего фронта смещаются временные диаграммы, т.к. изменяется момент времени переключения.

Применение счетчиков: делители частоты; генераторы случайных чисел; устройства памяти; управление работой микропроцессоров (обращение к памяти и т.д.).

Счетчики и регистры используются для организации передачи информации по линиям связи в последовательном коде.

Поскольку передача осуществляется непрерывно, то требуется обозначить начало передачи и, соответственно, приема некоторого сообщения (слова), а так же окончания этого процесса. После того начинается трансляция очередной порции информации.

Выходной двоичный код считывается с выхода регистра сдвига бит за битом с частотой тактового сигнала. Этот процесс называется тактовой синхронизацией (C). Сигналы начала и окончания передачи слова образуют кадровую синхронизацию (S).

Импульсы C и S связаны между собой и получаются с помощью счетчика. На рисунке 14 приведена временная диаграмма передачи двоичного восьмиразрядного слова: 11001001.

Рис. 14 Временная диаграмма передачи

восьмиразрядного последовательного двоичного кода

Передача кода начинается в момент времени t1.

На временном интервале t1t2 с выхода регистра передающего устройства в линию связи поступает старший разряд кода.

Он считывается по переднему фронту тактового сигнала принимающего устройства.

Далее процесс повторяется для остальных разрядов кода. Окончание передачи обозначается сигналом S.

Скорость приема и передачи кода одинакова, сигналы управления жестко связаны межу собой, т.к. формируются с помощью общего генератора сигналов и счетчиков.

Если в данном примере использовать реверсивный регистр, то передачу информации можно осуществлять в обоих направлениях.

Что такое двоично десятичный счетчик

Двоично-десятичный счетчик

Есть счетчики, в которых имеются десятичные дешифраторы, такие счетчики называются ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫМИ. Для экспериментов с двоично-десятичным счетчиком нам понадобится модуль с двоично-десятичным счетчиком (рис. 1). У данного счетчика есть три входа и десять выходов. Вход R служит для обнуления (при этом, на выходе 0 будет единица, а на всех остальных выходах — нули).

Входы CN и СР -для приема импульсов, которые нужно считать. При этом, чтобы счетчик считал импульсы, поступающие на СР, на входе CN должна быть единица (иначе считать не будет), а чтобы считать импульсы на CN нужно чтобы на СР был ноль. Таким образом, остановить счет импульсов со входа СР можно подав на CN ноль. А остановить счет импульсов со входа CN можно подав единицу на СР.

Номер выхода счетчика, на котором есть единица соответствует числу сосчитанных импульсов. Например, если импульсов не было, — единица на выходе 0, а если поступило, допустим, 7 импульсов, то единица будет на выходе 7. В любой момент времени единица может быть только на одном из выходов двоично-десятичного счетчика.

Для практического изучения двоично-десятичного счетчика можно собрать схему по рисунку 2. Она состоит из мультивибратора на инверторах микросхемы D1, двоично-десятичного счетчика D2 и индикатора на VT1. Светодиод HL3 загорается когда от мультивибратора на вход CN счетчика поступает единица. Он все время мигает. Кнопка S1 служит для подачи на вход СР логической единицы. Кнопка S2 — для подачи единицы на вход R. Ключ на транзисторе VT1, мы будем подключать к разным выходам счетчика перестановкой одного провода (так и обозначен — провод). Если на выходе, к которому подключен этот провод единица, — светодиод HL4 горит.

И так, установим счетчик в ноль, для этого нажмем кнопку S2. Пока держим S2 нажатой на всех выходах счетчика — нули, кроме выхода 0. При отпускании S2 счетчик начинает считать. После первой вспышки HL3 на выходе 0 установится ноль, но на выходе 1 будет единица. После второй вспышки HL3 единица уже будет на выходе 2 . И так далее, после девятой вспышки — единица на выходе 9. Затем, по приходу 10-го импульса счетчик вернется в нулевое положение и счет начнется снова.

Двоично-десятичный счетчик

Рис.3

На основе двоично-десятичного счетчика можно сделать такую игру — угадайку (рис.З.). У вас кнопка S1 и еще десять кнопок, пронумерованных от 0 до 9. Нажимаете кнопку S1 и через некоторое время (по вашему усмотрению) отпускаете. А затем вы должны угадать число, в которое установился счетчик, — от 0 до 9, нажав, соответственно одну из кнопок «0» . «9». Если угадали правильно, — загорится светодиод HL2.

В основе схемы простейший генератор случайных чисел. Работает он так: мультивибратор на D1 генерирует импульсы относительно высокой частоты — примерно 15 кГц. Это значит, что когда вы держите кнопку S1 нажатой, состояние счетчика D2 изменяется от 0 до 9 1500 раз в секунду. Поэтому, «жульничать» совершенно невозможно. После каждого нажатия и отпускания S1 счетчик может оказаться в любом состоянии.

Двоично-десятичный счетчик

Рис.4А и 4Б

Широко применяются двоично-десятичные счетчики с выходом на семисегментный цифровой индикатор. Такой счетчик, если к нему подключить индикатор, покажет вам результат в виде изображения цифры. На рисунке 4А показан модуль с двоичнодесятичным счетчиком, с выходом на индикатор, а на рисунке 4Б — модуль индикатора цифры от 0 до 9.

У данного счетчика есть всего два входа и семь выходов. Вход R служит для обнуления, когда на него поступает единица счетчик сбрасывается и подключенный к его выходам индикатор показывает «0». На вход С поступают импульсы, которые счетчик считает. Внутренний дешифратор счетчика преобразует двоичный код его выходов в набор уровней для управления цифровым индикатором, состоящим из семи светодиодных сегментов.

Для практического изучения двоично-десятичного счетчика с выходом на семисегментный индикатор можно собрать схему, показанную на рисунке 5.
Схема очень похожа на схему на рисунке 2, но отличается другим модулем счетчика, а так же, наличием цифрового индикатора Н1 вместо контрольного устройства на транзисторе и светодиоде. Светодиод HL1 загорается когда от мультивибратора на вход счетчика поступает единица. Он все время мигает. Кнопка S1 служит для обнуления.

Двоично-десятичный счетчик

Рис.5

И так, нажимаем кнопку S1, — на вход R счетчика D2 поступает единица (о чем говорит зажигание HL2). Счетчик переходит в нулевое состояние и удерживается в нем пока S1 нажата. На индикаторе Н1 светится цифра «0». После отпускания S1 счетчик начинает считать импульсы и на индикаторе цифры меняются по возрастанию, а затем, после «9» снова на «0» и далее все повторяется.

Двоично-десятичный счетчик

Рис.6

На рисунке 6 показана схема еще одной игрушки на основе генератора случайных чисел. Это подобие игрального кубика, но позиций не шесть — от 1 до 6, а десять, — от 0 до 9. Когда кнопка S1 не нажата её нормально замкнутые контакты блокируют мультивибратор на D1, не давая ему работать. Но стоит нажать кнопку, как мультивибратор запускается. Частота импульсов достаточно высокая, и цифры на индикаторе будут сменяться так быстро, что различить их будет невозможно (примерно 15000 смен цифры в секунду).

Как только вы отпустите кнопку S1, мультивибратор снова заблокируется и счет импульсов прекратится. А на индикаторе будет видно последнее число, в которое установился счетчик до того как мультивибратор был заблокирован.

Десятичный счётчик-дешифратор K561ИЕ8 (CD4017) и красивый эффект на нём

Привет, Хабр! Бегущие огни многие из нас уже собирали. А что, если сделать их не одномерными, а двумерными? То есть, чтобы они бегали не по вектору, а по матрице?

Получится эффект со множеством вариантов настройки, в зависимости от частоты вертикальной и горизонтальной развёртки.

И воплотим мы его не на Ардуино и микроконтроллерах, а на микросхемах стандартной логики. Которые и от импорта не зависят, и программному взлому не поддаются, а ещё они олдскульные, тёплые, почти ламповые.

Начнём с классических, одномерных бегущих огней.

Подобные схемы мы собирали уже дважды, и разбирали принцип их работы. Сегодняшние бегущие огни отличаются от светомузыкальной игрушки тем, что тактируются не микрофонным усилителем, а таймером NE555, а от колеса Фортуны — тем, что частота задающего генератора не модулируется постепенно разряжающимся электролитическим конденсатором, а настраивается посредством подстроечного резистора.

Эта простейшая любительская конструкция очень наглядно и ярко демонстрирует необходимость блокировочных конденсаторов по питанию, они же фильтры питания, в устройствах на цифровых микросхемах.

На видео можно наблюдать, что при отключении фильтрующего конденсатора огоньки хаотично «бесятся», вместо того, чтобы дисциплинированно бегать по своей траектории с заданной скоростью. По причине того, что по линии питания чувствительная и высокоскоростная микросхема получает ложные сигналы.

И в отличие от микроконтроллера, никакого алгоритма распознания ложных сигналов запрограммировать в неё нельзя. Десятичный счётчик-дешифратор просто считает входные импульсы и выводит логическую единицу на выход, соответствующий тому числу, до которого он досчитал.

Именно поэтому разработчики и производители советской аппаратуры на цифровых микросхемах не жалели дорогих палладиевых конденсаторов серии КМ (керамический многослойный) для, казалось бы, такой «тупой» работы, как фильтровать питание каждого корпуса или небольшой группы корпусов. (Здесь корпус — синоним слова микросхема, или словосочетания интегральная схема, integrated circuit, IC, принятого в англоязычной литературе).

▍ Шаговый искатель и счётчик-дешифратор

Казалось бы, простая микросхема CD4017 , или K561ИЕ8 , имеет в своём составе 31 логический элемент, не считая 5 триггеров. Согласитесь, было бы утомительно паять такую схему на отдельных логических элементах и тем более транзисторах, не говоря о лампах или реле!

Хотя в случае реле функцию счётчика-дешифратора выполнял шаговый искатель . В нём спусковой механизм, подобный тому, что в часах, (в терминологии часовщиков — «спуск», или «ход»), вместо маятника или балансира приводился в движение электромагнитом, а вместо стрелок были ножи переключателя, которые вращались между контактами.

Такие декадные шаговые искатели использовались на телефонных станциях. Прерыватель номеронабирателя посылал в линию число импульсов тока, соответствовавшее набранной цифре, а шаговые искатели в количестве, соответствующем числу цифр в номере, отсчитывали эти импульсы и переключали контакты так, чтобы подключить аппарат вызывающего абонента к аппарату абонента с набранным номером.

Интегральный счётчик-дешифратор K561ИЕ8, как следует из названия, состоит из двоичного счётчика, (только особого, как мы увидим ниже), и двоично-десятичного дешифратора.

Счётчик построен на пяти синхронных D-триггерах . Такой триггер, (от английского delay — задержка или data — данные), — запоминает состояние входа и выдаёт его на выход. D-триггеры имеют, как минимум, два входа: информационный D и синхронизацию C. После прихода активного фронта импульса синхронизации на вход C D-триггер открывается. Сохранение информации в D-триггерах происходит после спада импульса синхронизации. Поскольку информация на выходе остаётся неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защёлкой.

Импульсы синхронизации на все пять триггеров приходят с 14 ноги микросхемы, являющейся счётным входом, или входом тактирования — Clock. Перед этим они проходят через инвертирующий триггер Шмитта, чтобы микросхема воспринимала сигналы с разными уровнями логических единицы и нуля, и элемент И-НЕ.

Этот элемент предназначен для того, чтобы при высоком уровне сигнала запрета тактирования на выводе 13, — Clock inhibit, — счётчик не реагировал на входные импульсы.

Сигнал запрета тактирования проходит через два элемента НЕ, что может показаться бессмысленным. Однако в микросхеме таким образом реализован просто неинвертирующий буфер — усилитель-повторитель сигнала.

Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером или общим истоком, в зависимости от того, биполярный он или полевой, инвертирует входной сигнал. Когда на входе плюс, (рассматриваем NPN или N-канальный МОП в схеме с плюсовой шиной питания и минусом на массе), транзистор открывается и притягивает выход к земле.

Когда на входе низкий уровень, транзистор закрыт, и выход подтянут резистором или чем-то более интересным к плюсу питания. Что-то интересное — это источник тока на полевом транзисторе, который очень часто используется внутри микросхем для организации подтяжки нужной точки схемы к нужной шине.

Получается, что если бы мы собирали буфер-повторитель на транзисторах, их нам понадобилось бы как минимум два. То есть, это были бы два инвертора, или элемента НЕ, включённые последовательно.

Спросите, почему бы не применить эмиттерный или истоковый повторитель? — Потому что он не является честным буфером. Напряжение на его выходе ниже напряжения на базе или затворе на определённую, и немалую величину. То есть получится деградация уровня сигнала, которая в цифровой схеме неприемлема.

Чтобы получить настоящий буфер, повторяющий на выходе входное напряжение, транзисторному повторителю нужен ещё и операционный усилитель, имеющий в своём составе несколько транзисторов. Чего ни мы, ни создатели микросхемы не сочтём целесообразным.

Потому два логических элемента НЕ один за другим — это полностью осмысленное техническое решение, а не шутка чертёжника.

Итак, высокий логический уровень на выходе элемента ИЛИ-НЕ будет лишь в одном случае: когда на обоих его входах логический 0. То есть, когда на входе запрета тактирования низкий уровень, (для чего проще всего подпаять эту ножку к логической земле), а на входе тактирования логическая 1. (Триггер Шмитта ведь инвертирующий).

Ножка 15 — вход сброса — Reset — через такой же буфер из двух инверторов подаёт сигнал сброса на все пять триггеров.

А вот считает десятичный счётчик по-своему, не так, как привычный нам двоичный, каждый триггер которого, просто делит частоту входного сигнала на 2. Здесь такое происходит только между первым и вторым триггером, а также между третьим, четвёртым и пятым.

Перенос единицы на вход D третьего триггера происходит только в случае, когда на обоих входах соответствующего элемента ИЛИ-НЕ логический 0.

То есть, когда второй триггер установлен в единицу (сигнал на ИЛИ-НЕ берётся с инвертирующего выхода), и хотя бы один из двух триггеров — первый и третий — установлен в единицу.

Получается такая последовательность состояний триггеров:
00000 — 00001 — 00011 — 00111 — 01111 — 11111 — 11110 — 11100 — 11000 — 10000

Со следующим тактом система возвращается в 00000, и всё повторяется снова. Так работает десятичный счётчик.

Отметим, что эта система кодирования чисел отличается и от 4-разрядного двоично-десятичного кода, применяемого в телефонии, и от системы кодирования «2 из 5», где десятичная цифра кодируется 5 разрядами, из которых 2 бита установлены в 1, а 3 бита — в 0, что даёт ровно 10 комбинаций.

У нас получается, что от 0 до 4 выходное число равно числу единиц в коде. А от 5 до 9 оно равняется 10 минус число единиц в коде.

Сигнал переноса — Carry Out — на 12-м выводе микросхемы является инвертированным сигналом с выхода пятого триггера. От 0 до 4 его уровень высокий, а от 5 до 9 — низкий.

Далее дешифратор на десяти элементах И переводит этот пятиразрядный код в десятичный:

0, если 0 на первом и пятом триггерах — 00000;
1, если 1 на первом и 0 на втором триггере — 00001;
2, если 1 на втором и 0 на третьем — 00011;
3, если 1 на третьем и 0 на четвёртом — 00111;
4, если 1 на четвёртом и 0 на пятом — 01111;
5, если 1 на первом и на пятом — 11111;
6, если 0 на первом и 1 на втором — 11110;
7, если 0 на втором и 1 на третьем — 11100;
8, если 0 на третьем и 1 на четвёртом — 11000;
9, если 0 на четвёртом и 1 на пятом триггере — 10000.

Такая гениальная система двоичного кодирования десятичных чисел называется кодом Джонсона , и позволяет обойтись для каждого из выходов дешифратора всего-навсего одним двухвходовым элементом И. Соответственно, счётчик носит название счётчика Джонсона на сдвиговом регистре с перекрёстной обратной связью.

Лично меня это приводит в восхищение. Такое грамотное применение дискретной математики — просто противоположный полюс по сравнению с подходом ардуинщика, у которого вместо любого схемотехнического узла микроконтроллер.

А в программе того контроллера все расчёты с плавающей точкой, которая губит и производительность, и точность, и мешает сравнению величин. А где точка фиксированная, там перепутаны целые с неотрицательными, не учтены переполнения, и все тайминги на пустых циклах. «Счётчики? Прерывания? — Не слышали о таких».

Не поймите неправильно, к миру Ардуино и всего ему подобного я отношусь с огромной любовью и уважением. Такие любительские средства разработки и отладки снижают порог вхождения настолько, что сделать свои первые шаги в мир электроники сможет и дошкольник, и человек преклонного возраста, не говоря уже обо всех остальных. Это просто прекрасно!

Но стремиться к повышению инженерной культуры даже в простых казуальных самоделках можно и нужно. Хотя бы потому, что это интересно, и позволяет повысить самоуважение и веру в свои силы.

До пандемии ковида и дефицита полупроводников заменять даже простейшие триггеры микроконтроллерами было экономически обоснованным, если не стоял вопрос надёжности. Далее времена изменились, и люди снова вспомнили о своих верных друзьях — старых добрых микросхемах и транзисторах.

А в мире сложных разработок необходимы знания не только микроконтроллеров и процессоров, но самых разных схемотехнических узлов, которые дополняют друг друга и совместно создают прекрасную умную технику.

Под каждую конкретную задачу систему на чипе не создать. Нужно уметь работать и с операционными усилителями, и со стандартной логикой, и с транзисторами, и преобразователь напряжения уметь рассчитать и трассировать. Потому продолжаем изучать составляющие электроники на простых примерах.

▍ Развёртка, прямо как в телевизоре

А вот и схема нашего двумерного эффекта. Про блокировочные конденсаторы тут не забыли: присутствуют керамический C6 и электролитический оксидный C1.

Горизонтальная и вертикальная развёртка устроены почти одинаково. Выводы запрета тактирования, — ножка 13, — обеих CD4017 соединены с землёй. Ножка 12 — вывод переноса — не используется и висит в воздухе. Она представляет собой выход, а не вход, потому висеть в воздухе имеет полное право.

Десятый выход, — ножка 11, — каждого дешифратора соединён с его входом сброса, — ножкой 15. В узле горизонтальной развёртки напрямую, а в узле вертикальной через резистор R1 3.3 кОм, потому что в правом положении переключателя S4 горизонтальная развёртка тактируется сигналом сброса вертикальной.

Одинаковые тактовые генераторы собраны на интегральных таймерах NE555 . Каждый из них имеет переменный резистор регулировки частоты и переключатель частотных диапазонов. Высокую частоту задаёт керамический времязадающий конденсатор, низкую — электролитический.

В схеме горизонтальной развёртки используются NPN транзисторы S9014, включённые по схеме с общим эмиттером. Потому предусмотрены резисторы в цепи базы, номиналом по 10 килоом.

Такие же транзисторы применены в схеме вертикальной развёртки, но тут они включены по схеме с общим коллектором, потому в базовых резисторах не нуждаются. У такого каскада от природы высокое выходное сопротивление. Резисторы по 220 Ом задают токи светодиодов.

Стоит похвалить авторов схемы за использование одинаковых транзисторов в верхнем и нижнем ключах. Очень лаконичное, грамотное решение.

Посмотреть примеры живой динамической красоты, которую создаёт эта довольно простая и принципом работы и в сборке, (если хватит терпения паять почти полторы сотни деталей), можно на видео. И процесс пайки тоже.

В одной из следующих статей попробую превратить эту игрушку в осциллоскоп. Необходимая для этого микросхема, (а вы могли догадаться, что это LM3915 ), уже в пути. Скоро её получу.

На первом видео вы могли заметить ещё два красивых светодиодных эффекта. И качающийся колокольчик, и электронная юла построены на обычных симметричных мультивибраторах, на двух транзисторах.

Как видим, даже простейшие схемы на простых транзисторах могут быть очень эффектными и эффективными, если подойти к ним творчески. А уж микросхемы открывают безграничный волшебный мир, если научиться ими пользоваться.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *