ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ (занятие №9).

   На прошлых занятиях (№7 и №8) мы рассмотрели работу счетчиков и дешифраторов. Для того, чтобы на выходе счетчика получить результат счета в десятичной системе нужно было собирать схему из двух микросхем — счетчика и дешифратора. Но кроме счетчиков и дешифра­торов существует еще один тип микросхем — "счетчики-дешифраторы", содержащие в одном корпусе и счетчик и дешифратор, подключенный на выходе счетчика. Одна из таких, наиболее распространенных микросхем, — К561ИЕ8 (или К176ИЕ8). Микросхема содержит двоичный счетчик, счет которого ограничен до 10-ти (при поступлении на его счетный вход десятого импульса счетчик автоматически переходит в нулевое состояние), и двоично-десятичный дешифра­тор, который включен на выходе этого счетчика (рисунок 1).

 Микросхема К561ИЕ8 (К176ИЕ8) имеет такой же корпус как К561ИЕ10, но назначение выводов, естественно, другое (только выводы питания совпадают).

Для изучения функцио­нирования микросхемы К561ИЕ8 (К176ИЕ8) собе­рите схему, показанную на рисунке 2. 

На микросхеме D1 выполнен формирова­тель импульсов, он точно такой же как и в экспериментах на занятиях №7 и №8. Импульсы поступают на один из входов микросхемы D2, в данном случае на вход CP (вход положительных импульсов), при этом на второй вход CN (вход отрицательных импуль­сов) нужно подавать логическую единицу. Можно подавать импульсы и на вход •отрицательных импульсов — CN, но для этого нужно на вход CP подать логический нуль.

   Вход R служит для принудительной установки счетчика в нулевое состояние (на вход R подается единица кнопкой S2), при этом на выходе "0^й микросхемы D2 (вывод 3) будет единица, а на всех остальных — нули. Теперь нажимая на кнопку S1, при помощи мультиметра Р1 (или вольметра, тестера) проследите за изменением уровней на выходах микросхемы. Единица будет на том выходе, номер которого соответствует числу импульсов, поступивших на вход счетчика (числу нажатий на S1). То есть, если начали с нуля, то после каждого нажатия на S1 единица  "будет перемещаться" на следующий выход. И как только дойдет до 9-го (вывод 11), при следующем нажатии на S1 снова перейдет на ноль.

Микросхема К561ИЕ8 считает до 10-ти (от нуля до девяти, и при девятом импульсе переходит на нуль), но может потребоваться счет до другого числа, например до 6-ти. Ограничить счет этой микросхемы очень просто, нужно соединить проводом её вход R (вывод 15), с тем её выходом, на котором должен завершаться цикл счета. В данном случае это выход 6 (вывод 5). Как только микросхема D2 досчитает до 6-ти, единица с этого её выхода поступит на её вход R и сразу же установит счетчик в нуль. Микросхема будет считать от нуля до 5-ти, и при поступлении шестого импульса переходить в ноль, и далее снова по кругу.

Таким образом, коэффициент пересчета (коэффициент деления) микросхемы К561ИЕ8 можно устанавливать предельно просто — соединением одного её выхода с её входом R.

Соберите схему, показанную на рисунке 3.

 Мультивибратор на элементах D1.1 и D1.2 вырабатывает импульсы частотой 0,5-1 Гц, эти импульсы поступают на вход микросхемы D2, и на её выходах поочередно появляются единицы. Эти единицы зажигают светодиоды VD1-VD10. Получается что бежит световая точка сверху вниз (по схеме) — поочередно зажигаются светодиоды. В любой момент можно ограничить счет, — при помощи проводка соединить вход R с любым выходом, например с выводом 5.

У микросхемы К561ИЕ8 (К176ИЕ8) имеется еще один выход, обозначенный — "Р" — это выход переноса. Он необходим для того, чтобы организовать многоразрядную систему счетчиков, например, когда нужно считать не десять, а сто импульсов. Тогда одна микросхема будет считать единицы импульсов, а вторая десятки. Работает выход так : после установки нуля, на этом выходе будет единица, и так будет до тех пор пока микросхема не сосчитает пять импульсов, затем на этом выводе установится нуль, и будет до тех пор пока микросхема не досчитает до 10-ти и перекинется в ноль. Получается так, что на этом выходе за весь период счета микросхемы формируется один отрицательный импульс, завершение которого говорит о том, что микросхема досчитала до 10-ти. Этот импульс можно подать на вход CN другой микросхемы К561ИЕ8 (К176ИЕ8), и эта другая микросхема будет считать десятки импульсов, поступивших на вход первой. А общий коэффициент пересчета составит 100. Можно включить и третью микросхему вслед за второй (счет до 1000), и четвертую вслед за третьей (счет до 10000), и т.д.

Преобразование двоичного кода в десятич­ный это хорошо, но как сообщить человеку в удобной форме, то какое число на выходе счетчика, — подключить к каждому выходу десятичного дешифратора по лампочке, и подписать на ней цифру ? Согласитесь, это неудобно, хотя лет тридцать тому назад такой метод индикации был распространен.

Посмотрите внимательно на табло любых электронных цифровых часов. Под каждую цифру на табло есть поле, на котором расположены особым образом семь сегментов (не считая запятой), — либо светящиеся "черточки" - светодиоды (если табло светодиодное), либо флюоресцирующие катоды люминесцентных индикаторов, либо меняющие цвет "черточки" жидкокристалличес­кого табло. Всех их объединяет то, что каждое "посадочное место" под цифру состоит из семи "черточек", управляемых электрическими сигналами. Посмотрите на рисунок 4, там показано как из этих семи "черточек", именуемых сегментами формируются все цифры от "0" до "9". Индикаторы, образующие цифры при помощи семи сегментов называются семисегментными. Сегменты обозначаются буквами от А до G. А набор уровней, при подаче которого на семи- сегментный индикатор на нем формируются цифры называется семисегментным кодом.

Таким образом, для "вырисовки" цифры достаточно всего семи выходов дешифрато­ра, всего семь выхо­дов, каждый из кото­рых подключен к опре­деленному сегменту индикатора.А такие де­шифраторы называют семисегментными.

Наиболее распространенные цифровые светодиодные семисегментные индикаторы АЛС321Б и АЛС335Б, эти индикаторы содержат восемь светодиодов, из которых семь служат для образования цифр и имеют плоскую форму, и один треугольный — для отображения десятичной запятой. Аноды этих всех светодиодов соединены вместе и выведены на 14-й вывод, а катоды разведены по остальным выводам. На рисунке 5  изображен вид этих индикаторов, а также обозначено какие сегменты как именуются (А, В, С, D, Е, F, G). 

Справа изображен индикатор перевернутый выводами к читателю. Отсчет выводов начинается с черной или цветной точки на торце корпуса. Выводы помеченные крестиком на некоторых индикаторах (обычно более новых) могут отсутствовать, но счет выводов ведется так как будто они есть.

Для опытов мы будем использовать эти индикаторы. Но если у вас имеются другие светодиодные индикаторы, можно определить их цоколевку по справочнику (например, в "РК" 06 и 05 за 1999 г. есть много информации по таким индикаторам), или определить цоколевку индикатора самостоятельно. Нужно иметь ввиду, что не все индикаторы имеют соединенные вместе аноды, есть и с общими катодами. Определить это можно по маркировке, по последней букве, если это "А", — то общий катод, а если "Б" — общий анод. Обычно после буквы следует еще одна цифра, которая обозначает цвет свечения светодиодов индикатора.

И так, чтобы определить цоколевку семи- сегментного цифрового светодиодного индикатора нужна одна "плоская батарейка" и резистор на 200-360 Ом. Подключите резистор к одному из выводов "батарейки" и затем используя второй вывод батарейки и второй (свободный) вывод резистора методом проб и ошибок определите где общий вывод (обычно для индикаторов с общим катодом это вывод 12 или 4, а для индикаторов с общим анодом — 14 или 3). А затем при подаче тока на какие выводы относительно общего зажигаются какие сегменты. Подключать к индикатору батарейку без токоограничивающего резистора нельзя, поскольку это приведет к пережиганию светодиодов и порче индикатора.

Полдела сделано, с индикаторами разобрались, теперь поговорим о семисегментных дешифраторах.

Один из наиболее распространенных семисегметных дешифраторов — микросхема К176ИД2 (или К176ИДЗ, что почти одно и тоже). Микросхема имеет стандартный 16-ти выводный корпус, её цоколевка показана на рисунке 6. 

Кроме входов, на которые подается двоичный код с выходов счетчика (входы 1, 2, 4, 8), и выходов, к которым подключаются выводы семисегментного индикатора (выходы А, В, С, D, Е, F, G) микросхема имеет еще три входа : С, S и К. Семисегментные индикаторы бывают двух типов — с общим катодом и с общим анодом. Катоды светодиодов первых из них соединены вместе, поэтому общий катод такого индикатора подключается к минусовому полюсу питания, а для зажигания светодиодов сегментов (и запятой) требуется подача положительного напряжения на них. Если светодиоды индикатора имеют соединенные вместе аноды, то этот общий анод подключается к положительному полюсу питания, а зажигание светодиодов производится подачей на их катоды отрицательного напряжение. Можно сказать, что для индикаторов с общим катодом требуются единицы, а для индикаторов с общим анодом — нули на выходе дешифратора. Вход S микросхемы К176ИД2 как раз и служит для выбора с каким индикатором (с общим анодом или общим катодом) предстоит работать. Если индикаторы с общим анодом (как в нашем случае) на вход S подается логическая единица, а если индикаторы с общим катодом — нужно на S подать нуль.

Вход К служит для гашения индикатора, например если нужно чтобы он мигал, или если нужно индикацию выключать (например, когда сетевое питание отключено и часы работают от резервной батарейки). Чтобы индикатор погас на вход К нужно подать единицу, чтобы светился — нуль.

Вход С управляет внутренней ячейкой памяти дешифратора. Ячейка памяти дает возможность записать в нее индицируемую цифру, и индикатор будет показывать эту цифру до тех пор пока на вход С не поступит команда сменить запись. Например, если в приборе, в котором работает этот дешифратор, имеется счетчик, состояние которого быстро меняется и нужно показывать на табло только состояние этого счетчика в какой-то временной момент, например через каждые две секунды. Тогда на вход С подаются короткие положительные импульсы в тот момент когда нужно показать состояние счетчика. В этот момент двоичный код с выходов счетчика записывается в память дешифратора и на индикаторном табло будет светится цифра, соответствующая этому коду, все время до тех пор пока не поступит следующий импульс на вход С. Можно сказать, что при подаче .единицы на вход С, входы "1,2,4,8" дешифратора, как-бы, открываются и двоичный код через них поступает на дешифратор, который его преобразует в семисегментный код и подает на индикатор. Но при подаче нуля на С входы "1,2,4,8" дишифратора закрываются и он индицирует последнее число, код которого был на его входах до того как уровень на С сменился с единицы на нуль.

Получается, если память не нужна на вход С можно уверенно подать единицу (соединить с плюсом питания) и цифра на индикаторе будет меняться одновременно с изменением кода на входах "1,2,4,8".

Для изучения работы дешифратора К176ИД2 соберите схему, показанную на рисунке 6.

 Выключатели S1-S7 — микротумблеры, с их помощью можно изме­нить логические уров­ни на входах де­шифратора. Когда кон­такты микротумблера разомкнуты на вход микросхемы поступает нуль через один из резисторов R1-R7, когда замкнуты — единица.

Включите питание (подключите батарей­ку), при этом все тумблеры пусть будут разомкнуты. Затем замкните S6 — на индикаторе появится ноль. Теперь тумбле­рами S1-S4 установите двоичный код любого числа от 0 до 9 (например числа "4" — S3 замкнут, a S1, S2, S4 — разомкнуты). Индика­тор продолжит показывать ноль. Затем замкни­те S5 и на индикаторе появится та цифра, код которой вы установили (например "4").

Если замкнуть S7 индикатор погаснет. Если оставить замкнутым S5, — цифра на индикаторе Н1 будет меняться одновременно с изменением входного кода (тумблерами S1- S4). При разомкнутом S5 дешифратор не реагирует на коды на его входах "1,2,4,8" и цифра на индикаторе не изменяется.

На входы дешифратора можно подать сигналы с выходов любого двоичного счетчика серии К561 или К176, счет которого ограничен до десяти.

Микросхема К176ИДЗ работает аналогичным образом и имеет такую же цоколевку как и К176ИД2.

На следующем занятии рассмотрим микросхемы, содержащие в одном корпусе счетчик и семисегментный дешифратор.