2.4 Описание работы базового логического элемента

Базовым логическим элементом в данном проекте можно считать логический элемент «ИЛИ». Этот элемент является одним из важнейших элементов в цифровой технике. Принцип его работы заключается в том, что при подаче логической единицы хотя бы на один из его входов – на его выходе всегда будет логическая единица. Логический ноль на его выходе будет лишь в том случае, когда на всех его входах будут логические нули. Таблица 2.2 наглядно отображает логику его работы, а рисунок 2.4 представляет собой условно-графическое обозначение (УГО) данного элемента на принципиальных схемах.

Таблица 2.2 – Таблица истинности логического элемента «ИЛИ»

Вход 1	Вход 2	Выход
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Рисунок 2.4 – УГО логического элемента «ИЛИ»

Стоит также отметить, что на зарубежных принципиальных схемах данный элемент отображается немного иначе. На рисунке 2.5 представлено УГО данного элемента в зарубежной литературе.

Рисунок 2.5 – УГО логического элемента «ИЛИ» на зарубежных схемах

3 Разработка принципиальной схемы двоичного счетчика и временные диаграммы его работы

Разработку принципиальной схемы можно разделить на 3 этапа: разработка принципиальных схем формирователя импульсов, генератора импульсов и самого счетчика. Для каждой части ранее была подобрана ИМС, так что осталось лишь разработать схемы обрамления.

Формирователь импульсов – кнопка, переходящая в схему защиты от дребезга. Системой защиты от дребезга, как было описано ранее, является RS-триггер. Вариант схемы защиты от дребезга приведен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Пример схемы защиты от дребезга

Для его реализации было решено выбрать ИМС К561ЛА7, представляющую собой 4 элемента «И-НЕ». В данном случае будет использоваться только 2 из этих элементов. Принципиальная схема кнопочного формирователя импульсов с использованием выбранной ИМС приведена на рисунке 3.2.

При нажатии кнопки схема из положения «0» переходит в положении «1». Во время дребезга контактов, контакт в начальное положение не возвращается, а сказывается в промежуточном положении, тогда на входы поступают «висячие» единицы и триггер находится в состоянии хранения. Дребезг устраняется.

Рисунок 3.2 – Принципиальная схема кнопочного формирователя импульсов

Схема питания будет представлена позже для полной принципиальной схемы.

Генератор прямоугольных импульсов представляет собой готовый набор под названием NS047. Это набор элементов, для самостоятельной сборки генератора. Особенностью данного генератора является его очень широкий диапазон рабочих частот: от 250 Гц до 16 кГц. Питание осуществляется постоянным напряжением от 7 до 12 В. Набор содержит достаточно большой перечень элементов, приведенный в таблице 3.1. На рисунке 3.3 представлена принципиальная электрическая схема генератора импульсов.

Генератор низкой частоты выполнен на базе таймера NE555 (DA2) с перестраиваемой частотой генерации в указанном диапазоне. Выходной сигнал – прямоугольной формы. Частотозадающие элементы таймера –R3, R4, R5 и C4. Перестройка частоты осуществляется потенциометром R2. На ИМС DA1 выполнен стабилизатор напряжения питания схемы генератора. Емкости С1,С2 и С3 – фильтрующие, по питанию. Уровень выходного сигнала регулируется потенциометром R6. Переключатель SW1 предназначен для вкл./выкл. устройства. Светодиод HL1 индицирует работу генератора. Источник питания подключается к контактам X1 (+) и X2 (-). Сигнал НЧ снимается с контактов X3 (+) и X4 (-).

Рисунок 3.3 – Принципиальная электрическая схема генератора импульсов

Таблица 3.1 – Перечень элементов для сборки генератора

Позиция	Номинал	Примечание	Количество
C1	1000 мкФ/25 В	(1020)	1
C2, C3	0,22 мкФ	(224)	2
C4, C5	0,01 мкФ	(103)	2
C6, C7	0,22 мкФ/0,47 мкФ	(224) или (474)	2
DA1	78L09	ИМС, ТО92	1
DA2	NE555	ИМС (…555…), DIP8	1
HL1	LED 3mm R	Светодиод красный	1
R1	2 кОм		1
R2	470 кОм/500 кОм		1
R3	1 кОм/1,1 кОм		1
R4	10 кОм		1
R5	4,7 кОм		1
R6	10 кОм	Подстроечный	1
	Socket DIP8	Колодка для ИМС	1
SW1	SS-8	Переключатель	1
	ED500V-2*5	Клеммник	1
	BNC-JR	ВЧ-разъем	1
	A047	Печатная плата	1

Как видно из таблицы 3.1, в данном наборе присутствует печатная плата. Монтажная схема также присутствует и изображена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Монтажная схема генератора импульсов

Так как все схемы генератора импульсов были приведены, а также он подключается с помощью ВЧ-разъема, то в дальнейшем он будет обозначаться одним элементом на общей принципиальной схеме.

Непосредственно сам счетчик будет выполнен на базе ИМС 74НС107. Его принципиальная схема приведена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Принципиальная схема основной части счетчика

В качестве элемента коммутации, как было описано ранее, был выбран логический элемент «Исключающее ИЛИ». Это позволит автоматизировать процесс выбора источника входящего сигнала. К тому же, особенность этого элемента, описанная ранее, не позволит использовать два источника сигнала одновременно, что исключает ошибки.

В схеме предусмотрен сброс. Он осуществляется нажатием кнопки «RESET». Входы сброса инверсные. Это значит, что кнопка реализована таким образом, что при ее нажатии размыкается цепь питания входов сброса.

Схема имеет 4 выхода, которые в дальнейшем подключаются к светодиодам.

Общая принципиальная схема изображена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 – Общая принципиальная схема счетчика

В схеме предусмотрено два источника питания, так как питание ИМС осуществляется от напряжения 5 В, а сигнал логической 1 соответствует напряжению 2,4 В.

Наиболее точно принцип действия двоичного счетчика можно наблюдать на его временных диаграммах, изображенных на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Временные диаграммы цифрового счетчика