ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМИ БИС

May 25, 2010 by admin Комментировать »

B. Псурцев.

Описываемый частотомер предназначен для измерения часто­ты и среднего периода периодических колебаний. Работает при­бор по традиционному принципу счета колебаний в интервале времени. Его отличительной особенностью является то, что как для счета, так и для формирования интервала счета использу­ются большие интегральные микросхемы (БИС) типа КР580ВИ53 микропроцессорного набора 580-й серии. Эти БИС наряду с прог­раммируемыми постоянными запоминающими устройствами (ППЗУ) позволили создать частотомер с программируемым в очень широком диапазоне интервалом счета: от 10 мкс до 100 с (всего 8 значений) в режиме измерения частоты и с программи­руемым в таком же широком диапазоне множителем периода: от 10 до 108 в режиме измерения периода. Переход на новое, большее значение интервала счета (множителя периода) осу­ществляется простым нажатием кнопки без использования много­позиционного переключателя. Значения интервалов счета (множи­телей периода) определяются содержимым ППЗУ, поэтому они могут быть и другими.

Для индикации результата счета используется девятиразряд-нын индикатор типа ИВ-28А. При переключениях интервалов счета (множителей периода) автоматически смещается запятая. Первая слева от запятой цифра в режиме измерения частоты соответствует единицам мегагерц, а в режиме измерения сред­него периода — единицам микросекунд. Индикация результатов счета непрерывная, т. е. процесс счета на индикаторе не отобра­жается.

Частотомер состоит из четырех блоков: питания, высокочас­тотного, индикации и базового.

Блок питания должен вырабатывать три напряжения: +5 В (1,2 А); -5 В (0,5 А), -30 В (0,2 А). Последнее может быть нестабилизировано, так как оно подается на питание индикатора.

В высокочастотном блоке, состоящем из шести корпусов ин­тегральных микросхем, используются ИС 500-й серии, благодаря чему верхняя измеряемая частота равна 200 МГц.

В блоке индикации для запоминания результата счета (девяти разрядов) используется не девять корпусов ИС регистров, а опе­ративное запоминающее устройство (ОЗУ) типа 155РУ2, что по­зволяет сократить число ИС блока индикации до 8.

В состав базового блока входят 16 корпусов ИС и БИС Значительное место при описании базового блока пришлось уде­лить работе БИС КР580И53 и процедурам их программирования, потому что имеющаяся в литературе [1, 2] информация по этому вопросу совершенно недостаточна.

В режиме измерения среднего периода максимальная изме­ряемая частота ограничена быстродействием счетчиков БИС КР580ВИ53 и примерно равна 2,5 МГц.

Чувствительность частотомера в режиме измерения частоты на самых высоких частотах не хуже 0,3 В, а в режиме измерения среднего периода на всех частотах не хуже 0,5 В.

В частотомере имеется один вход для измеряемого сигнала и один выход контрольного сигнала (1 МГц). Кроме тумблера включения питания, частотомер снабжен тремя органами управле­ния: двухпозиционным переключателем (тумблером) рода рабо­ты (частота/период), кнопками начального сброса и переключе­ния времени измерения (множителя периода). После нажатия кнопки сброса устанавливается минимальное значение времени измерения (множителя периода).

clip_image002

Рис. 1. Принципиальная схема высокочастотного блока

Схема высокочастотного блока приведена на рис. 1. В его состав входят два декадных счетчика DD3, DD4 ЭСЛ 500ИЕ137, два преобразователя уровня DD5, DD6 ЭСЛ-ТТЛ 500ПУ125, пре­образователь уровня DD1 ТТЛ-ЭСЛ 500ПУ124 и логический ЭСЛ элемент DD2 500ЛМ101.

Логические элементы DD2.1 и DD2.2 используются для уси­ления входного сигнала, а на DD2.3 собран триггер Шмитта, который необходим для получения коротких фронтов сигнала на входах синхронизации счетчиков при малых измеряемых часто­тах. Логический элемент DD2.4 используется в качестве источника сигнала логической единицы. Все входы ИС 500-й серии соеди­нены внутри схемы с выводом — 5 В через резисторы сопротив­лением около 100 кОм, поэтому входы, на которых должен быть постоянно логический ноль, можно оставлять свободными. На рис. 1 свободные входы не обозначены. Выходы ИС не имеют нагрузочного резистора, поэтому все используемые выходы должны соединяться через резисторы сопротивлением 150…200 Ом с выво­дом — 5 В. Еще лучше соединять используемые выходы через резисторы сопротивлением 51 Ом с дополнительным источником питания минус 2 В.

Перед началом счета импульсом WHFCT через DD1 на счет­чики DD3, DD4 записывается число 99. В процессе счета счет­чики устанавливаются в режим вычитания. Необходимость такой записи и режима вычитания вызвана тем, что и в базовом блоке используются вычитающие счетчики. Результат счета с выходов преобразователей уровня DD5, DD6 считывается в память блока индикатора только после окончания счета, поэтому ограничен­ность быстродействия выходных формирователей ТТЛ уровней DD5, DD6 не снижает максимальную частоту счета.

Высокочастотный блок смонтирован на печатной плате, име­ющей контактные площадки только для выводов ИС, которые соединяются в соответствии со схемой короткими прямыми про­водками. Длинные (>5 см) соединения осуществляются витой парой проводников в эмалевой изоляции диаметром 0,1…0,25 мм. Второй конец витой пары припаивается к выводам «общ.» ИС, соединяемых между собой. Счетчики DD3, DD4 сильно нагрева­ются (можно получить ожог), поэтому для отвода тепла их кор­пуса приклеены к медной шине (2×5 мм2), которая скрепляется с корпусом частотомера.

БИС КР580ВИ53 содержит три 16-разрядных вычитающих счетчика, каждый с регистром хранения числа и регистром управ­ляющего слова. Счетчики могут работать независимо в одном из шести режимов, определяемых регистром управляющего слова счетчика. Загрузка регистров счетчиков осуществляется через восьмиразрядную шину данных сигналом логического нуля на входе WR. Адрес загружаемого регистра определяется логическими сигналами на адресных входах АО, А1 в соответствии с правилом, приведенным в табл. 1.

Таблица I

м

АО

WR =0

0

0

Счетчик 0

0

1

Счетчик 1

1

0

Счетчик 2

1

1

Регистры упр. слов

Регистры управляющих слов счетчиков — восьмиразрядные, поэтому они загружаются одним отрицательным импульсом на входе WR, Хранящие же регистры счетчиков — 16-разрядные и за­гружаются двумя импульсами на входе WR, вначале младший байт (8 разрядов), а затем старший. Возможна также загрузка только одного байта старшего или младшего.

Для чтения содержимого каждого счетчика необходимо в со­ответствии с табл. 2 установить адрес и подать сигнал логиче­ского нуля на вход RD. При этом может быть как последователь­ное чтение: вначале младшего, а затем старшего байта, так и независимое чтение только старшего или только младшего байтов

Таблица 2

Al

АО

RD =0

0

О

Счетчик 0

0

1

Счетчик 1

1

О

Счетчик 2

1

1

Запрещено

И при загрузке, и при чтении на входе CS (выбор кристалла) должен быть потенциал логического нуля. При загрузке (WR = 0) выводы DO D7 БИС являются входами, а при чтении (RD = 0) — выходами, поэтому во втором случае шина должна быть освобож­дена теми устройствами памяти, с которых производилась за­грузка.

Адрес регистра управляющего слова (РУС), режим чтения и записи, режим работы счетчика определяются битами шины дан­ных при А0 = А1 = 1, WR = 0 в соответствии с табл. 3.

Таблица 3

D7 D6

D5 D4

D3 D2

D1

D0

00-РУС

00 — нет операции 01 — ч/з

000 — Режим 0

0 — двоичный счетчик

счетчика 0 01-РУС

001 — Режим 1 Х10 — Режим 2

счетчика 1 10-РУС

только МБ 10-ч/з только СБ 11 -ч/з МБ, а затем СБ

XII — Режим 3 100 — Режим 4

1 — декадный счетчик

счетчика 2 11 — запрещено

101 — Режим 5

Каждый из трех счетчиков БИС имеет счетный вход CLK, вход управления GATE и выход OUT. Частота следования импуль­сов на счетном входе не должна превышать 2,5 МГц. Вид выход­ного сигнала и реакция на сигнал управления определяется режимом.

Режим 0. Прерывание по окончании счета.

После загрузки управляющего слова на выходе устанавлива­ется ноль. Счет разрешается только после загрузки второго байта. Ноль на выходе сохраняется до тех пор, пока число на счетчике не достигнет нуля, после чего счетчик продолжает считать, а на выходе устанавливается единица до новой загрузки. Загрузка младшего байта останавливает счет, а загрузка старшего запускает его. Ноль на управляющем входе прерывает счет, при переходе управляющего сигнала в единицу счет продолжается с прерванного значения. На временных диаграммах работы счетчика в режиме О (рис. 2,а) управляющее слово CW=10 в шестнадцатизначном коде или CW — 00010000 в двоичном коде. В соответствии с табл. 3 это означает, что загружается только младший байт (D5 D4 — 01) счет­чика 0 (D7Z76 — 00), причем счетчик двоичный D0 — 0, а режим его работы — 0 (D3D2D 1 = 000). На верхних диаграммах QATE = 1, на средних отрицательный импульс на управляющем входе прерывает счет, на нижних показано, что новая загрузка до окончания счета приводит к загрузке нового числа и изменяет момент достижения нуля или появления единицы на выходе. Чтение содержимого счетчика возможно в любой момент после загрузки регистров.

В таблицах под диаграммами выходных сигналов показаны значения обоих байтов счетчиков.

Режим 1. Ждущий генератор импульса.

После загрузки регистров на выходе устанавливается единица. Положительный перепад (фронт) на управляющем входе загружа­ет счетчик и запускает счет. В процессе счета сигнал на выходе равен нулю. В момент достижения нуля счет останавливается, а на выходе устанавливается единица. Длительность нуля на выходе равна загруженному числу периодов сигнала на счетном входе. Задержка выходного импульса относительно фронта на управля­ющем входе не превышает двух таких периодов. Фронт на управ­ляющем входе, появившийся до окончания выходного импульса, перезагружает счетчик и тем самым изменяет выходной импульс. В этом режиме счетчик перезагружается только по фронту на управляющем входе. Например, перезагрузка регистра счетчика в процессе счета не меняет длительности выходного импульса, и только после следующего запуска на выходе появится импульс с новой длительностью. На временных диаграммах этого режима (рис. 2, б) управляющее слово CW=12 (00010010 в двоичном коде).

Режим 2. Синтезатор периода.

После загрузки регистров на выходе периодически появляются отрицательные импульсы, длительность которых равна одному периоду сигнала на счетном входе. Период следования выходных импульсов равен загруженному числу периодов сигнала счетного входа. Сигнал на .выходе равен нулю, когда число на счетчике равно единице. Счетчик перезагружается по фронту выходного сигнала. Ноль на управляющем входе прерывает счет, после пере­хода в единицу счет продолжается с прерванного значения. Пере­загрузка регистра счетчика в процессе счета не меняет текущего периода. Временные диаграммы этого режима приведены на рис, 2, в.

В частотомере используются только первые три режима, поэто­му описание остальных трех режимов (Генератор меандра. Прог­раммный строб. Аппаратный строб) здесь не приводится. На рис. 3 даются только подробные временные диаграммы этих режимов.

В базовом блоке частотомера используется шесть счетчиков двух БИС КР580ВИ53. Схема соединения аппаратных выводов счетчиков приведена на рис. 4. Счетчики 0 обеих БИС программи­руются в декадный режим 0 и используются для счета импульсов. Перед началом счета счетчики загружаются одинаковыми числами 9999. На выходе счетчика в режиме 0 может появиться только один перепад напряжения, поэтому для имитации сигнала заема (переполнения) используется первый счетчик DD11 (СТ0.1), за­программированный в двоичный режим 2 с загружаемым числом N =10 000. Счетчик СТ1.1 используется как генератор периодиче­ской последовательности коротких импульсов, необходимых для динамической индикации результата счета. Счетчики СТО.2 и СТ1.2 используются для формирования интервала счета (или множителя периода). Интервал счета в микросекундах равен произведению загружаемых на эти счетчики чисел. Оба счетчика — двоичные, первый кз них работает в режиме 2, а второй — в режиме 1.

clip_image004

Рис. 2. Временные диаграммы работы интегрального таймера:

а — режим прерывание по окончании счета, б — режим ждущею генератора импульса, в — «ежнм синтезатора периода

clip_image006

Рис. 3. Временные диаграммы работы интервального таймера.

а — режим генератора меандра; б — режим программного строба, в — режим аппаратного строба

Цикл работы частотомера можно разделить на следующие этапы: загрузка регистров управляющих слов (шесть тактов), за­грузка младших и старших байтов регистров счетчиков (12 так­тов), запуск счета и счет и, наконец, чтение младших и старших байтов результата счета.

Рассмотрим вначале более подробно этапы загрузки регистров. На рис. 5 приведены временные диаграммы управляющих сигна­лов (АО, Al, CSO, CS1, …) всех этапов. Этап загрузки занимает первые 18 тактов, из которых в первые шесть тактов загружаются регистры управляющих слов. Из нерегулярности временных диаграмм управляющих сигналов следует, что для формирования надо использовать постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В дан­ном случае для формирования первых восьми сигналов (рис. 5) используется программируемое постоянное запоминающее устрой­ство (ППЗУ) типа 155РЕЗ емкостью 32 байта.

clip_image008

Рис. 4. Схема соединения аппаратных выводов счетчиков

На принципиальной схеме базового блока (рис. 6) показаны связи ППЗУ управляющих сигналов DD10 БИС программируемых интервальных таймеров DDU, DD12. Адреса АО, А1 и сигналы выбора кристаллов CSO, CS1 непосредственно формируются ППЗУ DD10, а сигналы записи WR и чтения RD формируются из сигна­лов WE (разрешение записи), RE (разрешение чтения) и сигнала кварцевого генератора при помощи дополнительных элементов DD13, DD14, DD15. Необходимость применения дополнительных элементов для формирования сигналов записи WR и чтения RD, а также сигналов запуска Р счета и установки S вызвана тем, что эти сигналы должны быть «чистыми» без выбросов, которые появляются на выходах ПЗУ при переключениях адресов. Содер­жимое ППЗУ, соответствующее восьми управляющим сигналам A0…SE, приведено в табл. 4. Здесь адрес и содержимое представ­лено в глестнадцатиричном коде, причем АО — младший разряд, SE — старший разряд.

clip_image010

Рис. 5. Временные диаграммы управляющих сигналов

Например, по адресу ID (29 в десятичном коде) имеется число 2С = 00101100, которое соответствует следующим значениям сигна­лов SE = 0, PE = 0, RE-1, WE = 0, CS1-1, CS0-1, А1=А0 = 0.

Адрес ППЗУ управляющих сигналов DD10 формируется при помощи счетчика DD6 и триггера DD5, которые асинхронно уста­навливаются в ноль сигналами RS-триггера DD3.1, DD3.2 при нажатой кнопке сброса SB1. После отпускания кнопки сброса происходит последовательное изменение адреса с частотой 1 МГц Этот процесс продолжается до 18-го такта, в котором импульсом Р (вывод 3 DD13) сбрасывается триггер DD2.1, в результате чего процесс изменения адреса прерывается. Фронтом импульса Р за­пускается ждущий генератор импульса, реализованный на СТО.2 и СТ1.2 БИС DD11, DD12. Адрес ППЗУ DD10 остается постоян­ным до тех пор, пока фронт импульса с выхода СТ1.2 не установит в единицу триггер DD2.1, после чего с задержкой на один такт продолжается изменение адреса. При появлении сигнала перепол­нения на выходе счетчика DD6 через элементы DD3.4, DD3.3 он устанавливается в состояние 0001, а триггер DD5, являющийся младшим разрядом адреса, сбрасывается в ноль, т. е. устанавли­вается адрес 00010, с которого и начинаются все последующие циклы. Таким образом, регистры управляющих слов счетчиков СТ1.2 и СТ1.1 загружаются только один раз после нажатия кнопки сброса. Остальные регистры управляющих слов и регистры всех счетчиков перезагружаются в каждом цикле. Порядок перезагруз­ки не обязательно должен быть в точности таким. Например, за­грузку регистров управляющих слов можно производить только один раз после нажатия кнопки сброса. Нельзя только перезагру­жать в каждом цикле регистр управляющего слова счетчика СТ 1.1, который формирует периодический сигнал для динамической инди­кации, так как в противном случае при малых временах измерения из-за частых перезагрузок сигнал на его выходе будет вообще отсутствовать

clip_image012

Рис. 6. Принципиальная схема базовою блока

Таблица 4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

А

В

С

D

Е

F

00

17

17

17

18

18

19

19

14

14

15

15

10

16

16

ОС

28

28

28

28

24

24

24

24

0F

Данные, загружаемые в регистры счетчиков СТО.О — СТ 1, содержатся в двух БИС DD8, DD9 ППЗУ типа 556РТ4, которые в сумме имеют емкость 256 байт. Такая большая емкость ППЗУ данных необходима для того, чтобы загружать в счетчики СТО.2 и СТ1.2 разные числа и тем самым устанавливать различные зна­чения времени измерения (множителя периода). В этих ППЗУ DD8, DD9 от старших трех разрядов адреса зависит содержимое только тех данных, которые соответствуют числам, загружаемым в регистры счетчиков СТО.2 и СТ1 2 Остальные данные повторяются Старшие разряды А5 — А7 адреса DD8, DD9 задаются трех­разрядным счетчиком DD7, который кнопкой сброса SB1 устанав­ливается в ноль, а кнопкой SB2 последовательно переключается в одно кз восьми состояний.

Таблица 5

Старл адрес

Число на СТО.2

Число на СТ1.2

Вр. изм.

множ. пер.

10-код

16-КОд

10-код

16-код

0

2

0002

5

0005

10

1

10

000А

10

000А

102

2

10

000 А

100

0064

103

3

10

000А

1 000

03Е8

104

4

10

000А

10 000

2710

105

5

100

0064

10 000

2710

106

6

1 000

03Е8

10 000

2710

107

7

10 000

2710

10 000

2710

108

Числа, загружаемые в регистры счетчиков СТО.2 и СТ1.2, и соответствующие им времена измерения в микросекундах (множи­тели периода) приведены в табл. 5.

ППЗУ DD8, DD9 — четырехразрядные, поэтому в DD8 содер­жится младшая тетрада, а в DD9 старшая тетрада байта данных Содержимое этих ППЗУ приведено соответственно в табл. 6 и 7.

Таблица 6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

А

В

С

D

Е

F

00

2

С

1

С

C

1

9

9

0

7

2

0

9

9

0

7

20

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

А

0

9

9

0

7

40

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

А

0

9

9

0

7

60

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

А

0

9

9

0

7

80

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

А

0

9

9

0

7

АО

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

4

0

9

9

0

7

СО

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

8

3

9

9

0

7

ЕО

2

С

1

C

C

1

9

9

0

7

0

7

9

9

0

7

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

В

С

D

E

10 30

5

А

0

0

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F F

F

F

F F

F

F

50

70 90 ВО DO FO

4

8

0

0

0

0

0

3

7

7

7

7

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F F F F F F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F F

F F

F

Таблица 7

0

1

2

3

4

б

6

7

8

А

В

С

D

Е

F

00

В

7

3

в

7

3

9

9

2

0

0

9

9

D

0

20

В

7

3

в

7

3

9

9

2

0

0

9

9

D

0

40

В

7

3

в

7

3

9

9

2

0

0

9

9

D

0

60

В

7

3

в

7

3

9

9

2

0

0

9

9

D

0

80

В

7

3

в

7

3

9

9

2

0

0

9

9

D

0

АО

В

7

3

в

7

3

9

9

2

6

0

9

9

D

0

CO

В

7

3

в

7

3

9

9

1

2

Е

0

9

9

D

0

EO

В

7

3

в

7

3

9

9

1

2

1

2

9

9

D

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

В

С

D

E

F

10

0

0

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

30

0

0

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

50

6

0

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

90

Е

0

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

1

2

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

ВО

1

2

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

DO

1

2

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

FO

1

2

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

Все используемые ППЗУ имеют выходные каскады с откры­тым коллектором, поэтому ко всем их выходам подключены нагру­зочные резисторы R6R21. Для освобождения шины данных на интервале счета и этапе считывания во все ячейки с младшими адресами от 12 по IF записываются единицы. Дополнительно к этому, на этапе считывания ППЗУ данных DD8 и DD9 отключа­ются по входам CS сигналом RE.

Кварцевый генератор собран на операционном усилителе DA1 типа 544УД2 по стандартной схеме. Подстройка частоты и устой­чивость колебаний достигаются подбором емкостей конденсаторов С6, С7. При работе с внешним эталоном нет необходимости от­ключать внутренний кварц Z1, достаточно колебания внешнего генератора подать через конденсатор С8 на вход DA1.

Результатом счета являются две тетрады счетчиков высоко­частотного блока, два байта данных (4 тетрады) счетчика СТО.О и два байта данных счетчика СТ1.0. В частотомере используется девятиразрядный индикатор ИВ-28А, поэтому старшая тетрада старшего байта СТ1.0 не используется. На этапе считывания на четыре такта сигналом CSO включается БИС DD11 и двумя импульсами RD на шину данных выводится вначале младший, а затем старший байт данных счетчика СТО.О. Затем аналогично на шину данных выводятся последовательно оба байта данных счетчика СТ1.0. Последние два такта этапа считывания отводятся для двух тетрад счетчиков ВЧ блока.

clip_image014

Рис. 7. Принципиальная схема блока индикации

Обратимся теперь к схеме блока индикации рис. 7. Данные считываются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) DD5 типа 155РУ2. Информационные входы ОЗУ соединяются с шиной данных и с выходами счетчиков ВЧ блока через мультиплексоры DD1 и DD2. Адрес ОЗУ задается декадным счетчиком DD3 типа 155ИЕ6. Перед началом считывания импульсом ~S~ число со счет­чика переписывается в регистр DD4, а счетчик сбрасывается в ноль. Далее на этапе считывания счетчик устанавливает 10 адресов ОЗУ. Одному импульсу RD БИС DD11, DD12 (см. рис. 6) соответ­ствуют два адреса: младший четный — младшей тетраде, а стар­ший нечетный — старшей тетраде байта данных. Младший разряд адреса ОЗУ является и младшим разрядом мультиплексоров DD1, DD2 (см. рис. 4). На последних двух тактах мультиплексор соеди­няет входы ОЗУ с выходами счетчиков ВЧ блока. Старший разряд адреса ОЗУ является и старшим (вторым) разрядом адреса муль­типлексора.

Этап считывания продолжается.всего 10 мкс в каждом цикле, остальное время производится последовательный опрос содержи­мого ОЗУ, дешифрация и последовательное высвечивание цифр на индикаторе. Этот этап заканчивается переписыванием числа с регистра DD4 на счетчик DD3 (см. рис. 7), что сохраняет цик­личность индикации. Изменение адреса ОЗУ при индикации производится по вычитающему входу счетчика DD3 импульсами с выхо­да счетчика СТ1.1. Для исключения возможности нарушения про­цедуры чтения при помощи DD16 импульсом RE запрещается подача этих импульсов на счетчик DD3 на этапе считывания.

Выходы счетчика DD3 задают адрес и на дешифратор DD7 типа 155ИД1, выходы которого управляют транзисторными клю­чами, воздействующими на разрядные сетки люминесцентного индикатора. Нулевому адресу ОЗУ соответствует третий справа разряд индикатора (поэтому нулевой выход дешифратора DD7 включает третий разряд индикатора). Соответственно этому выхо­ды 1, 2, 3, 4, 5, 6 включают 4, 5, 6, 7, 8 и 9 разряды индикатора. Выход 7 дешифратора из-за отсутствия десятой цифры не исполь­зуется, а первый и второй разряды индикатора включаются соот­ветственно выходами 8 и 9 дешифратора.

В вычитающем декадном счетчике число сосчитанных импуль­сов не совпадает с числом на счетчике, тем более оно не совпадает с числом на выходе ОЗУ, так как его выходы инверсны. В табл. 8 показано соответствие между этими числами.

Таблица 8

Число импульсов

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Число на счетчике

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Число на вых. ОЗУ

6

7

8

9

А

B

С

D

Е

F

Из этого соответствия следует, что дешифратор должен, например, включать сегменты цифры 0, когда на его входы подается число 6 и т. д. В связи с этим нет возможности непосредственно без допол­нительных устройств использовать стандартные дешифраторы. В данном случае в качестве дешифратора применено ППЗУ DD6′ типа 155РЕЗ. Семь выходов ППЗУ используются для включения сегментов цифр, а восьмой (вывод 4) — для включения запятой, Содержимое DD6 приведено в табл. 9.

Таблица 9

0

1

2

-3

4

5

6

7

8

9

А

В

С

D

Е

F

00

FF

FF

FF

FF

FF

FF

48

F9

АВ

39

F8

08

28

10

FF

FF

FF

FF

FF

FF

40

F1

84

АО

31

22

02

F0

00

20

Из анализа этой таблицы следует, что только сигнал управ­ления запятой на выводе 4 зависит от старшего адреса. При А4=1 запятая включена, при А4 = 0 — выключена. Сигнал на старший разряд адреса подается с выхода мультиплексора DD8, восемь входов-которого соединены с выходами дешифратора DD7, управ­ляющего включением разрядов индикатора. Адресные входы муль­типлексора DD8 соединены с выходами счетчика DD7 базового блока. Нули всех-выходов этого счетчика соответствуют минималь­ному времени измерения 10 мкс (множитель периода 10), запятая при этом должна включаться во втором разряде, поэтому вход 0 мультиплексора соединен с выходом 9 дешифратора, который включает второй разряд индикатора. В общем случае номер раз­ряда, в котором включена запятая, на 2 превышает число на счет­чике DD7. В соответствии с этим правилом входы мультиплексора DD8 соединены с выходами дешифратора DD7 (см. рис. 7). Таким образом, положение запятой однозначно связано с временем изме­рения, в результате чего при измерении частоты отсчет всегда делается в мегагерцах, а при измерении среднего периода незави­симо от множителя — в микросекундах.

Транзисторные ключи VT1VT17 включения сегментов и раз­рядов индикатора в качестве нагрузки имеют резисторы R18R34 с относительно малыми сопротивлениями 6,2 кОм. Это вызвано необходимостью уменьшения эффекта подсвечивания сегментов при малых временах измерения (10; 100; 1000 мкс). При больших временах измерения (>0,1 с) сопротивления этих резисторов мож­но существенно увеличить (до 36 кОм) и, более того, вообще отказаться от резисторов нагрузки в ключах управления разряда­ми и от всех резисторов, соединяющих базы и эмиттеры транзис-торовг

Как уже отмечалось, на время чтения данных из ОЗУ запре­щается подача импульсов с выхода СТ1.1 на адресный счетчик DD3, в связи с этим при измерениях среднего периода может возникнуть эффект мерцания цифр индикатора. Например, при точном равенстве k(mTx+T0) =2000 мкс, где k — целое число, т — множитель периода, Тх — измеряемый перлод, То — пауза в строго определенной фазе цикла относительно последовательности им­пульсов с выхода СТ1.1 ни один из них не попадает на вход адрес­ного счетчика. Это приведет к тому, что будет ярко светиться только одна из девяти цифр индикатора. При малейшем смешении частоты станут поочередно высвечиваться все цифры.

Уменьшение времени измерения (множителя периода) слегка уменьшает и яркость свечения индикатора, потому что на время (10 мкс) чтения и записи данных в ОЗУ дешифратор DD6 выклю­чается сигналом разрешения чтения RE. Например, при времени измерения 10 мкс длительность цикла равна 10 + 33 = 43 мкс, т е. примерно 25 % времени индикатор выключен.

Сборка и настройка этого частотомера доступна только очень опытным радиолюбителям. Ведь схема прибора достаточно сложна и совершенно нерегулярна, а следовательно, весьма вероятны и ошибки в монтаже. Кроме того, схема может неправильно работать и из-за ошибок программирования ППЗУ, хотя в то же время содержимое очень многих ячеек ППЗУ данных и ПЗУ дешифра­тора совершенно не влияют на работу частотомера. Например, область ППЗУ данных DD8 и DD9 базового блока, которая долж­на быть заполнена цифрами F, в действительности может быть заполнена совершенно произвольными цифрами

Замена цифр F на какие-либо другие в ППЗУ дешифратора DD6 (см. рис. 7) в ячейках с адресами 00 — 05 и 10 — 15 также не повлияет на работу частотомера, так как такие адреса не могут появляться на выходе ОЗУ.

Сборку и настройку следует начинать с блока индикации. При первом включении желательно не впаивать ИС мультиплексоров. После проверки правильности монтажа и отсутствия коротких замыканий выходов ИС с общей шиной и шинами источников питания следует включить источники питания. При этом на вычи­тающий вход адресного счетчика DD3 обязательно нужно подать импульсы с частотой следования примерно 500 Гц. Если вход записи WR ОЗУ и вход CS ППЗУ дешифратора DD6 соединить с общей шиной, а входы данных ОЗУ оставить свободными, то на индикаторе должны быть только цифры 9, а запятая должна нахо­диться в старшем девятом разряде. Далее, соединяя с общей шиной соответствующие входы данных ОЗУ, следует проверить правильность свечения всех цифр. Например, если соединить с общей шиной входы DO и D3 (подать число 6), то должен светить­ся 0 во всех разрядах. Если же соединить с общей шиной все входы данных ОЗУ (подать число 0), то не должна светиться ни одна цифра. Индикатор не должен светиться также для всех чисел от 0 до 5 (0000 — 0101). После этого надо проверить, выключается ли индикатор при отсоединении от общей шины входа CS ППЗУ дешифратора.

При впаивании мультиплексоров вначале не следует соеди­нять их адресные входы с выходами адресного счетчика. Задавая разные числа на группы входов DO, D1, D2 и D3 и меняя адреса мультиплексоров, следует убедиться в правильности их работы.

Например, если D0 = 0110, D1 = 0111, D2=1000, Ш=1001, то при А1 АО = 00; 01; 10; 11 должны светиться соответственно цифры 0, 1, 2, 3. Правильность включения запятой проверяется заданием кодов всех чисел от 0 до 7 на адресных входах мультиплексора DD8. Например, при соединении с общей шиной всех его адрес­ных входов (число 0) запятая должна светиться во втором разряде.

Заключительным этапом настройки блока индикации является проверка режима хранения ОЗУ. Для этого необходимо при вклю­ченном питании отсоединить от общей шины вход WR ОЗУ и убе­диться, что цифры, которые светятся на индикаторе, не зависят от потенциалов на входах мультиплексоров DD1, DD2. Перед при­соединением к базовому блоку следует проверить, не остались ли соединенными с общей шиной какие-либо входы ИС блока индикации.

Настройку базового блока надо начинать с кварцевого гене­ратора. Подбором конденсатора С7 и резистора R5 необходимо добиться его устойчивой работы. На предварительном этапе на­стройки точное значение частоты колебаний можно не устанавливать. Вместо указанного на схеме операционного усилителя до­пускается использовать и другие быстродействующие операционные усилители, например 574УД1, а еще лучше — один из трех инвер­торов ИС 176-й серии типа 176ЛП1 [3]

На начальном этапе настройки необходимо отключить вывод 12 счетчика DD6 от входа (вывод 13) DD3 и соединить с общей шиной входы S (выводы 4 и 10) триггеров DD2. Переключатель S1 режима работы поставить в положение «F». После этого надо включить питание и проверить правильность работы триггера DD5 и счетчика DD6. На выводе 7 счетчика должен быть меандр с периодом 32 мкс. Спадом этого сигнала следует запускать ждущую развертку осциллографа. Далее при помощи осциллографа проверяется соответствие сигналов на выходах ППЗУ DD10 вре­менным диаграммам (см. рис. 5) и соответствие этим диаграммам сигналов на выходах DD13 и выводе 8 DD14. Не надо обращать внимание на многочисленные выбросы сигналов на выходах ППЗУ Они не влияют на работу базового блока. Следующий этап — про­верка содержимого ППЗУ данных DD8 и DD9 для всех восьми со­стояний счетчика DD7. Если это содержимое соответствует табл. 6 и 7, то надо соединить вывод 12 DD6 с выводом 13 DD3; при этом период сигнала на выводе 7 счетчика DD6 должен умень­шаться с 32 до 30 мкс. На выводе 13 БИС DD12 после нажатия кнопки сброса SB1 должна быть последовательность отрицатель­ных импульсов с периодом следования 2 мс и длительностью 1 мс. не зависящая от состояния счетчика DD7, т. е. от нажатия кноп­ки SB2. На выводе 17 БИС DD12 после нажатия кнопки сброса SB1 должны быть отрицательные импульсы с длительностью 10 мкс. При первом же нажатии кнопки SB2 эти импульсы должны исчезнуть, а после дальнейших семи нажатий — появиться вновь На выводе 17 DD11 после нажатия кнопки сброса должны быть колебания с периодом 2 мкс, после первого нажатия кнопки SB2 — 10 мкс, а при следующих нажатиях колебания должны исчезнуть. Если входы S (выводы 4, 10) триггеров DD2 отсоеди­нить от общей шины и соединить с выводом 6 DD3, то после нажа­тия кнопки сброса период колебаний на выводе 7 счетчика DD6 должен увеличиться на 14 мкс. При этом на выводе 9 триггера DD2 будут отрицательные импульсы с длительностью 10 мкс и паузой между ними 34 мкс. Нажатие на кнопку SB2 приводит к тому, что длительность этих импульсов повышается до 100 мкс, а пауза — до 50 мкс. Последующие нажатия увеличат длитель­ность этих импульсов до 1, 10, 100 мс, 1, 10, 100 с, а паузы до 50, 50, 50, 234 мкс, 2, 20 мс. В двух последних случаях необходимо запастись терпением, ожидая реакцию на нажатие кнопки SB2.

Для проверки правильности счета на выходы 9 и 15 DD11 не­обходимо подать колебания внутреннего кварцевого генератора Затем можно при помощи осциллографа (наблюдая сигналы шины данных, соответствующие первым четырем импульсам RD) установить правильность работы счетчиков СТО.О и СТ1.0.

Однако лучше подключить к базовому блоку блок индикации Если индикатор подключен правильно, счетчики работают нор­мально, а входы мультиплексора, предназначенные для подключе­ния к ВЧ блоку, свободны, то после нажатия кнопки сброса на индикаторе должно быть число 00000109,9. Нажатие на кнопку SB2 должно изменить это число на 0000100,99 и т. д. Две край­них девятки служат признаком того, что соответствующие входы мультиплексора свободны.

Высокочастотный блок функционально очень прост, поэтому его предварительная настройка сводится к проверке общей работо­способности. При более точной отладке следует подобрать пара­метры входной цепи так, чтобы, с одной стороны, ВЧ блок имел максимальное быстродействие, а с другой — при низких частотах не было лишних переключений счетчиков.

С техникой и методикой программирования ПИЗУ можно познакомиться в [1, 2, 3].

Частотомер можно использовать как цифровую шкалу к супер­гетеродинному радиоприемнику. Для этого необходимо так запро­граммировать ППЗУ, чтобы в счетчики СТО.О и СТ1.0 записыва­лись не все девятки, а числа, соответствующие отрицательному значению промежуточной частоты. Можно, например, ограничить­ся всего одним значением времени измерения — 0,1 с и двумя промежуточными частотами 0,465 и 10,7 МГц. В этом случае вместо счетчика DD7 (см. рис. 6) можно использовать триггер, а в ППЗУ данных DD8, DD9 только четвертую часть объема В рассмотренном варианте частотомера частота сигнала в ре­жиме измерения среднего периода ограничена сверху быстродей­ствием счетчиков БИС КР580ВИ53 (~2,5 МГц). Если возникнет необходимость измерить средний период более высокочастотных колебаний, то введением, дополнительных переключателей можно переключать декады ВЧ блока в режим предварительного деления частоты на 100. Благодаря этому примерно во столько же раз повышается верхняя измеряемая частота и в 100 раз увеличивается множитель периода. Понятно, что два младших разряда индика­тора придется выключить.

К источнику питания частотомера не предъявляется никаких особых требований, допустимы даже пульсации до 100 мВ. Напря­жение питания индикатора Кссз ( — 20… — 30 В) можно не стабили­зировать, напряжение нити накала 3 В индикатора желательно подава-ь от отдельной обмотки трансформатора, отвод от середи= ны этой обмотки должен соединяться с выводом VCC3-

В заключение нужно отметить, что несмотря на применение совершенных БИС частотомер имеет довольно большой объем (31 корпус, более трех корпусов на декаду). Это объясняется неприспособленностью используемых БИС к задачам измерения частоты. Но, с другой стороны, выпускаемый промышленностью частотомер 43-54 содержит более ста ИС 133 и 136 серий.

Литература

1. Юшин А. Микропроцессорные БИС серий К 580, КР580. — Радио, 1984, № 11, с 60.

2. Юшин А. Микропроцессорные БИС серий К 580, КР 580. — Радио, 1984, № 12, с. 55.

3. Псурцев В. Цифровая шкала для трансивера «Радио-76 М». — М.: Радиоежегод-ник-85, ДОСААФ, 1985

4. Багдян В. Программирование ПЗУ для дисплея. — Радио, 1984, № 4, с. 17, 18

5. Пузаков А. ПЗУ в спортивной аппаратуре. — Радио, 1982, № 1, с. 22, 23.

6. Дианов А. П., Щелкунов Н. Н. Модуль программирования микросхем ППЗУ — Микропроцессорные средства и системы, 1985, № 3,с. 80 — 83.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты