Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 54)
Теперь мы ждем отклика пользователя. Он нажимает кнопку останова таймера 2, соединенную с его входом (контакт 2). Короткий импульс низкого уровня на входе таймера 2 переключает его и на выходе появляется высокий уровень. Потенциал на выводе отключения тактирования счетчика тоже возрастает и счет останавливается.
Проблемы в процессе разработки
Этот проект привел к появлению одной непростой проблемы. Когда я собрал исходную схему несколько лет назад, она работала хорошо. Когда некоторые специалисты из журнала Make собрали это устройство, оно тоже работало хорошо. Мы и не подозревали, что вывод сброса таймера 555 ведет себя по-разному у микросхем разных производителей. Это не отражено в техническом паспорте.
Спустя несколько лет после издания книги я получил сообщение от одного читателя, что его схема работает нестабильно, а иногда вообще не работает. Я собрал схему заново, подключил ее к осциллографу и увидел, что разделительный конденсатор «добросовестно» передает импульс от таймера 3 к выводу сброса таймера 2. Но таймер 2, действительно, иногда не распознавал импульс.
В чем же проблема? Либо импульс слишком короткий, либо его уровень недостаточно низкий. В любом случае, было принято решение подавать более низкое напряжение на контакт 4 таймера 2. Именно по этой причине вы видите два резистора, подключенные к контакту 4. Они работают как делитель напряжения, подавая напряжение немного меньше 2 В на вывод 4. Этого достаточно, чтобы поддерживать его функциональность, а также дать возможность уменьшить напряжение сброса, чтобы таймер надежно срабатывал.
Теперь все работает нормально. У меня, по крайней мере. Мы проверим эту схему снова перед изданием этой книги. Если она не работает у вас, попробуйте подать другое напряжение на контакт 4 таймера 2, заменив резистор 47 кОм другим, с более низким или более высоким номиналом. Вы также можете попробовать взять разделительный конденсатор большей емкости. И сообщите мне об этом, пожалуйста. Конечно же мне хочется, чтобы все схемы из этой книги работали правильно и стабильно. Но я не могу предусмотреть все заводские отклонения, которые могут повлиять на конечный результат.
Дополнительные разряды индикатора
Добавить еще два разряда очень просто, поскольку каждый из индикаторов будет управляться от собственного счетчика 4026В, и все счетчики и индикаторы будут подключены в основном одинаково. Это продемонстрировано на рис. 4.74.
Обратите внимание на фиолетовые провода слева. Каждый из них соединяет выход переноса предыдущего счетчика и тактирующий вход следующего.
Желтые провода справа соединяют вместе все выводы сброса счетчиков, и таким образом, когда вы сбрасываете один, сбрасываются все.
У второго и третьего счетчиков контакты 2 заземлены синими проводами. Как вы помните, контакт 2 – это вывод отключения тактирования.
Рис. 4.74. Завершенный макет устройства едва умещается на макетной плате
Останавливать счет второго и третьего счетчиков нам не понадобится, поскольку они находятся под полным контролем первого счетчика. Когда первый останавливается, прекращают счет и остальные два.
Не забудьте подать положительное напряжение на вывод 16 (вход питания) на втором и третьем счетчиках, пустив красный провод над каждой микросхемой, как показано на рис. 4.74.
Калибровка
Как настроить правильную скорость работы этой схемы?
Начните с замены резистора номиналом 10 кОм на резистор номиналом 100 кОм на первом установленном таймере, а также замените конденсатор емкостью 3,3 мкФ конденсатором на 47 нФ (0,047 мкФ). В теории это должно создать частоту 1023 Гц, которая близка к необходимой нам частоте в 1000 Гц.
Рис. 4.75. Монтаж построечного потенциометра для настройки измерителя быстроты реакции
Для точной настройки вам необходимо заменить один из резисторов 10 кОм у таймера 1 подстроечным потенциометром. Монтаж здесь настолько плотный, что едва можно найти свободное место, но мне удалось втиснуть сюда подстроечный потенциометр. Как это можно сделать, показано на рис. 4.75, на котором дан крупный план прилегающего пространства вокруг самого нижнего из трех таймеров.
Вначале передвиньте синие провода (см. рис. 4.74) на один ряд вверх. Изогните вертикальный красный провод по правой стороне. Удлините вывод от оставшегося резистора 10 кОм, позаботившись о том, чтобы он не коснулся других неизолированных проводников. Теперь можно вставить потенциометр, подключив при этом контакт его движка к положительной шине питания, а другой контакт – к выводу 7 таймера. Третий контакт потенциометра подключается к свободному ряду макетной платы и его можно проигнорировать.
Следует взять подстроечный потенциометр с номиналом 20 или 25 кОм и начинать приблизительно с середины его диапазона. Теперь у вас есть три варианта подстройки схемы, чтобы она заработала на частоте 1 кГц.
• Если у вас окажется мультиметр с возможностью измерения частоты, то просто заземлите черный щуп мультиметра, красным коснитесь контакта 3 у первого установленного таймера, а затем вращайте движок потенциометра, пока мультиметр не покажет 1 кГц. Дело сделано!
• Если у вас нет мультиметра, который измеряет частоту, то возможно у вас есть цифровое устройство для настройки гитары. В интернет-магазине eBay оно стоит пару долларов. Подключите динамик к выходу таймера 555 (включая разделительный конденсатор емкостью 10 мкФ и последовательный резистор 47 Ом), и устройство должно сообщить вам частоту ноты, которую генерирует таймер.
• При отсутствии подходящего мультиметра или приспособления для настройки гитары можно использовать любые часы – наручные, будильник или в телефоне – которые отображают целые секунды. Когда таймер работает на частоте 1 кГц, то второй счетчик будет сменять значение каждую сотую долю секунды, а третий – каждую десятую долю секунды. Прежде чем начать отсчет заново, третий счетчик пройдет через десять цифр, а это означает, что он будет показывать ноль раз в секунду.
Проблема в том, что каждая цифра будет отображаться так быстро, что вам будет трудно уловить момент, когда появится ноль. Поэтому следует поступить так.
Закройте все сегменты самого «медленного» дисплея, кроме сегмента в нижнем правом углу. Он будет светиться постоянно, за исключением тех моментов, когда индикатор показывает цифру 2, в этот момент он гаснет. Вам будет гораздо проще подсчитать количество миганий одного сегмента, чем пытаться распознать цифры полностью. Регулируйте сопротивление потенциометра, который вы добавили, и постепенно вы сможете синхронизировать самый медленный индикатор с устройством измерения времени.
Улучшения
Когда я завершаю какой-либо проект, я намечаю возможности его улучшения. Вот некоторые идеи.
Дальше – логические элементы
В техническом плане такой счетчик, как 4026В, – это логическая микросхема. Она содержит
Поскольку логика настолько фундаментальна для электроники, я собираюсь основательно раскрыть эту тему, начиная со следующего эксперимента. Волшебные слова И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-HE, Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-HE распахнут двери в новый мир цифровых приключений.
Эксперимент 20. Изучение логических элементов
Когда вы исследуете одиночные логические элементы, их функционирование очень легко понять. Если соединить их вместе, то алгоритм их работы становится более сложным. Поэтому мы будем рассматривать каждый элемент по отдельности.
В этом разделе содержится много теоретических сведений. Я не ожидаю, что вы сразу запомните все. В данном случае целью является предоставление информации, к которой вы сможете обратиться в дальнейшем.
Что вам понадобится
• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, тестовые провода, мультиметр
• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)
• Однополюсный ползунковый переключатель на два направления (1 шт.)
• Микросхема 74НС00 с четырьмя двухвходовыми элементами И-НЕ (1 шт.)
• Микросхема 74НС08 с четырьмя двухвходовыми элементами И (1 шт.)
• Слаботочные светодиоды (2 шт.)
• Кнопки (2 шт.)
• Стабилизатор напряжения LM7805 (1 шт.)
• Резисторы с номиналами 680 Ом (1 шт.), 2,2 кОм (1 шт.) и 10 кОм (2 шт.)
• Конденсаторы емкостью 0,1 мкФ (1 шт.) и 0,33 мкФ (1 шт.)
Стабилизатор напряжения
Логические элементы более капризны, чем таймер 555 или счетчик 4026В, с которыми вы работали ранее. Микросхемы, которые мы будем далее использовать, требуют ровно 5 В без колебаний или выбросов.