Справочное пособие по цифровой электронике

Микросхема IC1 (КМОП-делитель) осуществляет деление частоты входных сигналов на 1024 (210). Цепочка R1, D1 и D2 защищает IC1 от чрезмерных входных напряжений (максимум ±50 В). Микросхема IC2 представляет собой усилитель звуковой частоты с фиксированным коэффициентом усиления. Частотная характеристика этого усилителя постоянна в диапазоне от нескольких герц до 20 кГц и больше.

Монтаж. Все компоненты индикатора монтируются на куске печатной платы (10 полосок с 37 отверстиями), который легко отрезать от стандартной платы Veroboard. Монтажная схема прибора приведена на рис. П2.20.

Рис. П2.20. Монтажная схема звукового логического индикатора.

Всего на плате нужно сделать 20 разрывов печатных проводников.

Рекомендуется следующая последовательность сборки: гнезда IС, выходные пистоны, перемычки, резисторы, диоды и конденсаторы. Динамик монтируется в верхней части корпуса пробника, для чего вырезается отверстие диаметром примерно 14 мм, а приклеивается динамик эпоксидной смолой. Затем подсоединяются провода питания с соблюдением правильной полярности, красный провод с зажимом типа «крокодил» подключается к источнику +5 В.

Прежде чем вставить микросхемы в гнезда и закрепить плату, нужно внимательно осмотреть ее и проверить перемычки и разрывы печатных проводников, правильную ориентацию полярных компонентов (диоды и электрические конденсаторы), отсутствие выплесков припоя и закорачиваний печатных проводников.

После проверки платы две микросхемы вставляются в гнезда и плата закрепляется в корпусе. При этом не требуется никаких дополнительных приспособлений, так как плата плотно зажимается при соединении двух половин корпуса. Держатель зонда соединяется со входом прибора, а сам зонд закрепляется в держателе.

Проверка. Эта операция производится на функционирующей микропроцессорной системе, например на домашнем компьютере.

Питание его берется из удобной точки основного блока питания.

Когда зонд индикатора ничего не касается, никаких звуков не слышно. После прикосновения зондом к выходу генератора синхронизации (идеально подходит частота синхронизации от 1 до 4 МГц), слышен «чистый» тон с частотой 1–4 кГц. Если коснуться зондом одной из линий данных, то возникнет резкий звук (с частотой от 100 Гц до 1 кГц).

В том случае, если прибор не издает никаких звуков, необходимо вынуть печатную плату из корпуса и тщательно проверить ее, обратив внимание на ориентацию полярных компонентов (диодов, электролитических конденсаторов, микросхем) и правильность перемычек и разрывов.

Целесообразно прослушать генерируемые индикатором звуковые сигналы при касании зондом следующих точек в микропроцессорной системе: остальных линий шины данных; линии шины адреса (улавливаете ли вы различия между сигналами от старших и младших линий адреса?), линии шины управления (включая линии считывания и записи), линии разрешения микросхем.

Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1 = R3 = 3 кОм; R2 = 22 кОм; R4 = 220 Ом; конденсаторы: С1 = 10 мкФ (танталовый, 25 В); С2 = 0,1 мкФ (полистироловый); С3 = 10 мкФ (электролитический, 16 В); С4 = 10 мкФ (электролитический, 25 В); С5 = 100 мкФ (электролитический, 16 В); С6 = 220 мкФ (электролитический, 16 В); полупроводниковые приборы: IC1 — 4020В; IC2 — ТВА820М; D1, D2 — 1N4148; D3— 1N4001.

Дополнительные детали: динамик с сопротивлением 8 Ом; гнездо для микросхемы 8-контактное (1 шт.); гнездо для микросхемы 16-контактное (1 шт.); корпус с размерами 140x30x20 мм; односторонние пистоны диаметром 1 мм (5 шт.); плата типа Veroboard с размерами 95x63 мм.

2.9. Врезка для интерфейса RS-232C

Это несложное устройство не только дает пользователю возможность изменять конфигурацию системы RS-232C, но и позволяет просмотреть разнообразные сигналы, а также выявить наиболее характерные отказы.

За последние несколько лет появилось довольно много схем подобных устройств. Одни из них обладают минимальными возможностями, например только индицируют состояния сигнальных линий, а другие показывают скорость передачи в бодах и автоматически определяют конфигурацию системы RS-232C в терминах DTE и DCE.

Предлагаемое устройство спроектировано с расчетом его изготовления в домашних условиях. С его помощью одновременно индицируются как MARK или SPACE логические состояния на любых двух линиях, подключается любая линия к любой другой линии (с любой стороны интерфейса), задается на любой линии состояние MARK или SPACE, подключается к любой линии внешнее оборудование, например осциллограф, цифровой счетчик, генератор импульсов и т. п., устройство полностью автономно и работает от внутренних батарей.

Описание схемы. Упрощенная схема врезки для интерфейса RS-232C показана на рис. П2.21.

Рис. П2.21. Упрощенная схема врезки. Отметим, что основная земля и сигнальная земля соединяются и подключаются к нулевому потенциалу (шасси).

Схема симметрична относительно зоны соединений (с каждой стороны интерфейса). Соединения в этой зоне осуществляются с помощью перемычек для печатных плат или коротких проводов, заканчивающихся штекерами диаметром 1 мм. К зоне соединений подводятся также точки с уровнями постоянного напряжения, соответствующими состояниям MARK и SPACE.

Шесть наиболее важных сигнальных линий (TXD, RXD, RTS, CTS, DSR и DTR) с каждой стороны интерфейса подаются на выбирающий переключатель. Выход переключателя связан со схемой обнаружения МАRК/SPACE, а также с разъемом ввода-вывода для внешнего контрольно-измерительного прибора. Седьмое положение переключателя используется только по мере необходимости для передачи остальных сигналов из зоны соединений в схему обнаружения MARK/SPACE.

Электрическая схема врезки для интерфейса RS-232C приведена на рис. П2.22.

Рис. П2.22. Принципиальная электрическая схема врезки для интерфейса RS-232C.

Абсолютно симметричная схема для другой стороны интерфейса на рисунке не показана, а номера ее соответствующих компонентов отличаются от показанных на 100, например S1 и S101.

Сигналы из зоны соединений выбираются с помощью переключателей S1 и S101. Микросхемы IC1a и IC1b действуют как компараторы; на их выходах образуются высокие уровни, когда входное напряжение больше +3 В или меньше —3 В соответственно. Диоды D1—D4 обеспечивают защиту от входных напряжений, превышающих положительное и отрицательное максимальное напряжения питания (максимальное напряжение в интерфейсе RS-232C равно ±25 В). Стабилитроны D7 и D8 образуют эталонные напряжения для компараторов, т. е. минимальное напряжение для SPACE и максимальное напряжение для MARK. С помощью D5 и D6 преодолевается ограничение используемого операционного усилителя, когда входное напряжение близко к отрицательному напряжению питания. Питание схемы обеспечивают две сухие батареи по 9 В каждая, а светодиод D11 сигнализирует о включенном питании.

Монтаж. Две схемы обнаружения MARK/SPACE монтируются на двух кусках печатной платы с размерами 60x64 мм (24 полоски с 23 отверстиями). Их можно отрезать от стандартной платы Veroboard. Монтажная схема платы показана на рис. П2.23, причем необходимо сделать 23 разрыва печатных проводников.

Рис. П2.23. Монтажная схема врезки для платы Veroboard.

Рекомендуется следующая последовательность монтажа: гнезда для микросхем, пистоны, перемычки, резисторы, диоды и конденсаторы. После монтажа тщательно проверьте плату и вставьте микросхемы в гнезда, конечно, обратив внимание на их правильную ориентацию.

Монтаж компонентов на лицевой панели показан на рис. П2.24.

Рис. П2.24. Монтаж на лицевой панели. Гнезда из зоны соединений припаиваются к соответствующим контактам S1 и S101.

Зона соединений представляет собой матрицу из 62 гнезд диаметром 1 мм. Размещение гнезд должно напоминать два 25-контактных разъема типа D (SK1 и SK2), а сами гнезда соединяются с соответствующими контактами. При разметке лицевой панели под гнезда выдержите расстояние по горизонтали 10,16 мм, а по вертикали 7,62 мм.

Необходимо соединить два гнезда, соответствующих контакту 1 (защитная земля), с двумя гнездами, соответствующими контакту 7 (сигнальная земля). Оба земляных гнезда (контакты 1 и 7) соединяются с линией нулевого потенциала лицевой панели в любой удобной точке.

Шесть соединений от выбирающих переключателей S1 и S101 с гнездами выполняются в соответствии с табл. П2.3.

После завершения монтажа зоны соединений над ней при помощи четырех стоек подходящей длины укрепляется плата. К задней стенке корпуса прикрепляется держатель для батарей. Питание от батарей к лицевой панели подводится с зажимами на конце. Внешний вид и маркировка лицевой панели показаны на рис. П2.25.

Рис. П2.25. Лицевая панель врезки для интерфейса RS-232C.

Проверка. Первоначальную проверку врезки для интерфейса RS-232C следует выполнить без ее подключения к микрокомпьютеру.

Вставьте две новые батареи типа РРЗ и включите устройство, о наличии питания должен сигнализировать светодиод D11. Переключатели S1 и S101 должны находиться при этом в положении Передача; оба светодиода MARK и SPACE светиться не должны. Поочередно подайте в гнезда Передача с каждой стороны зоны соединений сигналы от гнезд MARK и SPACE. При этом должен, светиться соответствующий светодиод; если он не светится, тщательно проверьте монтаж, включая и соединения с печатной платой.

Затем устройство необходимо проверить в паре с работающим микрокомпьютером. Оно включается последовательно в сигнальный тракт RS-232C с помощью коротких ленточных кабелей, оканчивающихся соответствующими 25-контактными разъемами. Конфигурация устройства устанавливается для обычной работы, т. е. соединяются перемычками гнезда 2–6 и 20. Первоначально целесообразно задать самую медленную скорость передачи, например 50 бод, и «заставить» систему передавать в периферийное устройство файл подходящей длины. Затем необходимо просмотреть сигналы на всех линиях и реакцию системы на разрыв некоторых линий, в частности RTS и CTS.

Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1 = R4 = R7 = R8 = 1 кОм; R101 = R104 = R107 = R108 = 1 кОм; R5 = R6 = R105 = R6 = 4,7 кОм; R9 = R11 = R109 = R110 = 270 Ом; конденсаторы: С1 = С2 = 10 мкФ (танталовые, 25 В); полупроводниковые приборы: IC1, IC101 — TL082; D1—D4, D6, D101—D104, D106 — 1N4148; D5, D105 — BZY88C3V9; D7, D8, D107, D108 — BZY88C3V0; D9, D109 — зеленые светодиоды; DIO, Dll, D110 — красные светодиоды.

Дополнительные детали: S1, S101 — поворотные однополюсные переключатели на 12 положений (ограничитель поставлен на семь положений); S2 — миниатюрный тумблер, двухполюсный, на два положения; держатели для светодиодов (5 шт.); 8-контактное гнездо для микросхемы (2 шт.); 25-контактный разъем типа D (2 шт.); корпус устройства с размерами 220x156x100 мм; односторонние пистоны (15 шт.); часть печатной платы Veroboard с размерами 60x64 мм; болты, гайки и стойки (4 комплекта); гнезда типа BNC (2 шт.); гнезда диаметром 1 мм (31 черное, 31 красное); перемычки для печатных плат длиной 10,16 мм; ручки (2 шт.); провода для питания ст батареи РРЗ с зажимами (2 шт.).

2.10. Цифровой счетчик-частотомер

Этот автономный прибор позволяет производить разнообразные временные и частотные измерения как цифровых, так и аналоговых сигналов. Его устройство наиболее сложное по сравнению с конструкциями всех рассмотренных ранее приборов, поэтому рекомендуем приступать к его изготовлению только после того, как вы уже сделаете два-три более простых прибора.

Описание схемы. Основу цифрового счетчика-частотомера составляет популярная микросхема 7216А, представляющая собой универсальный счетчик. В микросхему встроены высокочастотный генератор, декадный счетчик, 8-декадный счетчик данных и защелка, дешифратор для 7-сегментных индикаторов и восемь усилителей (драйверов) для управления светодиодными индикаторами. Максимальная входная частота прибора равна 10 МГц в режиме измерения частоты и числа импульсов и 2,5 МГц в остальных режимах.

Микросхема 7216А может работать как частотомер, измеритель периода, измеритель отношения частот, измеритель временных интервалов или как накапливающий счетчик. Для построения многофункционального прибора требуется минимум внешних схем (рис. П2.26).

Рис. П2.26. Принципиальная электрическая схема цифрового счетчика-частотомера.

Поскольку оба сигнальных входа микросхемы 7216А (вход А — контакт 28 и вход В — контакт 2) являются цифровыми, причем порог переключения при питании +5 В составляет 2 В, необходимы цепи формирования внешних входных сигналов. Они представлены двумя широкополосными усилителями на транзисторах TR1 и TR2 для входа A и на транзисторах TR3 и TR4 для входа В. Усилители абсолютно одинаковы и обеспечивают формирование прямоугольного выходного сигнала с амплитудой 5 В при подаче на вход синусоидального напряжения со средним значением 100 мВ (при этом входные селекторы S1 и S2 находятся в положении переменного тока).

С помощью S1 и S2 можно подавать также входные сигналы постоянного тока (что важно при использовании устройств низкой частоты и счета событий) и сигналы с большой амплитудой. Кнопки S3 и S4 предназначены для фиксации и сброса индикатора, а с помощью переключателей S5 и S6 выбирают диапазон и род работы.

Для уменьшения объема монтажных работ, в цифровом счетчике-частотомере используются два 4-разрядных мультиплексированных 7-сегментных индикатора D11 и D12. Разводка контактов индикаторов показана на рис. П2.27.

Рис. П2.27. Разводка контактов 7-сегментного индикатора.

Конденсаторы С6—С9 обеспечивают развязку по питанию, а диод D3 понижает напряжение питания при работе от сухих батарей, а не от аккумуляторов. В случае применения аккумуляторов диод D3 просто закорачивается перемычкой.

Когда прибор работает от никель-кадмиевых аккумуляторов, последние можно подзаряжать в нерабочее время, подключая SK3 и SK4 к источнику постоянного напряжения 12 В (например, к сетевому блоку питания или автомобильному аккумулятору). Диод D2 защищает прибор от неправильного подключения, а светодиод D1 сигнализирует о процессе заряда. Зарядный ток ограничивается на уровне примерно 250 мА с помощью резистора R20, который должен рассеивать мощность не менее 2,5 Вт. Продолжительность заряда при полностью разряженных аккумуляторах составляет примерно 12 ч.

Монтаж. Все компоненты прибора, за исключением находящихся на лицевой панели и держателя для батарей, монтируются на печатной плате с размерами 110x110 мм (40 полосок с 40 отверстиями). Монтажная схема платы представлена на рис. П2.28.

Рис. П2.28. Монтажная схема платы.

Всего необходимо сделать на плате 45 разрывов печатных проводников.

Рекомендуется следующая последовательность монтажа: гнезда для микросхем, пистоны, индикаторы, перемычки, резисторы, диоды и конденсаторы. После тщательной проверки платы можно вставить в гнездо микросхему. Монтажная схема компонентов на лицевой панели показана на рис. П2.29.