Простой таймер

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Реле времени таймеры

Опубликовано: 25.03.2018 17:56

Просмотров: 5620

Евгений Яковлев
Особым уважением у окружающих пользуются профессионалы «своего» дела - люди, которые продолжают процесс самосовершенствования в любимом деле и после получения диплома об окончании учебного заведения. Часто бывает, что радиотехника - это хобби, любимое увлечение, которое не связано с основной трудовой деятельностью человека. Именно на людей, увлеченных радиотехникой, и рассчитаны все последующие статьи цикла «Практикум для радиолюбителей». В данной статье речь пойдет об особенностях работы микросхем D-триггера на примере очень распространенной в радиолюбительской практике КМОП-микросхеме серии К561ТМ2. Ее 14-вы-водный корпус содержит в своем составе два независимых D-триггера.

«Плюс» источника питания подается на вывод 14, «минус» питания - на вывод 7. Триггеры имеют «прямые» выходы (выводы 1 и 12) и инверсные выходы (выводы 2 и 12 соответственно). Выводы 4 и 10 (R) предназначены для сброса триггеров в нулевое состояние прямых выходов (Q), а выводы 6 и 8 (S) - для установки триггеров в единичное состояние их прямых выходов. Рассматриваемые микросхемы относятся к классу цифровых микросхем последовательного типа. Для них характерна зависимость состояния выходов не только от уровней входных сигналов микросхемы данный момент времени, но и от состояния этих микросхем в предшествующий момент. Это обуславливается наличием в этих микросхемах элементов внутренней памяти.
Запись информации в ячейки памяти этих микросхем (или изменение содержащейся в них информации) производится импульсами. При этом входы R и S обладают приоритетом перед другими входами этой микросхемы. Если кратковременно изменить потенциал входа R на единичный или, как говорят, по фронту импульса положительной полярности на этом входе, выходной потенциал «прямого» выхода D-триггера микросхем этой серии станет нулевым, а на инверсном выходе микросхемы появится единичный логический уровень (лог. «1»). В дальнейшем потенциалы входов R и S поддерживаются нулевыми относительно «минуса» источника питания микросхемы. При этом микросхемы серии К561ТМ2 могут управляться сигналами на входах D и С.
По фронту импульса положительной полярности на входе С происходит установка триггера микросхемы в состояние, при котором логический уровень ее прямого выхода Q соответствует логическому уровню входа D в этот момент.
Из этого следует первое правило для «эксплуататоров» этих микросхем: сначала надо задать необходимый логический уровень на D-входе микросхемы К561ТМ2, а потом, не изменяя его, подать на вход С микросхемы импульс синхронизации. Положительный перепад этого импульса запишет во вспомогательный триггер этой микросхемы информацию D-входа, а по спаду импульса синхронизации эта информация будет «переписана» во второй вспомогательный триггер микросхемы и будет «запомнена» D-триггером микросхемы К561ТМ2. Таким образом, фактически, по своей внутренней структуре D-триггеры являются двухступенчатыми.
Микросхемы серии К561ТМ2 обладают достаточно высоким быстродействием. Это позволяет им «откликаться» даже на весьма кратковременные импульсы на С-входе. Игнорирование этого факта в результате «забывчивости» может приводить к самым непредсказуемым результатам в радиолюбительском творчестве. В основе возможных ошибок лежит, в том числе, извечная черта человека - сначала что-то делать, а потом заниматься анализом своих просчетов и устранять их.
Как-то мне понадобилась схема таймера на микросхеме К561ТМ2. Она была весьма быстро начерчена (рис.1). При этом, естественно, мысли были сосредоточены на «главной» в тот момент задаче - управлять запуском таймера и его принудительным сбросом всего одной кнопкой. Очень быстро был изготовлен макет на печатной плате, но, как принято говорить у медиков, «пациент был скорее мертв, чем жив», назвать макет работоспособным было нельзя, его реакция на нажатия кнопки SB1 была непредсказуемой. Ответ на поиски причины технического «фиаско» лежал на «поверхности» - это нарушение правил технической эксплуатации цифровых микросхем, а именно «дребезг» контактов пусковой кнопки SB1. На вход синхронизации (С) микросхемы К561ТМ2 от кнопки SB1 подавался не единичный сигнал от «плюса» источника питания 12 В, а пачка импульсов (есть контакт С-входа DD1.1 с источником +12 В / нет контакта с источником +12 В, но есть соединение с общим проводом через резистор R1 и так многократно).
Схема была преобразована в устройство, показанное на рис.2.

Рисунок печатной платы этого макета показан на рис.3, а расположение радиокомпонентов на плате - на рис.4. Внешний вид макета показан на фото.

Несколько слов о самой схеме и ее работе. Предположим, что в исходном состоянии триггер DD1.1 находится в состоянии лог. «1» на его выходе Q.
В исходном состоянии схемы контакты кнопки SB1 нормально разомкнуты. Конденсатор 01, зарядившийся через резистор R1, поддерживает транзистор VT1 в насыщенном состоянии. Это приводит к тому, что С-вход микросхемы DD1.1 имеет нулевой потенциал относительно «минуса» источника питания схемы. Соединение инверсного выхода D-триггера (вывод 2) с его D-входом (вывод 5) обеспечивает работу этой микросхемы в режиме деления входных импульсов на 2,
Нажатие кнопки SB1 приводит к замыканию выводов базы и эмиттера транзистора VT1 и его запиранию. Потенциал С-входа DD1.1 резко возрастает за счет своего соединения с «плюсом» источника питания схемы через резистор R2. Триггер DD1.1 переключается. При этом на его прямом выходе Q (вывод 1) устанавливается потенциал, присутствовавший до момента переключения на его инверсном выходе (вывод 2).
В то время, когда на выводе 2 триггера DD1.1 присутствует единичный потенциал, через диод VD1 он подается на вход R (вывод 10) триггера микросхемы DD1.2. Это приводит к установке этого триггера в нулевое состояние и запиранию транзистора VT2. Светодиод HL1 будет погашен.
Потенциал прямого выхода микросхемы DD1.1 (вывод 1) в это время будет нулевым, и на входе синхронизации (вывод 11) триггера микросхемы DD1.2 также будет нулевой потенциал.
Схема рис.2 может сколь угодно долго сохранять это состояние, вплоть до повторного нажатия кнопки SB1. После этого произойдет переключение триггера DD1.1 и смена состояний его выходов. На выходеQ DD1.1 вновь будет лог. «1». Диод VD1 при
нулевом потенциале инверсного выхода DD1.1 запирается, а вход R (вывод 10) триггера DD1.2 «заземляется» через резистор R6. Теперь D-триггер DD1.2 может управляться по своим входам D (вывод 9) и С (вывод 11).
Элементы R3C4 обеспечивают небольшую задержку поступления положительного потенциала на вход синхронизации С триггера DD1.2 и запись в него единичного потенциала входа D (вывод 9). Триггер DD1.2 переходит в состояние единичного потенциала его прямого выхода (вывод 13). Соответственно, через резистор R7 отпирается транзистор VT2, и начинает светиться светодиод HL1.
Отметим еще раз: подача на вход синхронизации (С) импульса только после задания потенциала входа D - основополагающее требование работы D-триггеров.
Теперь через резистор R5 начинается заряд времязадающего конденсатора СЗ. Его потенциал возрастает, и через диод VD2 подается на вход сброса R триггера микросхемы DD1.2. В определенный момент времени, когда потенциал вывода R возрастает немного выше половины значения напряжения питания микросхемы DD1, происходит сброс триггера в первоначальное исходное состояние и прекращение свечения светодиода HL1.
Если нажать кнопку SB1 во время свечения светодиода HL1, то в итоге происходит принудительный сброс триггера DD1.2 и выключение светодиода. Далее схема сохраняет это свое устойчивое состояние.
Цепочка R4VD3 нужна для быстрого разряда конденсатора СЗ перед новым циклом работы таймера.
Таким образом, алгоритм работы с таймером таков:
1. Первое нажатие кнопки SB1 переводит устройство в режим готовности.
2. Второе нажатие запускает отсчет времени выдержки, во время которого светодиод HL1 будет светиться. Если во время отсчета времени выдержки еще раз нажать кнопку SB1 - отсчет времени будет прекращен.
Длительность времени выдержки таймера задается подбором номиналов элементов R5 и СЗ и приблизительно определяется по формуле:
Т [с] = 0,6*В5[Ом]*СЗ[Фарад].
От редакции: Для корректной работы схемы приведенной на рис.2 важно чтобы при включении питания триггер DD1.1 устанавливался в состояние лог. «1». Для этого схему надо дополнить RC цепью из резистора номиналом 47 кОм и керамического конденсатора 0,1 мкФ. Резистор включают между входом S (вывод 6 ИМС) и общим проводом, а конденсатор между входом S и источником питания.
Об особенностях работы D-триггеров и некоторых других цифровых микросхем можно прочитать в статье опубликованной на страницах 2-4 этого номера журнала.
РА 2'2012