Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (775262), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Как мы уже видели на рис. 11.28,а, состояния входа управления запускомггостановкой счетчиков и измерительного входа связаны логической операцией И. На диаграмме С показаны только те импульсы, которые прошли через логический элемент И. Эти импульсы переключают счетчики. Диаграмма !3 дает временную развертку десятичных чисел, последовательно появляюшихся на индикаторах. Обратите внимание, что «счет» на индикаторах начинается из состояния 00 (в исходном состоянии индикаторы очишены). Затем в течение 1 с они успевают «сосчитать» до ! 1. Значение частоты измеряемого сигнала (представленного на диаграмме В рис.
!!.28,6) равно, следовательно, 1! Гц (1! имггульсов!с). На рис. 11.28, в иллюстрируется случай измерения частотомером несколько большей частоты. Как и в первом случае, диаграмма А соответствует входу управления запуском( остановкой счетчиков, который из состояния логического 0 ровно на ! с переключается в состояние логической 1 и затем возврашается к логическому О. На диаграмме В показана последовательность импульсов, частота следования которых выше, чем в первом примере. Эту неизвестнуну частоту как раз и измеряет цифровой частотомер.
На диаграмме С показаны импульсы, которые переключают декадные счетчики в течение 1-секундного счетного интервала Как видно из диаграммы О, в течение этого интервала декадные счетчики успевают сосчитать от 00 до 19. Следовательно, частота измеряемо~о сигнала равна в данном случае 19 Гц. Если бы измеряемая частота была равна 870 Ггь то в течение 1-секундного интервала счетчики сосчитали бы от 000 до 870.
Число 870 некоторое время отображалось бы на индикаторах, затем произошел бы сброс счетчиков в исходное состояние 000 и начался новый цикл измерения частоты. Такие циклы сброса.-счета индикацгги повторяются снова и снова. Заметим, что управляющий импульс запуска/остановки счетчиков (счетный импульс) должен быть очень точным. На рис. 1!.29 показано, как можно сформировать счетный импульс, используя сигнал бытовой электросети с точно известной частотой (например, 60 Гц).
Синусоидальный сигнал с частотой 60 Гц преобразуется в последовагельность прямоугольных импульсов с помощью схемы формирова- ци юовып системы ззз Часгата 1ГН ! Счетяый амвульс Схема сбраса счет- чвкев Рнс. 11.29. Более подробная структурнан схема нвфрвввгв частотомера. ния сигнала. Полученные прямоугольные импульсы запускают счетчик, который делит частоту на 60. Длительность импульса на выходе счетчика равна точно 1 г. Этот счетный импульс включает своим фронтом схему управления, разрешая прохождение измеряемого сигнала на входы счетчиков. Измеряемый сигнал переключает счетчики в течение ровно 1 с. Запомните, что работа частотомера состоит в многократном повторении циклов сброса-счета-индикации. Пока мы рассмотрели только счетную часть такого цикла. Схема сброса счетчиков представляет собой группу логических элементов, которые сбрасывают (очищают) декадные счетчики в исходное состояние 000 в нужный момент времени — как раз перед началом счета.
Счетный 1-секундный импульс разрешает счет. По окончании действия этого импульса значение измеряемой частоты отобрижаетсл на семисегментных индикаторах. В рассматриваемом нами частотомере индикаторы показывают значение частоты в герцах. Удобно на некоторое время оставлять на индикаторах отображаемое значение измеряемой частоты.
Для этого счетчик-делитель на 1О посылает импульс в схему управления, которая на 9 с запрещает счет. Затем все повторяется заново каждые 10 с: сброс счетчиков к 000, счет в прямом направлении в течение 1 с, отображение (индпкаг)пл) измеряемой частоты в течение 9 с в отсутствие счета.
Частотомер, структурная схема'которого показана на рис. 11.29, измеряет частоты от 1 до 999 Гц. Обратите внимание на широкое использование счетчиков в частотомере (схема деления на 60, схема деления на 1О, три декадных счетчика). Частотомер можно было бы назвать счетчиком частоты", поскольку он фактически подсчитывает число " Именно так дословно переводится английский эквивалент названия этого прибора (ггсйпспсу спппзсг)-Прим, перес. глввв ~~ импульсов за определенный промежуток времени. Одно из ограничений час~о~омера на рис. !1.29 — верхний предел измеряемой частоты, которая должна быть не выше 999 Гц. Имеются два способа увеличения верхней граничной частоты нашего частотомера.
Первый из них — зто введение одного или нескольких дополнительных модулей счета — дешифрации — индикации". Мы могли бы увеличить верхнюю граничную измеряемую частоту частотомера на рис. 11.29 до 999 Гц, добавляя еще один модуль счета — дешифрации — индикации. Второй способ расширения частотного диапазона- счет десятков вместо счета единиц. Эта идея иллюстрируется на рис. 11.30. Вместо счетчика-делителя на 60 (в нашей прежней схеме) здесь используется счетчик-делитель на б. Он вырабатывает счетный импульс длительностью всего 1/10 с.
За время действия такого счетного импульса через устройство управления проходит только 1/10 часть тех импульсов с измерительного входа, которые успевают пройти за время действия 1-секундного счетного импульса. Это эквивалентно счету десятками, а не единицами. В данном случае для индикации используются только три индикатора на светодиодах. Индикатор единиц изображен на рис. 1!.30 лишь для того, чтобы показать, что истинное значение измеряемой частоты (в герцах) получается путем добавления нуля (справа) к отображаемому на индикаторах числу. Частотный диапазон тако~о частотомера 10 — 9990 Гц. В схеме на рис.
11.30 декадные счетчики считают в прямом направлении в течение 1/10 с. Результат счета отображается на индикаторах в течение 9/10 с. Затем счетчики сбрасываются в исходное состояние 000 и процедура счета — индикации — сброса повторяется. Частотомер, схема которого изображена на рис. 11.30, обладает одним новым свойством: во время подсчета импульсов индикаторы отключаются (гасятся). Затем, когда значение измеряемой частоты «готово» для индикации, они снова включаются. Таким образом, рабочий цикл данного частотомера состоит из этапов сброса, счета (с погашенными индикаторами) и довольно большого периода индикации. Этот цикл при работе частотомера повторяется каждую секунду. Частотомер, схема которого изображена на рис.
1!.30, вы можете собрать в лаборатории из логических элементов, триггеров и некоторых стандартных узлов. Настоятельно рекомендуем вам собрать эту сложную цифровую систему, поскольку только практический опыт поможе~ вам разобраться во всех деталях работы частотомера. Вьтолняя следующие задания, проверыпе, хорошо ли вы усвоили изложенный материал. " То ссп ввслснис лополнизсльных индинирусмых рвзрялов.— Прим.
перев. ззб глннл и 44. Цифровой частотомер, показанный на рис. 11.28, подсчитывает число импульсов, проходящих через логический элемент И в течение ..... с. 45. В частотомере на рис. ! !.30 длительность счетного импульса равна ... . . с. 46. Си~пал, часто~а которого измеряется частотомером, перед подачей в схему управления (рис. 1!.30) преобразуется в нужную форму с помощью схемы 47. Декадные счетчики на рис. 1!.30 выполняют две функции: счет в прямом направлении и .. результата счета для индикации. 11.15. Экспериментальный частотомер Энсвернментааьнмй частотомер Преобратованне см- ннаа Счетчнн-леонтеаь на б В этом разделе описывается часто~омер, который вы можете собрать сами в своей лаборатории.
Его подробная принципиальная электрическая схема приведена на рис. 1!.31. В этом частотомере используются только те устройства, которые вы уже применяли на практике; вы увидите, что данный частотомер работает исключительно точно. Структурная схема описываемого экспериментального частотомера приведена на рис. 1!.30. Большая часть элементов частотомера на его принципиальной электрической схеме (рис.
1!.3!) в основном занимает те же позиции, что и на структурной схеме. В левом нижнем углу на рис. 11.3! изображен синусоидальный сигнал с частотой 60 Гц, который преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов. Это преобразование (или формирование) сигнала осуществляется ждущим мультивибратором-микросхемой 74!21. Именно эту микросхему мы использовали для аналогичного преобразования синусоидального сигнала в прямоугольные импульсы в цифровых часах, Напомним, что подача прямоугольных импульсов на вход следующего за формирователем сигнала счетчика необходима для его надежно~о срабатывания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
