Читать книгу "Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт"

на него подан положительный уровень напряжения. На макетной плате (см. рис. 4.60) я временно пустил синий и желтый провода, чтобы удерживать вывод 2 в низком состоянии. Другими словами, тактирование разрешено.

Подытожу ситуацию:

• Когда на выводе отключения тактирования присутствует высокий уровень, счет останавливается (запрещен).

• Когда напряжение на выводе отключения тактирования понижается до нуля, счет разрешен.

Вход включения дисплея (контакт 3) я уже описывал.

Выход включения дисплея (контакт 4) здесь не используется. Текущее состояние вывода 3 транслируется через вывод 4, чтобы вы смогли передать его на другие микросхемы 4026В.

Выход переноса (контакт 5) необходим, если вы желаете продолжить отсчет больше 9. Состояние этого вывода меняется с низкого на высокое, когда счетчик досчитает до 9 и возвращается в 0. Если вы подключите этот выход к входу второго счетчика 4026В, то второй счетчик будет отсчитывать десятки. Сигнал с выхода 5 второго счетчика можно подать далее на третий, который будет отсчитывать сотни. Этим мы воспользуемся в дальнейшем.

И наконец, контакт 14 обеспечивает перезапуск счетчика, после того как он отсчитал 0, 1 и 2. Это необходимо в цифровых часах, которые считают только до 12 часов, но для нас сейчас неактуально. Это выход, который мы не будем использовать, и поэтому его можно оставить неподключенным.

Возможно, все эти функции кажутся непонятными, но если вы когда-либо столкнетесь с микросхемой счетчика, которую раньше не встречали, то сможете разобраться с ней (если будете терпеливы и последовательны), заглянув в технический паспорт. При необходимости можно протестировать счетчик при помощи светодиодов и кнопок, чтобы точно знать, как она работает. Фактически, микросхему 4026В я изучал именно так.

Генератор импульсов

Его функции выполняет микросхема 555. Поскольку напряжение питания таймера 555 лежит в диапазоне от 5 до 15 В, так же как и микросхемы 4026В, то выход таймера (контакт 3) можно напрямую подключить ко входу микросхемы 4026В (контакт 1). Эту функцию выполняет фиолетовый провод на рисунке с компоновкой макетной платы (см. рис. 4.60). Таймер 555 вырабатывает импульсы, а микросхема 4026В считает их.

Остальные подключения таймера 555 на данный момент должны быть вам знакомы. Ясно, что он работает в автоколебательном режиме. Единственный вопрос, который может у вас появиться, – почему частота столь низкая. Ведь скорость реакции бессмысленно измерять при такой частоте сигнала.

Все верно, но в целях демонстрации мне не хотелось бы, чтобы цифры превратились в «туманное пятно». Мы отрегулируем скорость чуть позже.

Техническое задание

Как должен работать измеритель быстроты реакции? Вот техническое задание:

1. Устройство должно иметь кнопку запуска.

2. После нажатия кнопки запуска должен быть период задержки, в течение которого ничего не происходит. Затем внезапно появляется визуальный сигнал, побуждающий игрока к реагированию.

3. Одновременно счетчик начинает отсчет с 000 в тысячных долях секунды.

4. Чтобы остановить процесс счета, игрок должен нажать кнопку.

5. При этом счет прекращается, показывая, сколько времени прошло между появлением приглашения и остановкой. Так измеряется реакция пользователя.

6. Кнопка сброса возвращает счетчик к начальному значению 000.

Кнопка сброса уже есть на макетной плате. Теперь нужно добавить кнопку, которая будет останавливать процесс счета.

Вывод отключения тактирования счетчика будет «замораживать» дисплей, но если вы захотите сохранять его в таком виде, то на вывод необходимо постоянно подавать высокий уровень напряжения. Другими словами, он должен быть зафиксирован.

Похоже, нам понадобится еще один таймер 555, работающий в бистабильном режиме.

Система управления

Макет устройства, изображенный на рис. 4.67, содержит бистабильный таймер и две новые кнопки. Диагональный синий провод (см. рис. 4.60) был удален, чтобы освободить место для нового таймера. Другие, ранее установленные, детали остались на своих местах, но обесцвечены.

На рис. 4.68 дополнительные элементы выделены на электрической схеме, а их расположение и номиналы иллюстрирует рис. 4.69.

После сборки новой секции схемы можете испытать ее. Вы обнаружите, что две новые кнопки запускают и останавливают процесс счета. Надеюсь, вам понятно, как они работают?

Нажмите кнопку запуска, и она заземлит вывод сброса бистабильного таймера. Уровень на контакте 3 станет низким, а этот выход соединен с выводом отключения тактирования счетчика.

Рис. 4.67. К устройству добавлен бистабильный таймер 555. Ранее подключенные компоненты показаны светлым

Рис. 4.68. Схема включения второго таймера и сопутствующих ему компонентов. Остальная часть схемы показана светлым

Рис. 4.69. Расположение и номиналы добавленных компонентов

Вспомните, низкое состояние вывода отключения означает, что счетчик не отключается. Таким образом, счетчик начинает и продолжает счет, поскольку выход таймера в режиме триггера фиксируется и остается таким неопределенно долго.

Однако счет в любой момент можно остановить. Просто нажмите кнопку остановки. Это заземлит вход бистабильного таймера и переведет его в другое устойчивое состояние. В результате выход таймера становится высоким, а поскольку таймер работает как триггер, выход фиксируется и остается таким неопределенно долго. Высокий выходной сигнал идет на вывод отключения тактирования, который останавливает счетчик.

Когда вы нажимаете кнопку слева внизу, которая была смонтирована в самом начале, она по-прежнему сбрасывает счетчик до 000. Но состояние таймера не изменится до тех пор, пока вы не перезапустите его кнопкой запуска.

Бистабильный таймер 555 – это именно то, что нам требовалось для работы данной схемы.

Подведем итоги

Давайте посмотрим, насколько далеко мы продвинулись в реализации нашего технического задания. Мне кажется, что мы его почти выполнили. Вы нажимаете кнопку, чтобы запустить счет, затем вторую, чтобы остановить его, а как только счетчик остановлен, вы нажимаете еще одну кнопку, чтобы сбросить значения до нуля.

Единственный отсутствующий элемент – это фактор неожиданности. Ведь человек, который пользуется устройством, не должен знать, когда начнется отсчет. Сама идея заключается в измерении скорости его реакции на внезапно подаваемый сигнал.

Почему бы не добавить еще один таймер, функционирующий в ждущем режиме, чтобы ввести задержку перед началом действия? Так запуск станет неожиданным.

Задержка

Вначале удалим кнопку запуска и диагональную перемычку, соединяющую кнопку с отрицательной шиной. Вертикальный отрезок провода слева от микросхемы таймера оставьте на своем месте.

Рис. 4.70. В верхней части платы выделены элементы, обеспечивающие задержку

Теперь смонтируйте некоторые дополнительные компоненты, как показано на рис. 4.70. Кнопка запуска была перенесена, чтобы запускать вход третьего таймера, который будет осуществлять предварительную задержку. Выход этого таймера будет высоким в течение 5 или 10 секунд, а затем, когда уровень сигнала станет низким, он