Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реверсивного счетчика с предустановкой

Запоминающий реверсивный счётчик витков

30.10.2011 3 комментария

Ознакомившись с рядом опубликованных в журнале конструкций счётчиков различного назначения (например, [1, 2]), я принял решение разработать свой вариант счётчика витков, в котором использована энергонезависимая память микроконтроллера. В результате удалось создать простой и удобный в работе счётчик витков для намоточного станка, не содержащий дефицитных деталей.

Он способен считать от 0 до 9999 оборотов вала, после чего показания индикатора обнуляются и счёт начинается заново. При вращении вала в обратную сторону индикатор уменьшает показания на единицу на каждый оборот.

Рис. 1
Счётчик состоит из нескольких узлов (рис. 1). Основой конструкции служит микроконтроллер DD1, к которому через токоограничительные резисторы R10—R16 подключён четырёхразрядный светодиодный индикатор HG1. Две оптопары — излучающий ИК диод— фототранзистор (VD2VT1, VD3VT2), — образующие датчик числа оборотов рабочего вала станка, формируют импульсы низкого уровня, по которым микроконтроллер определяет направление вращения и число оборотов вала. Предусмотрена кнопка SB1 для обнуления памяти, а также вспомогательные цепи: R2C2, работающая в составе встроенного тактирующего генератора микроконтроллера, VD1C1, сохраняющая напряжение питания, необходимое для перехода микроконтроллера в режим SLEEP, и R6R8, следящая за напряжением питания счётчика.
Известно, что микроконтроллеры семейства PIC довольно капризны при работе с EEPROM (особенно, когда запись в неё происходит автоматически). Уменьшение напряжения питания может исказить содержимое памяти При работе счётчика линия RB1 (вывод 7) микроконтроллера, к которой подключена цепь R6R8, опрашивается на наличие напряжения питания, и если оно пропадает, то благодаря цепи VD1C1 микроконтроллер успевает перейти в спящий режим, тем самым блокируя дальнейшее выполнение программы и защищая информацию в EEPROM. В процессе счёта микроконтроллер будет сохранять в памяти числа после каждого оборота рабочего вала станка. При каждом очередном включении питания индикатор HG1 отобразит то число, что было до отключения.
Датчик представляет собой небольшую печатную плату (22×22 мм), на которой смонтированы два излучающих диода и два фототранзистора, установленных так, что образуют два оптических канала передатчик—приемник. Оптические оси каналов параллельны, межосевое расстояние — около 10 мм.
На рабочем валу станка неподвижно закреплена шторка в виде диска из жёсткого непрозрачного для ИК лучей материала (текстолит, гетинакс, металл, пластик) толщиной 1…2 мм. Диаметр шторки — 35…50 мм, диаметр центрального установочного отверстия равен диаметру вала. Плату на станке фиксируют так, чтобы шторка, вращаясь вместе с валом, могла перекрывать собой оба ИК луча.
В шторке пропиливают вырез в форме неполного сектора. Угловая ширина и глубина выреза должны быть такими, чтобы при вращении вала шторка обеспечивала кратковременное прохождение ИК излучения сначала только через один канал, затем через оба и, наконец, только через другой, как это схематически проиллюстрировано на рис. 2. Цветом показаны каналы, открытые в той или иной позиции. Такой порядок следования сигналов с датчика даёт микроконтроллеру возможность определять направление вращения рабочего вала станка.

Вместо «поверхностных» резисторов можно использовать МЛТ-0,125 или С2-23 мощностью 0,062 Вт. Кнопка SB1 — любая, подходящая по месту крепления на плате. Вместо E40281-L-O-0-W подойдёт цифровой индикатор FYQ-2841CLR.
Программа микроконтроллера разработана и отлажена в среде Proteus, после чего с помощью программатора ICProg загружена в микроконтроллер. После установки микроконтроллера в панель при первом и последующих включениях счётчика индикатор отобразит знак «минус» во всех знакоместах. Примерно через две секунды на табло появятся нули — это признак готовности счётчика к работе.

В программе предусмотрена функция аварийного обнуления памяти на тот случай, когда в неё попадёт ошибочная информация и микроконтроллер «зависает» (такое бывает крайне редко, но быть может). Для возвращения микроконтроллера в рабочий режим нужно выключить питание счётчика, нажать на кнопку «Обнуление» и, не отпуская её, включить питание. Как только табло отобразит нули, можно продолжать работать, но информация о прежнем числе витков будет, разумеется, утрачена.
В налаживании правильно собранное устройство не нуждается.

Читайте так же:
Оплата поверки счетчика за чей счет

ЛИТЕРАТУРА
1. Долгий А. Усовершенствованный реверсивный счётчик. — Радио, 2005, №11, с. 28, 29.
2. Гасанов А., Гасанов Р. Электронный счётчик. — Радио. 2006, № 11, с. 35, 36.

А. БАНКОВ, г. Орёл (Радио, №8 2011г)

Реверсивные счетчики

Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания. Как следует из рис. 24.1, 24.3, для изменения режима работы необходимо подключать или прямой, или инверсный выход предыдущего триггера, входящего в счетчик, к Т-входу последующего.

Если за период времени T поступит К импульсов при работе счетчика в режиме суммирования и N импульсов при работе счетчика в режиме вычитания, то состояние счетчика будет равно K–N (при условии, что число импульсов K и N может однозначно подсчитываться счетчиком).

Число KN может быть как положительным, так и отрицательным. При реализации устройств обработки часто необходимо знать знак числа, полученного при поступлении различного количества импульсов. Для этого необходимо образовать дополнительный выход – знаковый. Принцип построения знакового выхода будет рассмотрен после ознакомления со структурой реверсивных счетчиков.

Реверсивные счетчики разделяются на счетчики с общим входом cложения-вычитания «С» и с раздельными входами сложения «+1», вычитания «-1».

К реверсивным счетчикам с общим входом сложения — вычитания относятся счетчики типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17, а к реверсивным счетчикам с раздельным входом сложения — вычитания ИС типа ИЕ6, ИЕ7.Условные графические обозначения реверсивных счетчиков приведены на рис. 24.11, а, б, в, г.

Назначение входов счетчиков:

— D1 – D4 — двоичный код, подаваемый на эти входы, записывается в триггеры счетчика в режиме “установка”;

— W – вход управления работой счетчика: при W = 0 — установка триггеров счетчика в состояние, определяемое входами D; при W = 1 – счет входных импульсов;

— R – прямой вход обнуления, обнуление происходит при подаче на него «единицы»

— С – прямой динамический синхровход;

«+1», «–1» – входы «+1» и «–1» служат для подачи счетных импульсов; «+1» – при суммировании; «–1» – при вычитании;

«≥ 15» – на выходах переноса «15(9)» появляется “ноль”, если счетчик находится в состоянии 15(9) и поступит импульс на вход «+1»;

«≤ 0» – на выходе переноса «

Счетчики типа ИЕ6, ИЕ7 – реверсивные счетчики с раздельными входами «+1», «–1» и с синхронной предустановкой. При W = 1, R = 0 счетчик подсчитывает количество импульсов, поступающих на входы «+1» и «-1». При W = 0, R = 0 двоичный код со входов В по фронту импульса либо +1, либо –1 переписывается на выход.

Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения — вычитания представлена на рис. 24.13. В этом случае состояние счетчика увеличивается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «+1», и уменьшается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «–1». При выполнении условий переключения импульс с входов «+1» или «–1» поступает на вход Т-триггера и вызывает его переключение. Импульсы должны быть короткими и нулевыми.

Параллельный перенос реализуется сразу в ЛЭ. Сигналы переноса 15 и заема 0 формируются раздельно. Длительность импульсов переноса и заема определяется соответственно длительностью импульсов, поступающих на входы «+1» и «–1».

Рис. 24.13. Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения / вычитания

Читайте так же:
Как установить трех тарифный счетчик

Для получения многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ6, ИЕ7 (рис. 24.14) требуется объединить входы управления W каждой ИС, а также входы R. Выход переноса « 15» ( 9) предыдущей ИС соединить с входом «+1» последующей, а выход заема « 0» – со входом «–1».

При построении многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17 (рис. 24.15) необходимо объединить соответствующие входы управления ИС, а выход переноса предыдущей ИС соединить с синхровходом С последующей.

Рис. 24.14. 8-разрядный реверсивный счетчик

Рис. 24.15. 8-разрядный реверсивный счетчик

Для счетчиков типа ИЕ12, ИЕ13 знаковый выход строится согласно рис. 24.16.

Число поступающих импульсов фиксируется счетчиком в дополнительном коде, т.е. QЗНАК = 1, если число отрицательное, и равно 0, если число положительное. Знаковый разряд фиксирует переход нулевого состояния в положительную или отрицательную сторону. При поступлении импульса на вход С, если счетчик находится в нулевом состоянии (Р = 1), U = 1 (режим сложения), на выходе ЛЭ DD2 появляется уровень логического 0, который устанавливает QЗНАК = 1 и QЗНАК= 0. При U = 0 аналогично произойдет установка QЗНАК = 1.

Рис. 24.16. Реверсивный счетчик со знаковым выходом

Наличие установочных входов D1, D2, D4, D8 позволяет реализовать счетчики с программируемым коэффициентом пересчета (рис. 24.17).

Коэффициент пересчета М задается согласно выражениям:

М = а + 2b + 4c + 8d + 16(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ7, ИЕ13, ИЕ17;

М = а + 2b + 4c + 8d + 10(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ6, ИЕ12, ИЕ16 путем выбора значений a, b, c, d, e, f, g, h, которые могут принимать значения 0 и 1. Полученная комбинация нулей и единиц подается на входы D1, D2, D4, D8.

Счетчики переводятся в режим вычитания. Выход переноса соединяется с входом установки исходного состояния по входам D.

Схемы работают следующим образом: когда триггеры счетчиков находятся в нулевом состоянии и поступает импульс с генератора, происходит установка исходного состояния по входам D. После этого исходное состояние с каждым импульсом уменьшается на единицу. Через (М-1) входной импульс счетчик снова примет нулевое состояние, а М-ый импульс произведет установку исходного состояния. Период повторения выходных импульсов равен , где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.17. Счетчик с программируемым коэффициентом деления

Генератор линейного напряжения на основе реверсивных счетчиков (рис. 24.18) вырабатывает возрастающее напряжение при подключении генератора прямоугольных импульсов (ГИ) к входу «+1» и убывающее напряжение – к входу «–1».

В процессе работы двоичный код на выходах счетчика будет меняться по циклу от 0 до 15 (при подключении к входу «+1») или от 15 до 0 (при подключении к входу «–1»). При этом напряжение на выходе ЦАП будет изменяться скачками от UВЫХ до U1ВЫХ. Величина скачка dU определяется разрядностью счетчика.

Длительность линейного напряжения равна T = 2 n T1, где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.18. Генератор линейно изменяющегося напряжения

Если ступенчатое изменение напряжения не устраивает разработчика, то необходимо на выходе ЦАП поставить фильтр низких частот, который произведет сглаживание ступенек.

Реверсивные счетчики

Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания. Как следует из рис. 24.1, 24.3, для изменения режима работы необходимо подключать или прямой, или инверсный выход предыдущего триггера, входящего в счетчик, к Т-входу последующего.

Если за период времени T поступит К импульсов при работе счетчика в режиме суммирования и N импульсов при работе счетчика в режиме вычитания, то состояние счетчика будет равно K–N (при условии, что число импульсов K и N может однозначно подсчитываться счетчиком).

Число KN может быть как положительным, так и отрицательным. При реализации устройств обработки часто необходимо знать знак числа, полученного при поступлении различного количества импульсов. Для этого необходимо образовать дополнительный выход – знаковый. Принцип построения знакового выхода будет рассмотрен после ознакомления со структурой реверсивных счетчиков.

Читайте так же:
Будут ли заставлять ставить счетчик

Реверсивные счетчики разделяются на счетчики с общим входом cложения-вычитания «С» и с раздельными входами сложения «+1», вычитания «-1».

К реверсивным счетчикам с общим входом сложения — вычитания относятся счетчики типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17, а к реверсивным счетчикам с раздельным входом сложения — вычитания ИС типа ИЕ6, ИЕ7.Условные графические обозначения реверсивных счетчиков приведены на рис. 24.11, а, б, в, г.

Назначение входов счетчиков:

— D1 – D4 — двоичный код, подаваемый на эти входы, записывается в триггеры счетчика в режиме “установка”;

— W – вход управления работой счетчика: при W = 0 — установка триггеров счетчика в состояние, определяемое входами D; при W = 1 – счет входных импульсов;

— R – прямой вход обнуления, обнуление происходит при подаче на него «единицы»

— С – прямой динамический синхровход;

«+1», «–1» – входы «+1» и «–1» служат для подачи счетных импульсов; «+1» – при суммировании; «–1» – при вычитании;

«≥ 15» – на выходах переноса «15(9)» появляется “ноль”, если счетчик находится в состоянии 15(9) и поступит импульс на вход «+1»;

«≤ 0» – на выходе переноса «

При U = 0 переключение будет происходить, если все предыдущие триггеры находились в нулевом состоянии, что соответствует реализации режима вычитания. Для ИС типа ИЕ12, ИЕ13 вход сложения / вычитания инверсный.

ЛЭ 3 формирует сигнал переноса Р = 1, если в режиме суммирования все триггеры находятся в единичном состоянии и RP=0 , а также Р = 1 в режиме вычитания, если все триггеры находятся в нулевом состоянии и RP = 0. Эти два случая соответствуют переносу 1 в следующий разряд и заему 1.

ЛЭ 1, 2 реализуют параллельный перенос между триггерами. Максимальное время переключения равно сумме времен переключения ЛЭ «2И-2И-2ИЛИ», «И» и триггера.

Счетчики типа ИЕ6, ИЕ7 – реверсивные счетчики с раздельными входами «+1», «–1» и с синхронной предустановкой. При W = 1, R = 0 счетчик подсчитывает количество импульсов, поступающих на входы «+1» и «-1». При W = 0, R = 0 двоичный код со входов В по фронту импульса либо +1, либо –1 переписывается на выход.

Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения — вычитания представлена на рис. 24.13. В этом случае состояние счетчика увеличивается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «+1», и уменьшается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «–1». При выполнении условий переключения импульс с входов «+1» или «–1» поступает на вход Т-триггера и вызывает его переключение. Импульсы должны быть короткими и нулевыми.

Параллельный перенос реализуется сразу в ЛЭ. Сигналы переноса 15 и заема 0 формируются раздельно. Длительность импульсов переноса и заема определяется соответственно длительностью импульсов, поступающих на входы «+1» и «–1».

Рис. 24.13. Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения / вычитания

Для получения многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ6, ИЕ7 (рис. 24.14) требуется объединить входы управления W каждой ИС, а также входы R. Выход переноса « 15» ( 9) предыдущей ИС соединить с входом «+1» последующей, а выход заема « 0» – со входом «–1».

При построении многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17 (рис. 24.15) необходимо объединить соответствующие входы управления ИС, а выход переноса предыдущей ИС соединить с синхровходом С последующей.

Рис. 24.14. 8-разрядный реверсивный счетчик

Рис. 24.15. 8-разрядный реверсивный счетчик

Читайте так же:
Mfc 7360nr как обнулить счетчик

Для счетчиков типа ИЕ12, ИЕ13 знаковый выход строится согласно рис. 24.16.

Число поступающих импульсов фиксируется счетчиком в дополнительном коде, т.е. QЗНАК = 1, если число отрицательное, и равно 0, если число положительное. Знаковый разряд фиксирует переход нулевого состояния в положительную или отрицательную сторону. При поступлении импульса на вход С, если счетчик находится в нулевом состоянии (Р = 1), U = 1 (режим сложения), на выходе ЛЭ DD2 появляется уровень логического 0, который устанавливает QЗНАК = 1 и QЗНАК= 0. При U = 0 аналогично произойдет установка QЗНАК = 1.

Рис. 24.16. Реверсивный счетчик со знаковым выходом

Наличие установочных входов D1, D2, D4, D8 позволяет реализовать счетчики с программируемым коэффициентом пересчета (рис. 24.17).

Коэффициент пересчета М задается согласно выражениям:

М = а + 2b + 4c + 8d + 16(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ7, ИЕ13, ИЕ17;

М = а + 2b + 4c + 8d + 10(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ6, ИЕ12, ИЕ16 путем выбора значений a, b, c, d, e, f, g, h, которые могут принимать значения 0 и 1. Полученная комбинация нулей и единиц подается на входы D1, D2, D4, D8.

Счетчики переводятся в режим вычитания. Выход переноса соединяется с входом установки исходного состояния по входам D.

Схемы работают следующим образом: когда триггеры счетчиков находятся в нулевом состоянии и поступает импульс с генератора, происходит установка исходного состояния по входам D. После этого исходное состояние с каждым импульсом уменьшается на единицу. Через (М-1) входной импульс счетчик снова примет нулевое состояние, а М-ый импульс произведет установку исходного состояния. Период повторения выходных импульсов равен , где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.17. Счетчик с программируемым коэффициентом деления

Генератор линейного напряжения на основе реверсивных счетчиков (рис. 24.18) вырабатывает возрастающее напряжение при подключении генератора прямоугольных импульсов (ГИ) к входу «+1» и убывающее напряжение – к входу «–1».

В процессе работы двоичный код на выходах счетчика будет меняться по циклу от 0 до 15 (при подключении к входу «+1») или от 15 до 0 (при подключении к входу «–1»). При этом напряжение на выходе ЦАП будет изменяться скачками от UВЫХ до U1ВЫХ. Величина скачка dU определяется разрядностью счетчика.

Длительность линейного напряжения равна T = 2 n T1, где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.18. Генератор линейно изменяющегося напряжения

Если ступенчатое изменение напряжения не устраивает разработчика, то необходимо на выходе ЦАП поставить фильтр низких частот, который произведет сглаживание ступенек.

Синхронные счетчики

Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. Наращивание их разрядности при соблюдении определенных условий не приводит к увеличению полной задержки срабатывания. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых срабатывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существенным усложнением внутренней структуры микросхемы.

Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асинхронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асинхронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесообразно применять только в тех случаях, когда действительно требуется очень высокое быстродействие , очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано.

Временная диаграмма работы синхронного счетчика (рис. 10.1) отличается от временной диаграммы синхронного счетчика с асинхронным переносом способом формирования сигнала переноса, используемого при каскадировании счетчиков для увеличения разрядности. Сигнал переноса CR (от английского » Carry «) вырабатывается в данном случае тогда, когда все выходы счетчика устанавливаются в единицу (при прямом счете) или в нуль (при обратном, инверсном счете ). Входной тактовый сигнал в образовании сигнала переноса при этом не участвует.

Читайте так же:
Добавить пользователя яндекс счетчик

При каскадировании (совместном включении для увеличения разрядности), например, двух счетчиков тактовые входы С обоих счетчиков объединяются, а сигнал переноса первого счетчика подается на вход разрешения счета (ECT) второго счетчика. В результате второй счетчик будет считать каждый шестнадцатый входной тактовый импульс (так как он будет срабатывать только при переносе от первого счетчика). Выходные сигналы второго счетчика будут переключаться по фронту общего тактового сигнала одновременно с выходными сигналами первого счетчика. Условием правильной работы будет в данном случае следующее: за период тактового сигнала должен успеть выработаться сигнал переноса первого счетчика.

В стандартные серии микросхем входят несколько разновидностей синхронных ( параллельных) счетчиков (рис. 10.2). Различаются они способом счета (двоичные или двоично-десятичные, реверсивные или не реверсивные) и управляющими сигналами (наличием или отсутствием сигнала сброса). Все счетчики считают по положительному фронту тактового сигнала , все имеют выход переноса CR и входы расширения для каскадирования. Все счетчики имеют возможность параллельной записи информации.

Таблица 10.1. Режимы работы счетчиков ИЕ9 и ИЕ10

ВходыРежим
-R-EWRECRECTC
ХХХХСброс
1ХХ0 1Параллельная запись
11ХХХранение
11ХХХранение
11110 1Прямой счет

Счетчики ИЕ9 и ИЕ10 отличаются друг от друга только тем, что ИЕ9 — двоично-десятичный , а ИЕ10 — двоичный . Микросхемы имеют вход асинхронного сброса –R, по нулевому уровню на котором все выходы счетчика сбрасываются в нуль. Счет (только прямой ) производится по положительному фронту на тактовом входе С. Параллельная запись осуществляется синхронно, по положительному фронту на тактовом входе С при установленном в нуль сигнале разрешения записи –EWR. Сигналы ECR («Enable Carry » — разрешение переноса ) и ECT («Enable Count » — разрешение счета ) используются при каскадировании микросхем. Разница между этими сигналами в том, что сигнал ECR не только запрещает счет, как сигнал ECT, но еще и запрещает выработку сигнала переноса CR. Счет идет при единичных сигналах на обоих входах ECT и ECR и при единичном сигнале на входе –EWR. Положительный сигнал переноса CR вырабатывается при максимально возможном коде на выходах счетчика (15 для ИЕ10 и 9 для ИЕ9) и при положительном сигнале на входе ECR. Таблица режимов работы счетчиков ИЕ9 и ИЕ10 представлена в табл. 10.1.

Счетчики ИЕ12 (двоично-десятичный) и ИЕ13 (двоичный) отличаются от ИЕ9 и ИЕ10 тем, что они реверсивные, то есть допускают как прямой , так и обратный счет. Кроме того, у них несколько другое управление. Считают они также по положительному фронту тактового сигнала С при нулевом уровне на входе разрешения счета ECT. Прямой счет осуществляется при нулевом уровне на входе управления U/D, обратный — при единичном уровне на входе U/D. Переключение уровней на входах U/D и ECT допускается только при положительном сигнале на тактовом входе С. Сброс счетчиков ИЕ12 и ИЕ13 в нуль не предусмотрен, зато имеется возможность асинхронной параллельной записи информации по нулевому уровню сигнала параллельной записи –WR.

Положительный сигнал на выходе параллельного переноса CR появляется при достижении максимального кода (15 для ИЕ13 и 9 для ИЕ12) при прямом счете или при достижении нулевого кода при обратном ( инверсном) счете . Имеется также выход последовательного переноса Р, отрицательный импульс на котором вырабатывается при положительном сигнале CR и повторяет отрицательный импульс на тактовом входе С (аналогично рассмотренным ранее счетчикам ИЕ6 и ИЕ7).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector