Сборка светодиодного секвенсора на таймере 555 и счетчике 4017: деление частоты и устранение дребезга

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• 4017 — десятичный счетчик/делитель (каталог Radio Shack # 276-2417)
• Таймер 555 (каталог Radio Shack # 276-1723)
• Десятисегментная шкальная индикация (LED) (каталог Radio Shack # 276-081)
• Один переключатель SPST
• Одна батарея 6 В
• Резистор 10 кОм
• Резистор 1 МОм
• Конденсатор 0.1 мкФ (каталог Radio Shack # 272-135 или аналогичный)
• Связующий конденсатор, 0.047–0.001 мкФ
• Десять резисторов 470 Ом
• Аудиодетектор с наушниками

Осторожно! Микросхема 4017 — CMOS и поэтому чувствительна к статическому электричеству.

Любой однополюсный, однозамыкающий переключатель подойдёт; бытовой выключатель света достаточно и широко доступен.

Аудиодетектор помогает оценить частоту сигнала. Если у вас есть осциллограф, можно обойтись без него.

 

ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ССЫЛКИ

Lessons In Electric Circuits, Том 4, глава 3: «Логические элементы»

Lessons In Electric Circuits, Том 4, глава 4: «Переключатели»

Lessons In Electric Circuits, Том 4, глава 11: «Счетчики»

 

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Генерировать тактовые импульсы астабильным мультивибратором 555.
• Использовать десятичный счетчик 4017 для генерации последовательности один-из-десяти импульсов.
• Применить 4017 как делитель частоты.
• Измерить частоту с помощью секундомера и выхода счетчика.
• Объяснить роль подтягивающего резистора.
• Понять влияние дребезга переключателя на цифровые схемы.
• Реализовать устранение дребезга на базе 555 для механического переключателя.

 

СХЕМА

 

 

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

 

ИНСТРУКЦИИ

Микросхема 4017 — CMOS десятичный счетчик с десятью выходными выводами. При низко-высоком переходе на его тактовом выводе (вывод 14) чип продвигается на один шаг, устанавливая следующий выход в высокое состояние, пока остальные остаются низкими. С таймером 555, настроенным как астабильный генератор, счетчик циклически проходит все десять выходов, зажигая каждый светодиод по очереди и затем перезапуская последовательность. Регулировка резистора и конденсатора 555 меняет частоту вспышек.

Отключите перемычку с вывода 14 (такт) на вывод 3 (выход) и держите свободный конец. Помехи сети 60 Гц будут управлять счетчиком так, что светодиоды будут мигать быстро, демонстрируя чувствительность счетчика к внешним высокочастотным сигналам.

Вывод 15 (Reset) и вывод 13 (Clock Enable) соединены с землёй, чтобы счетчик работал свободно. Подтягивание Reset к высокому уровню возвращает счетчик к нулю (вывод 3 высокий, остальные низкие). Подтягивание Clock Enable к высокому приостанавливает счёт. Соединение Reset с одним из выходов сокращает последовательность; поэкспериментируйте, перемещая перемычку от земли к каждому выходу, и наблюдайте, какие светодиоды загораются.

Изображения:

Поскольку 4017 — делитель частоты, такт 200 Гц от 555 даёт импульс 20 Гц на любом выходе при включённой полной десятишаговой последовательности. В общем, каждый выход выдаёт импульс раз в десять тактовых циклов.

Чтобы услышать это деление, подключите связующий конденсатор 0.047–0.001 мкФ от выхода 0 (вывод 3) к земле и подайте на аудиодетектор. С заземлённым Reset вы услышите «щелчок» каждый раз, когда загорается 0-й светодиод — одна десятая частоты 555.

Используйте секундомер, чтобы посчитать щелчки за минуту. Умножьте количество на десять и разделите на 60, чтобы получить частоту 555 в Гц. В моей сборке (1 МОм, 0.1 мкФ, 13 В питания) 79 щелчков в минуту дали 13.17 Гц.

Чтобы услышать неделённую тактовую частоту, подключите аудиодетектор к выводу 3 таймера 555. Получившийся жужжание — это сырая частота генератора.

Соединяя Reset с промежуточным выходом, можно создать коэффициенты деления 1/9, 1/8, …, 1/2. Например, соединение Reset с шестым светодиодом даёт отношение 1/5, производящую примерно удвоенную частоту щелчков по сравнению с конфигурацией 1/10.

Замените резистор 1 МОм на меньшее значение (например, 10 кОм) для увеличения частоты 555. Послушайте меняющиеся тона при перемещении перемычки Reset — октавы появляются, когда коэффициент деления равен 2, 4 или 8.

Демонстрация дребезга: отключите 555 и подключите переключатель SPST последовательно с подтягивающим резистором 10 кОм к выводу 14. Подтягивающий резистор обеспечивает определённое низкое состояние при разомкнутом переключателе, предотвращая висячий вход и ложные срабатывания. При переключении счетчик может пропускать шаги из-за быстрого дребезга контактов.

Для устранения дребезга используйте 555 как моностабильный устранителя дребезга: подключите переключатель к входу Trigger, а выход 555 используйте для тактирования счетчика. Убедитесь, что время заряда конденсатора превышает время устойчивания переключателя, но достаточно коротко, чтобы не пропускать быстрые нажатия.

С устранением дребезга каждое нажатие переключателя приводит к одному счёту, восстанавливая ожидаемую последовательность светодиодов.