Тайное становится явным

В повседневной жизни все мы привыкли пользоваться десятичной системой счисления. Решаете ли вы задачку из школьного учебника, подсчитываете ли стоимость покупок в магазине либо узнаете время по часам — в любом случае конечный результат предстает перед нами некоторым набором десятичных цифр.

Однако, как вы уже знаете, в цифровой технике применяется двоичная система счисления, оперирующая всего двумя цифрами: 0 и 1. Понятно, что постоянно переводить результаты вычислений из двоичной системы в десятичную крайне неудобно. Попробуйте быстро определить, каким десятичным числом будет, к примеру, двоичный код 11010? Опытный программист ответит сразу: 26. А вот большинству из вас операцию перевода придется выполнить на бумаге — сделать это в уме достаточно сложно.

Чтобы облегчить наше восприятие цифровой информации на выходе логических устройств, конструкторы создали специальные электронные приборы — дешифраторы. Они преобразуют двоичный код в привычный нам десятичный, то есть, образно говоря, расшифровывают закодированную числовую информацию.

На рисунке 1 показана электрическая схема простейшего дешифратора с двумя входами. Такое устройство преобразует двузначный двоичный код в десятичный. Когда на входах 1 и 2 оказывается числовой код 00, напряжение логической единицы поступает с инверторов DD1 и DD2 на входы элемента DD6. Он открывается, в результате загорается лампа HL4 «0». Если двоичная информация имеет код 01, напряжение логической 1 поступает на элемент DD5 со входа 2 и выхода инвертора DD1 — горит лампа HL3 «1». Логический код 10 вызывает переключение элемента DD4. В этом случае горит HL2 «2». Появление кода 11 приведет к переключению DD3 и зажиганию лампы HL1 «3».

Казалось бы, проблема решена, но вот что настораживает. Для выполнения даже такой несложной функции потребовалось шесть логических элементов. А представляете, сколько их нужно иметь, например, электронно-вычислительной машине, которая оперирует кодами, состоящими из нескольких десятков и даже сотен знаков? Такой дешифратор будет выглядеть поистине «исполином» рядом с любым другим узлом ЭВМ.

В действительности, однако, этого не происходит. Дело в том, что конструкторы разработали дешифраторы на основе интегральной технологии, при которой все логические элементы размещаются в одном общем кристалле полупроводника. Кристалл затем «упаковывают» в герметичный корпус с выводами — так получается дешифратор-микросхема.

Обычно такие ИМС имеют четыре входа, так как любая десятичная цифра от 0 до 9 представляется четырехзначным двоичным кодом: 0000—0, 0001—1, 0010—2, 0011—3, 0100—4, 0101—5, 0110—6, 0111—7, 1000—8, 1001—9. Это означает, что один дешифратор рассчитан на раскодирование одной любой десятичной цифры от 0 до 9, записанной в двоичной системе. Такая микросхема имеет десять выходов, каждый из которых соответствует определенной цифре. Существуют и другие дешифраторы, например, с четырьмя входами и шестнадцатью выходами. Так как в четырехзначном двоичном коде можно записать любое число от 0 до 15 (1010—10, 1011—11, 1100—12, 1101—13, 1110—14, 1111—15), то такой прибор обладает большими возможностями, чем его «собрат» с десятью выходами. Кроме того, есть дешифраторы с семью выходами — они предназначены для работы со специальными цифровыми индикаторами, показывающими, какое число «расшифровано» микросхемой. Иногда такие микросхемы, помимо информационных входов, имеют еще и дополнительные установочные. Подавая на эти входы сигналы определенного логического уровня, можно управлять процессом преобразования информации в дешифраторе, например, производить раскодирование двоичной информации только по команде.

Внешний вид наиболее распространенных приборов этого типа показан на рисунке 2.

На принципиальной схеме микросхему-дешифратор изображают в виде прямоугольника, разделенного на три части двумя вертикальными линиями. В средней помещен буквенный код DC, обозначающий дешифратор. Слева располагают информационные и установочные входы, а справа — выходы. Характеризуются эти приборы теми же параметрами, что и другие, уже известные вам логические элементы.

Практическое знакомство с дешифраторами начнем с микросхемы К155ИД3. Она помещается в стандартном пластмассовом корпусе с двадцатью четырьмя выводами (рис. 3). Дешифратор К155ИД3 имеет четыре информационных и два установочных входа, шестнадцать выходов и два вывода для подключения питания. Как и все ИМС серии К155, эта микросхема выполнена на основе ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики) и предназначена для преобразования четырехзначного двоичного кода в десятичный от 0 до 15. Напряжение питания — постоянное 5 В; потребляемый ток — не более 56 мА; выходное напряжение логического ноля — не более 0,4 В, логической единицы — не менее 2,4 В; время переключения любого выхода из одного устойчивого состояния в другое — не более 36 нс; рабочий диапазон температур — от —10 до +70°С.

Все выходы дешифратора К155ИД3 — инверсные. Это означает, что, когда на его входах логическая информация имеет вид 0000, на всех выходах, кроме «0», устанавливается напряжение логической 1. То есть выходной сигнал, соответствующий любому десятичному числу от 0 до 15, представляется низким уровнем логического напряжения. При цифровом коде 0001 на входах дешифратора нулевой уровень установится на выходе «1», а на всех остальных будет единичный. Если информация примет значение 0010, то 0 появится уже на выходе «2», а на остальных будет 1, и так далее. Входы W0 и W1 — установочные. Когда на них подано напряжение низкого логического уровня, то преобразование информации идет обычным порядком. При появлении на этих входах напряжения высокого логического уровня дешифратор запирается, преобразование информации прекращается, а на всех выходах появляется логическая 1.

А теперь предлагаем вам ознакомиться с одним из возможных вариантов применения микросхемы К155ИД3. Прибор, о котором мы хотим рассказать, может стать незаменимым помощником для тех, кто увлекается не только электроникой, но и фотографией. Речь пойдет о таймере для фотопечати. Его назначение — автоматически включать и выключать лампу фотоувеличителя на время, необходимое для нормальной экспозиции изображения на фотобумаге. Достаточно установить переключателем требуемое время выдержки и нажать кнопку — автомат сам включит и в нужный момент выключит проекционную лампу.

Временной диапазон выдержек таймера — от 1 до 12с. Регулировка длительности экспозиции—двойная: дискретная — с интервалом 1 с и параллельная плавная — с интервалом ±0,5с. Питается устройство от сети переменного тока; потребляемая мощность — не более 1 Вт.

Прибор состоит из низкочастотного генератора, собранного на трех логических элементах 3И-НЕ микросхемы DD1 (рис. 4); двоичного счетчика DD2; дешифратора DD3; транзисторного ключа VT2, нагрузкой которого служит реле К1; стабилизированного источника питания.

Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии контактные пары реле К1.1 замкнуты, а К1.2—разомкнуты. После включения питания тумблером Q1 напряжение 12 В поступает на электронный ключ и 5 В — на микросхемы. При этом в начальный момент низкочастотный генератор не вырабатывает импульсов, так как конденсатор С1, стоящий в цепи обратной связи, закорочен. В результате на всех выходах DD3 устанавливается высокий логический уровень напряжения. Предположим, что мы установили время выдержки 5 с, соединив подвижный контакт переключателя SA1 с выводом 6 дешифратора. Напряжение с выхода «5» DD3 через резистор R5 поступит на базу транзистора VT2. Он откроется, и реле K1 сработает, размыкая контакты К1.1 и замыкая К.1.2. В результате одновременно произойдут два события: включится проекционная лампа EL1 и запустится низкочастотный генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой следования 1±0,5 Гц. Они поступают на информационный вход С1 двоичного счетчика DD2. Счетчик переводит последовательность импульсов в четырехразрядный двоичный код, который затем преобразуется дешифратором DD3. С появлением первого импульса на входе DD2 на выходе «1» DD3 установится низкий логический уровень напряжения, а на остальных выходах — высокий. После прихода на счетчик второго импульса низкий логический уровень напряжения будет уже на выходе «2» DD3. Далее все происходит в той же последовательности до тех пор, пока на вход счетчика не поступит пятый импульс. Теперь на выходе «5» дешифратора установится низкий логический уровень напряжения. В результате транзистор VT2 закроется, а реле K1 возвратится в исходное состояние, замкнув контакты K1.1 и разомкнув K1.2. Произойдет «остановка» низкочастотного генератора и одновременно погаснет проекционная лампа EL1 — фотоэкспозиция будет завершена. Так как низкий логический уровень напряжения на выходе «5» DD3 может сохраняться сколько угодно долго, чтобы стереть информацию, накопленную счетчиком, и вновь запустить таймер, необходимо кратковременно нажать кнопку SB1.

Переменный резистор R1 служит для регулировки времени выдержки в пределах ±0,5 с; R4 понижает напряжение с 12 В до 5 В, необходимого для питания микросхем. Диод VD4 защищает их от индуктивных выбросов тока с обмотки реле K1. Конденсаторы С2, С4, С7 защищают ИМС от сбоев в работе из-за различных электрических помех.

Элементы прибора размещаются на двух монтажных платах, изготовленных из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1—2 мм. На одной из них размером 70X40 мм (рис. 5) собирается счетный узел на микросхемах DD1 — DD3. Конденсаторы С2, С4, С5 подпаиваются непосредственно к выводам питания ИМС. На второй плате размером 73X35 мм (рис. 6) размещаются элементы источника питания и транзисторного ключа. Транзисторы VT1, VT2 необходимо установить на теплорассеивающих радиаторах с полезной площадью не менее 25 см2 каждый.

Теперь о деталях таймера. Микросхемы: DD1 — К155ЛА4, КМ155ЛА4, DD2 — К155ИЕ5, КМ155ИЕ5, DD3 — К155ИДЗ; транзисторы: КТ601 — КТ603, КТ608, КТ801, КТ805, КТ819 с любыми буквенными индексами; диодный блок VD1 — КЦ405 или четыре диода Д7, Д226, Д237; диод VD4 — Д9Ж, Д219, Д220, Д223; стабилитроны: VD2 — Д813, Д814Г, Д814Д, VD3 — КС147А или КС156А. Постоянные резисторы — ВС, МЛТ, ОМЛТ, С2-23 мощностью 0,125 Вт, переменный — СПО-0,5, СП-1, СП-2. Оксидные конденсаторы К50-6 или К50-16, остальные — малогабаритные серии КМ. Реле К1 — РПУ-0 на рабочее напряжение 12 В (указано на корпусе реле) или РЭС22 (паспорт РФ4.500.129). Сетевой трансформатор — любого типа, желательно малогабаритный, с напряжением вторичной обмотки 12—18 В, например, ТС-25 или ТС-27 от телевизионных приемников «Юность». Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на ток не более 1A, FU2—0,25 А. ХР1, ХР2 — стандартные сетевые вилки, XS1 —сетевая розетка. Тумблер рассчитан на коммутацию напряжения 220 В при токе не менее 1 А (например, Т3-С); многопозиционный переключатель — любого типа на 12 положений (например, ПГ3 для коммутации телевизионных каналов). Лампа фотоувеличителя — мощностью не более 200 Вт.

Все узлы таймера поместите в пластмассовый корпус подходящих размеров. На верхней панели установите тумблер подачи питания, переключатель и переменный резистор установки времени экспозиции, снабженные декоративными ручками. Отметьте положения SA1, указав соответствующее время выдержки. На боковой панели закрепите держатели предохранителей и розетку разъема. Необходимо также просверлить отверстие для сетевого шнура.

Наладить работу таймера несложно. Переключателем SA1 установите время выдержки 12 с, движок переменного резистора поверните в среднее положение. Включите прибор, и по секундомеру проверьте точность счета. Подстройку времени экспозиции выполните резистором R2.

В. ЯНЦЕВ