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Progetti Elettronici
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CONTAIMPULSI DIGITALE a 5 CIFRE
(5-Digit Pulse Counter)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
L'articolo descrive la realizzazione di un contaimpulsi digitale fino a 199999.
Questo strumento fu progettato nel 1998 e non fu mai proposto alla rivista Elettronica Flash perché non ebbi mai il tempo di redigere tutta la documentazione necessaria (oltretutto una parte andò persa!). Qualche anno fa ritrovai alcuni manoscritti di questo progetto e ridisegnai tutto con Protel98 cercando di aiutarmi con il prototipo che avevo costruito (visibile nelle foto in fondo alla pagina).
Il circuito nasce esclusivamente per scopi didattici, più precisamente, per descrivere il funzionamento dei Contatori, dei Multiplexer e delle Decodifiche per Display.
Successivamente, al prototipo originale, furono aggiunte alcune parti per renderlo un vero e proprio Contaimpulsi Digitale (nel pannello frontale del prototipo c'è ancora scritto 'RIPPLE COUNTER', ma questa non è la definizione più appropriata !).
Inoltre, grazie alle prese sul pannello posteriore, lo strumento può funzionare anche da piccolo OSCILLATORE AD ONDA QUADRA o GENERATORE DI IMPULSI (entrambi generano segnali a +5 Volt Vpp massimo).
LA SEZIONE DECODIFICA [ TORNA ALL'INDICE ]
Il CD4026 è un Contatore/Divisore con uscite codificate per display a 7 segmenti: nello schema ce ne sono 5 (uno per ogni display) collegati in serie ed ognuno di essi funziona anche come divisore per 10.
All'ingresso CLK (Clock) del primo CD4026 (U1) è applicato il segnale di Clock: dopo i primi dieci impulsi, alla sua uscita (C.OUT - Carry Out) è presente lo stesso segnale ma diviso per 10 che viene applicato all'ingresso CLK (Clock) del secondo 4026 (U2) e così via per tutti gli altri.
Ad ogni impulso, le uscite di ciascun CD4026 vengono aggiornate con la codifica idonea per un display a 7 segmenti.
L'ultimo Carry-Out (piedino 5 di U5) gestisce l'accensione del LED 100.000 e l'azzeramento di tutti i display: in questo modo inizia un nuovo ciclo di conteggio di altri 99.999 impulsi.
Il CD4017 (U7) è un contatore Johnson a 5 stadi con 10 uscite (ma in questo progetto ne ho utilizzate solo 5, mentre la sesta funziona da Reset per il contatore stesso). Questo chip viene utilizzato come pilota Multiplexer nel senso che abilita contemporaneamente ed in sequenza un chip CD4026 ed il suo relativo display. Il tutto, ovviamente, avviene molto velocemente (la frequenza del multiplexer si aggira intorno ai 350-400 Hz) per cui l'occhio umano vede le cifre dei display accendersi simultaneamente (effetto noto come 'persistenza retinica').
La frequenza del multiplexer è generata dall'oscillatore formato dalla porta Nand U2C e dai componenti R18 e C5 (vedi Sezione Controllo): con questi componenti, come accennato, la frequenza si aggira intorno ai 350-360 Hz ma molto dipende anche dalla tolleranza dei componenti e, soprattutto, dal chip utilizzato che può essere indifferentemente il tipo CD40106, CD4584 o MM74C14 i quali, non avendo caratteristiche intrinseche identiche tra di loro (come, ad esempio, i valori di isteresi), potrebbero generare differenti frequenze di oscillazione.
Il CD4043 (Quadruplo Flop-Flop RS) gestisce lo spegnimento dei display quando la cifra da visualizzare è uguale a zero (il primo display a destra, rimane sempre acceso anche quando deve essere visualizzato il valore '0').
LA SEZIONE DISPLAY [ TORNA ALL'INDICE ]
In questa sezione non c'è molto da dire. Sono stati usati dei display ad Anodo Comune del tipo TDSR-515, ma ne esistono molti equivalenti (ad esempio, TDSR5150 oppure LTS546, ed altri con molte varianti sul colore dei segmenti).
Di seguito, la tabella che illustra le caratteristiche del display utilizzato nel progetto.
I cinque Transistor pilotano, in sequenza, gli Anodi Comuni dei Display e vengono comandati dall'integrato CD4017 (vedi Sezione Decodifica).
L'integrato U1 (ULN2004) è utile per "bufferare" il CD4026 (le cui uscite non sono in grado di pilotare direttamente i display a LED) e quindi poter gestire alla perfezione l'accensione dei vari segmenti.
LA SEZIONE CONTROLLO [ TORNA ALL'INDICE ]
In questa sezione troviamo l'oscillatore per il conteggio automatico (questo oscillatore, come detto in precedenza) è stato inserito per puro scopo didattico. Il Potenziometro P1 ne regola la frequenza.
Le porte NOR U3C e U3D sono collegate per ottenere un multivibratore bistabile, quest'ultimo utile per arrestare o avviare l'oscillatore per il conteggio interno. Il bistabile è comandato dal pulsante S4 (Start) che avvia/arresta l'oscillatore interno oppure da un impulso positivo attraverso il diodo D6, impulso che arresta l'oscillatore interno dopo aver premuto il pulsante S1 (Reset). Il LED2 (Start On) si accende quando l'oscillatore è in funzione.
L'inverter U2F ed il relativo pulsante S3 (SBS) invia un impulso singolo (manuale): questo fa si che il conteggio venga incrementato di un'unità.
Il deviatore S2 (Clock) seleziona la sorgente del conteggio: quando è posizionato su 'Ext', vengono conteggiati gli impulsi provenienti dall'esterno attraverso gli ingressi J3 e J4 (CLK IN) mentre quando è posizionato su 'Int' vengono conteggiati gli impulsi manuali (SBS) o quelli dell'oscillatore interno.
Le porte NOR U3A e U3B sono impiegate come bistabile per l'accensione del LED3 (100.000).
Il pulsante S1 (Reset), se premuto, azzera tutte le cifre del display e spegne, se acceso, il LED3 (100.000): l'impulso viene anche inviato alle prese J1 e J2 (RST OUT) per eventuali usi su interfacce esterne.
Il LED1 (Speed) offre un'indicazione visiva degli impulsi, siano essi provenienti dall'esterno o dall'oscillatore interno.
L'ALIMENTATORE [ TORNA ALL'INDICE ]
Il progetto si completa con un alimentatore che eroga +12v (per dispositivi esterni) e +5v stabilizzati (alimentazione dei circuiti del Contaimpulsi e quelli di un'eventuale interfaccia esterna).
COMANDI E USO [ TORNA ALL'INDICE ]
In questo breve paragrafo c'è un riassunto di tutti i controlli, molti dei quali già visti al paragrafo Sezione Controllo.
Tutti i comandi sul pannello frontale sono utilizzati per generare automaticamente gli impulsi con frequenza regolabile tramite il potenziometro siglato "SPEED".
Il pulsante "START" avvia e ferma l'oscillatore interno (dovrebbe essere marcato "START/STOP" !).
Il LED "START" indica, se acceso, che lo strumento è in fase di conteggio degli impulsi generati dall'oscillatore interno.
Il pulsante "SBS" (Step By Step) genera un impulso ad ogni pressione (anche se l'oscillatore interno è già avviato).
I controlli descritti fin qui hanno effetto solo se è stato selezionato l'oscillatore interno (vedi selettore "CK.EXT./CK.INT.").
Il selettore "CK.EXT./CK.INT." seleziona la fonte del conteggio: grazie a questo selettore (e alle prese sul pannello posteriore) possiamo usare lo strumento come "Contaimpulsi".
Il LED "SPEED" ci dà un'indicazione visiva della velocità degli impulsi (sia interni che esterni).
Il pulsante "RST" (Reset) resetta il conteggio (interno o esterno) ed azzera il display.
Il conteggio massimo è di 99.999 impulsi ma con l'aggiunta si un solo LED (siglato "100.000" sul pannello frontale) ho potuto estendere il conteggio a 199.999 impulsi: infatti, durante il conteggio, l'accensione di questo LED indica che sono stati già conteggiato 100.000 impulsi.
Sul pannello posteriore ci sono varie prese utili per l'interfacciamento dello strumento con eventuali circuiti esterni.
Uscite +12v e +5v: tensioni di alimentazione stabilizzate.
Uscite CK e CK negato: impulsi dell'oscillatore interno (o impulsi singoli generati con il pulsante SBS).
Uscite RST e RST negato: impulsi di Reset e Reset negato (vedi pulsante RST).
Ingressi CK e CK negato: qui si applicano gli impulsi esterni da conteggiare. Quando si utilizzano questi ingressi, gli stessi impulsi vengono "replicati" anche sulle Uscite CK e CK negato.
I PCB LAYOUTS [ TORNA ALL'INDICE ]
Per realizzare lo strumento occorrono 4 PCB: Decodifica, Display, Controllo e Alimentatore.
LE FOTO DEL PROTOTIPO [ TORNA ALL'INDICE ]
Altre foto del prototipo (vista interna).
Schemi elettrici e disegni sono stati realizzati con il software EDA Protel 98.
Nel file pdf (che potete scaricare cliccando sul link qui sotto) troverete gli schemi elettrici, i PCB, i Master, l'elenco dei componenti utilizzati e le istruzioni per il funzionamento.
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