книги / Цифровые приборы с частотными датчиками

В заключение необходимо заметить, что устройства стабилизации показаний целесообразно вводить в приборы, предназначенные для

измерений медленно изменяющихся величин.

10-7. Счетчики цифровых приборов со световой индикацией результатов

В настоящее время имеется достаточно обширная литература, по­

священная счетчикам импульсов со световой индикацией (см., на­

пример 1244, 248]), поэтому кратко рассмотрим только те из них, которые наиболее часто применяются на практике.

Рис. 10-17. Схема транзисторного триггера

Практическая схема транзисторного триггера. Наибольшее рас­ пространение для построения счетчиков частотно-цифровых приборов находят статические транзисторные триггеры. На рис. 10-17 показана

принципиальная схема описанного в работе [248] триггера. В табл.

10-1 приведены номинальные значения параметров деталей и типов

Таблица 10-1

диодов и триодов, применяемых в триггерах на частоты 100 кгц, 1 Мгц,

10 Мгц. Триггер на частоту 1 Мгц имеет схему, аналогичную схеме

триггера на частоту 100 кгц; в обоих случаях все используемые диоды

типа Д9Д. Отличие триггера на частоту 10 Мгц состоит в наличии конденсатора С5, диодов Д7 и Д8 и использовании диодов типа Д18

с малым временем восстановления прямого и обратного сопротивле­

ний. Триггеры, собранные по схеме рис. 10-17, имеют высокую на­ дежность в интервале температур от — 50 до + 60° С. Интенсивность

отказов для триггера на 100 кгц составляет 1,4-10-6, а для триггера

на 1 Мгц — 8,9.10"° [248].

Десятичный счетчик, работающий в коде 2421. Для того чтобы

построить десятичный счетчик, используют четыре триггера и цепь

обратной связи или логическую цепь. Поскольку четырехтриггерный двоичный счетчик имеет 16 состояний, то обратная связь или логиче­

ская цепь призваны устранить шесть излишних состояний. По цепи

обратной связи подаются импульсы со старших триггеров счетчика

на входы более младших триггеров, так что после прихода одного вход­ ного импульса эти триггеры могут опрокинуться дважды — вначале

от входного импульса и затем от импульса обратной связи. Логиче­ ские цепи устраняют лишние положения счетчика путем переключе­

ния межтриггерных цепей переноса в зависимости от числа, записан­

ного к декаде.

На рис. 10-18 показана широко распространенная схема построе­ ния двоично-десятичного счетчика путем введения обратной связи с четвертого на второй и третий триггеры. Для простоты пояснений здесь и в дальнейшем будем считать, что триггер находится в состоя­ нии «1», если правый транзистор триггера закрыт, а левый открыт.

Если же открыт правый транзистор, а левый закрыт, то состояние триггера соответствует цифре «0». Входные импульсы на каждый сле­ дующий триггер подаются через дифференцирующую цепь с коллек­ тора правого транзистора предыдущего триггера (схема работает от положительных импульсов).

В соответствии с принятыми обозначениями состояния счетчика по схеме рис. 10-18 при поступлении на вход различного количества импульсов можно обозначить следующими кодовыми комбинациями

(табл. 10-2).

До поступления восьмого импульса схема работает как обычный двоичный счетчик. После прихода восьмого импульса счетчик прини­

мает вначале состояние 1000, а затем импульс обратной связи снова

ного складывается из задержек всех четырех триггеров. В декаде на триггерах 100 кгц (см. рис. 10-17) время задержки составляет 2,5 мксек а на триггерах 1 Мгц — 0,3—0,4 мксек.

Десятичный счетчик, работающий в коде 8421. На рис. 10-19 по

казана структурная схема триггерной декады с логической цепью,

работающей в коде 8421. В табл. 10-3 приведены состояния триггеров этой декады при последовательном счете импульсов.

До восьмого импульса декада работает как обычный двоичный счетчик. После прихода восьмого импульса триггер Т4 устанавли­

вается в состояние «1» и закрывает ключ К- Поэтому после прихода

десятого входного импульса триггер Т2 остается в состоянии «0», а выходной импульс триггера 7\ устанавливает триггер Т4 в исход­ ное состояние «0». Преимуществом этой декады по сравнению с дека­ дой по схеме рис. 10-18 является отсутствие двойных срабатываний

триггеров, что увеличивает ее надежность и облегчает построение логических узлов на таких счетчиках. Кроме того, задержка выход­ ного импульса декады по отношению ко входному равна в данном слу­ чае сумме задержек только двух триггеров.

Десятичный счетчик, работающий в коде 4221. Общим недостатком

двух описанных десятичных счетчиков является уменьшение примерно

удобным для работы является самодополняющий код этого счетчика:

из табл. 10-4 видно, что кодовую комбинацию данного числа можно

получить из кодовой комбинации числа, дополняющего его до 9, про­ стой заменой единиц на нули и нулей на единицы.

Цепи индикации. Существуют различные виды световых индикато­

ров для считывания цифровых результатов измерения [230, 231, 238].

Наибольшее практическое применение в отечественных частотно-циф­

ровых приборах нашли цифровые индикаторы тлеющего разряда типа ИН-1, ИН-2 и т. д., что объясняется относительной простотой кон­ струкции отсчетных устройств на этих индикаторах и несложной схе­

мой управления ими. Поскольку для работы цифровых индикаторов

типа ИИ требуются повышенные напряжения (до 220 в), то устройство

управления индикатором должно включать в себя двоично-десятич­

ный дешифратор (набор диодных или резистивных цепей совпадения)

ипри транзисторных счетчиках усилители напряжения. Значительно упростить блок индикации можно при использовании

фазо-импульсного (стробоскопического) метода считывания информа­ ции [242]. Идея метода поясняется на рис. 10-21. Как видно из этого рисунка, устройство индикации содержит в этом случае дополнитель­

Фа» Фз) положительных анодных импульсов для индикаторных ламп. Работа блока индикации по схеме рис. 10-21 происходит следую­

щим образом. После окончания счета разъединяются междекадные

связи счетчика. Затем от генератора тактовых импульсов ГТИ па­ раллельно подаются импульсы на все декады счетчика и на опорную декаду, которая предварительно устанавливается в состояние «0». Импульсы с выходов декад счетчика, пройдя через усилители-форми­

рователи, поступают на аноды соответствующих индикаторных ламп,

в результате чего вспыхивает цифра, соответствующая тому катоду, на который подается в этот момент отрицательный импульс с дешифра­ тора опорной декады.

Индикаторная лампа при фазо-импульсном считывании работает

со скважностью, равной 10. Однако это не ухудшает ее работу, а на­

оборот, способствует четкому высвечиванию всего контура цифры. Кроме того, что схема блока индикации оказывается в данном случае проще, чем при статическом считывании, упрощаются также соеди­

нительные цепи между отсчетным табло и электронной частью при­ бора. Последнее имеет существенное значение при присоединении

кприбору дублирующих отсчетных табло.

Вкачестве формирователей анодных импульсов в фазо-импульс­

ных блоках индикации могут использоваться блокинг-генераторы,

одновибраторы или просто усилители с цепью совпадения или диффе­ ренцирующей цепью на входе. Для получения катодных импульсов могут применяться как триггерные декады с дешифраторами и усили­ телями, так и различные кольцевые счетчики и регистры сдвига. По­

скольку при фазо-импульсном съеме информации от декады счетчика

требуется только способность выдавать один выходной импульс на десять входных, то появляется возможность использования для

построения счетчиков не только триггерных декад, но и других пе-

ресчетных цепей — феррит-транзисторных, феррит-диодных счетчи­ ков, накопительных счетчиков на конденсаторах и ферромагнитных сердечниках и т. д. Такой путь построения счетчиков частотно-циф­ ровых приборов представляется весьма перспективным, так как по­

зволяет значительно уменьшить количество деталей в цифровой части

прибора [242].

10-8. Регистрация результатов измерений с помощью электромеханических цифропечатающих устройств

Типы цифропечатающих машин. Выпускаемые отечественной про­

мышленностью электромеханические цифропечатающие устройства

по принципу действия делятся на рычажные, штанговые и ротаци­

онные.

Рычажные цифропечатающие устройства отличаются от обычных

пишущих машинок только тем, что привод литерных рычагов произ­

водится с помощью соленоидов. В качестве примера можно привести электроуправляемые машины ЭУМ-23 (печатает 23 различных знака,

из них 10 цифр) и ЭУМ-46 (печатает 46 знаков). Скорость работы этих машин относительно невелика — 5—7 знаков в секунду. Печать вы­

полняется на стандартный лист бумаги или на широкую бумажную

ленту. Пропуск между числами и возврат каретки производятся также

при помощи соленоидов. Кроме того, предусмотрен механический воз­

врат при продвижении каретки до упора, положение которого можно регулировать. Импульсы, подаваемые на соленоиды машины, должны иметь длительность 50—60 мсек, напряжение 24 в, ток 1 а. Для огра­ ничения длительности импульсов в машине установлен кулачок на валу непрерывно вращающегося при печати электрического двигателя. Этот кулачок замыкает контакт, находящийся в общей цепи всех со­

леноидов, один раз за оборот и только на указанное время. На этом

же валу сидит второй кулачок, который управляет контактами синх­ ронизации. Включая эти контакты в цепь управления машиной, можно получать информацию о том, что печать данного знака закончена и

необходимо подать напряжение на соленоид, соответствующий сле­

дующему знаку.

Представителем штанговых цифропечатающих механизмов является

машина типа ЦПМ-1. Набор нужного числа для печати производится

в ней путем вертикального перемещения штанг, на боковой поверх­ ности которых расположены рельефные изображения цифр. Количе­

ство штанг определяет количество знаков в строке и для машины

ЦПМ-1 равно 11. Печать производится на бумажную ленту, и за такт печатается сразу вся строка. Максимальная скорость печати машины ЦПМ-1 составляет две строки в секунду (22 знака в секунду).

К группе ротационных цифропечатающих машин относится оте­

чественная машина МП16-1. В основу ее устройства положен цифровой барабан, составленный из отдельных цифровых колес. На цилиндри­ ческой поверхности каждого колеса имеются изображения десяти

цифр, знаков «+ » и «—». Цифровой барабан при печати непрерывно

вращается. Против каждого цифрового колеса барабана расположен

печатающий молоточек. При подаче тока в соответствующий соленоид

ментам времени, в которые может

производиться печать. Кроме того, перед приходом первого синхрони­ зирующего импульса с других датчиков выдается импульс «начало

печати» и после прихода последнего импульса — «конец печати». Мак­

симальная скорость печати отечественных ротационных машин равна 25 строкам в секунду; если учесть, что каждая строка содержит 16 зна­ ков, то это соответствует 400 знакам в секунду.

Ввод информации на машины ЦПМ-1 и ЭУМ-23. Машина ЦПМ-1 имеет электронный блок и механический дешифратор, преобразующий

код 2421 или 8421 в десятичный код, поэтому каждому десятичному разряду в ней соответствует определенная комбинация срабатываний четырех соленоидов. Счетчик прибора, работающего с машиной ЦПМ-1, должен принимать состояния триггеров, приведенные в табл. 10-2 или в табл. 10-3 (см. § 10-7). Для печати необходимо подать на соленоиды машины через усилители напряжения с триггеров всех

декад счетчика и затем выдать импульс начала печати. Электронный блок, который содержится в ЦПМ-1, рассчитан на управление соле­

ноидами с анодов ламповых триггеров частотомера 43-4. Входящие

в этот блок усилители на тиратронах ТГ1Б имеют входное сопротив­ ление 0,6 — 1 Мом и срабатывают от положительного напряжения

120—160 б. Импульс начала печати поступает в машину извне (иапри-

мер, с триггера времени измерения частотомера 43-4) и тоже усили­ вается в электронном блоке.

Сложность ввода информации в машины типа ЭУМ-23 и ЭУМ-46 заключается в необходимости преобразования информации, поступаю­ щей параллельно со всех декад счетчика, в последовательность им­

пульсов, подаваемых на соленоиды машины. Иными словами, нужно

обеспечить последовательный опрос всех декад счетчика. В связи с

этим схема ввода (рис. 10-22) содержит обычно коммутатор опроса

/СО, который работает от импульсов синхронизации, поступающих

с машины. Напряжения с декад счетчика через систему ключей K lf

К г и К 3 подаются на усилители, к выходам которых присоединены соленоиды машины. Переключаясь, коммутатор опроса подключает

к усилителям вначале все выходы декады Дек 1 через ключи К lt за­

тем выходы декады Дек 2 через ключи /С2 и т. д. В случае использова­ ния трехдекадного счетчика коммутатор опроса должен иметь минимум

четыре различных состояния, три из них соответствуют печати ин­

формации с декад, а четвертое обеспечивает паузу, необходимую для

нового заполнения счетчика. Во время паузы ключи К и К 3 за­ крыты и ни на один из соленоидов напряжение не подается, поэтому

печать не производится, хотя двигатель машины может в это время вращаться. Практически приходится предусматривать еще допол­

нительные состояния коммутатора для «печати» пропуска (или не­

скольких пропусков) между числами, а также для печати различных дополнительных знаков (плюс, минус, запятая, точка и т. д.).

При такой схеме ввода либо каждую декаду снабжают своим де­ шифратором и коммутируют выходы дешифраторов, либо (это проще)

коммутируют выходы триггеров, а дешифратор делают общим. Для

упрощения схемы дешифратор и усилители соленоидов можно совме­

стить, выполнив их в виде единого релейно-диодного блока. Введение реле не вызовет при этом заметного снижения надежности устройства в целом, так как сама машина уже включает в себя контактные уст­ ройства.

В качестве коммутатора опроса в схеме ввода может быть исполь­

зован кольцевой счетчик либо обычный двоичный или двоично-деся­ тичный счетчик с дешифратором. Практические схемы ввода инфор­ мации в машину, естественно, содержат ряд дополнительных тригге­ ров, ключей и т. п. для того, чтобы обеспечить своевременное включе­

ние и выключение блока печати, перевод каретки и т. д. Пример схемы

ввода информации в машину ЭУМ-23 будет более подробно рассмотрен ниже в § 12-1.

Ввод информации в машину МП16-1. Для ввода информации в ро­ тационную цифропечатающую машину нужно сформировать серию

импульсов, совпадающих по времени с моментами прохождения со­

ответствующих цифр под печатающими молоточками.

Рассмотрим вначале самую простую по принципу работы, хотя

схемно и достаточно сложную цепь ввода с использованием реверсив­

ного счетчика импульсов (рис. 10-23). Во время измерения импульсы подаются на суммирующий вход счетчика. При регистрации показа­

ний на вычитающие входы всех декад параллельно подаются импульсы синхронизации с машины. Первый из этих импульсов по времени сов­

падает с моментом печати цифры 0, второй — цифры 1, десятый им­ пульс соответствует моменту печати цифры 9.

К выходу каждой декады присоединен усилитель, подающий им­ пульс тока в соленоид печатающего молоточка соответствующего де­

По сигналу «разрешение печати» опрокидывается в состояние «1» триг­ гер Т19 в результате чего открывается ключ Кг- Первый же импульс «начало печати», пройдя через открытый ключ К 1%опрокинет в состоя

ние «1» триггер Т2. Открывшийся при этом ключ К 2начнет пропускать

синхронизирующие импульсы на вычитающие входы декад. Импульсы, возникающие на выходе декады в момент перехода из состояния «0» в состояние «9», поступают на усилители и затем на соленоиды печати. Для устранения влияния декад друг на друга мёждекадные связи в режиме печати отключаются (ключи Кв, К4). Импульс «конец печати»

возвратит в состояние«0» триггер Т 2%при этом импульс с коллектора Т2 также установит в состояние «0» триггер 7\. Схема возвратилась

в исходное состояние.

Недостаток схемы рис. 10-23 заключается в необходимости ревер­ сивного счетчика, более сложного и, как правило, менее надежного,

чем нереверсивный счетчик.

Возможен метод ввода информации в ротационную машину с пода­ чей синхронизирующих импульсов на суммирующие входы декад. Схема ввода при этом отличается от показанной на рис. 10-23 лишь

тем, что используется нереверсивный счетчик и импульсы синхрони­

зации подаются через схемы «ИЛИ» на суммирующие входы декад.

Соленоиды печати срабатывают в этом случае в моменты перехода декад из состояния «9» в состояние «0». Однако в этом варианте устрой­ ства необходимо, чтобы порядок следования цифр на цифровом бара-

бане был обратным: первому синхронизирующему импульсу должна соответствовать цифра 9, второму — 8, третьему — 7 и т. д., деся­ тому импульсу — 0. Тогда, если в декаде записано число 7, то два первых импульса дополнят ее до 9, а третий импульс переведет в со­

стояние «0», при этом сработает печатающий молоточек и отпечатает

цифру 7.

Еще одна схема ввода информации в ротационную машину пока­

Рис. 10-25. Схема цепи сравнения кодов двух декад

нительную декаду Дек 0, предварительно установленную в состоя­

ние «0». Между выходами с триггеров этой декады и выходами с триг­

геров декад счетчика включены цепи сравнения кодов ЦСК1, ЦСК2

и ЦСДЗ. Потенциал на выходе цепи сравнения кодов появляется тогда,

когда в обеих сравниваемых декадах триггеры оказываются в одина­ ковом состоянии. Запуском усилителей Ус1, Ус2, УсЗ по заднему