Делитель на 5000

Применение цифровой шкалы в трансивере позволяет не только улучшить комфорт оператору (повысить сервис) при отсчете частоты, но и простым способом значительно повысить стабильность частоты ГПД, используя систему ЦАПЧ. В состав цифровой шкалы, как правило, входит свой кварцевый генератор, а также делитель частоты, необходимые для получения стабильных интервалов времени, в течение которого и происходит счет импульсов. В принципе, этот генератор, можно исключить из схемы, упростив её, воспользовавшись тем, что в самом трансивере имеется свой опорный кварцевый гетеродин. При этом все сигналы получаются автоматически синхронизированы, так как генератор общий (единый). Кроме того – чем меньше генераторов в аппарате, тем меньше и гармоник, да и проще конструкция, налицо экономия радиодеталей. Во многих схемах трансиверов (например, в UW3DI) используется частота опорного гетеродина величиной в 500 кГц. Если эту частоту подать на цифровую шкалу, предварительно разделив на 5000, то получим сигнал с частотой 100 Гц, который в большинстве случаев и используется для формирования счетного временного интервала.
В качестве делителя с таким коэффициентом можно использовать микросхему К561ИЕ16. Она заметно отличается в лучшую сторону от варианта использования для этой цели нескольких корпусов декадных счетчиков (меньшим количеством применённых корпусов), либо ценой в меньшую сторону (на порядок!) по сравнению с микросхемами с большей плотностью интеграции. Принципиальная электрическая схема делителя с коэффициентом деления 5000 показана на рис.1. На транзисторе VT1 собран входной усилитель-формирователь сигнала. Микросхема DD1 К651ИЕ16 – 14-разрядный двоичный счетчик с последовательным переносом. У неё два входа – вход установки начального состояния R (вывод 11) и вход С для подачи тактовых импульсов (вывод 10). На последний и подключен коллектор транзистора VT1. Установка триггеров счетчика в 0 производится при подаче на вход R логической единицы, счет – по спадам импульсов положительной полярности, подаваемых на вход С. Счетчик имеет выходы не всех разрядов – отсутствуют выходы разрядов 2 в первой степени и 2 во второй, поэтому, если необходимо иметь сигналы со всех двоичных разрядов счетчика, следует использовать ещё один счетчик, работающий синхронно и имеющий выходы 1, 2, 4, 8, например половину микросхемы К561ИЕ10. Соединение микросхем в таком случае показано на рис.2.
Коэффициент деления одиночной микросхемы К561ИЕ16 составляет 16384 (деление на два четырнадцать раз). При необходимости получения большего коэффициента деления можно выход 3 (разряд 2 в тринадцатой степени) микросхемы соединить со входом С ещё одной такой же микросхемы или со входом СР любой другой микросхемы-счетчика. Микросхему К561ИЕ16 удобно применять в делителях частоты с произвольным коэффициентом деления. Пример такого применения показан на рис.1 (К=5000). В этой схеме элементы DD2.1, DD2.2 должны иметь столько входов, сколько имеется единиц в двоичном представлении числа, определяющего необходимый коэффициент деления. В нашем случае коэффициент деления в десятичной системе выглядит так: 5000. Двоичный эквивалент этого числа будет выглядеть так: 1001110001000. Пять входов DD2 (соответствующих количеству единиц в двоичном числе) должны быть подключены к выводам DD1 – 7 (разряд два в третьей степени), 13 (два в седьмой степени), 12 (два в восьмой), 14 (два в девятой), 2 (два в двенадцатой).
Порядок определения подключаемых выводов микросхем следующий:
1. Десятичное число коэффициента деления переводится в двоичную форму. Для этого оно нацело делится на 2, остаток (0 или 1) записывается (смотри схему 1). Получившийся результат вновь делится на два, остаток снова записывается, и так далее, пока после деления не останется нуль. После этого число коэффициента записывается в одну строчку слева направо, причем первый остаток является младшим разрядом двоичной формы числа, последний – старшим. Полученное число (в нашем конкретном случае 1001110001000) записывается в таблицу 1 вертикально снизу вверх.
2. Вычисление двоичного числа удобно вести непосредственно в таблице 1. В её левой (первой) колонке (вверху слева) пишется число в десятичной форме (искомый коэффициент деления). Во второй колонке пишется знак и число производимой операции – деление на два. В третьей колонке результат от деления. В четвёртой колонке пишется «0», если число делится на два и «1», если число не делится на два. Полученное от деления записывается в первую колонку под изначальным числом-коэффициента деления и так продолжается до тех пор, пока после деления не останется нуль.
3. В следующую колонку таблицы (5) сверху вниз записываются разряды деления, начиная с 2 в нулевой степени и кончая 2 в тринадцатой.
4. В шестую колонку таблицы записывают номера выводов микросхемы DD1, соответствующие вышеназванным коэффициентам деления (они есть в справочниках по микросхемам).
5. Определяют номера выводов микросхемы DD1 к которым следует подключить входа микросхемы DD2 (номера выводов входов этой микросхемы не имеют значения – можно подключать любые пять, а остальные либо запараллелить с другими, как показано на рис.1, либо подать на неподключенные входа логические единицы). Для этого обращают внимание на колонки таблицы 4, 5 и 6. Те номера выводов DD1, что стоят напротив единиц в колонке 4 (и соответствующего ему разряда деления – колонка 5) и подключают к входам микросхемы DD2 (к любому свободному). В нашем случае всего пять подключений.
Подведём итог: Количество подключений (колонка четыре) определяется количеством единиц в двоичном числе коэффициента деления, а номера подключаемых выводов (К561ИЕ16) определяются по номеру разряда (колонка 5), полученного при делении десятичного числа на два с результатом «1» (в таблице номера этих разрядов стоят напротив единиц). А соответствие номера разряда выводу микросхемы (колонка 6), обычно указывается в справочниках. Для примера с целью проверки правильности расчета приводим таблицу 2, в которой показан аналогичный расчет с коэффициентом деления 10000.
Таблица 1. Определение подключаемых выводов при К-деления 5000.
К деления
(делимое) Производимая операция
(делитель) Частное от деления Результат от деления в двоичном представлении Номера разрядов деления Выводы К561ИЕ16
(К561ИЕ10)
5000 :2 2500 0 2/0 9(3)
2500 :2 1250 0 2/1 (4)
1250 :2 625 0 2/2 (5)
625 :2 312 1 2/3 7 (6)
312 :2 156 0 2/4 5
156 :2 78 0 2/5 4
78 :2 39 0 2/6 6
39 :2 19 1 2/7 13
19 :2 9 1 2/8 12
9 :2 4 1 2/9 14
4 :2 2 0 2/10 15
2 :2 1 0 2/11 1
1 :2 1 2/12 2
2/13 3
Счет микросхемы происходит до тех пор, пока на входах D2 не совпадут все единицы. Тогда произойдёт его переключение. На выводе 3 DD3 появится логическая единица. Воздействуя на вход R (11) DD1 она произведёт установку DD1 в ноль (обнулит показания выходов). В результате коэффициент деления микросхемы остановится на расчетном значении.
Элементы R3, C2 служат для первоначальной установки счетчика в нуль с целью получения возможности синхронизации начала счета с другими счетными элементами цифровой шкалы (после включения питания положительный импульс через конденсатор С2 воздействует на вход R DD1). VD2, VD3 – развязка цепей установочного импульса сброса и выхода элемента DD3.1. Если установка в нуль не требуется, то элементы VD2, VD3, R3, C2 из схемы можно удалить, при этом вход R (вывод 11) микросхемы DD1 нужно гальванически соединить с выходом 3 элемента DD3.1.
Таблица 2. Определение подключаемых выводов при К-деления 10000.
К деления
(делимое) Производимая операция
(делитель) Частное от деления Результат от деления в двоичном представлении Номера разрядов деления Выводы К561ИЕ16
(К561ИЕ10)
10000 :2 5000 0 2/0 9(3)
5000 :2 2500 0 2/1 (4)
2500 :2 1250 0 2/2 (5)
1250 :2 625 0 2/3 7(6)
625 :2 312 1 2/4 5
312 :2 156 0 2/5 4
156 :2 78 0 2/6 6
78 :2 39 0 2/7 13
39 :2 19 1 2/8 12
19 :2 9 1 2/9 14
9 :2 4 1 2/10 15
4 :2 2 0 2/11 1
2 :2 1 0 2/12 2
1 :2 1 2/13 3
Двоичный эквивалент числа 10000 будет выглядеть так: 10011100010000.
Примечание: синим цветом выделены подключаемые номера разрядов деления, красным – подключаемые выводы микросхемы К561ИЕ16 для получения расчетного коэффициента деления. Если в счетчике используется ещё и микросхема К561ИЕ10 (согласно рис.2), то выводы микросхем, имеющих одинаковые разряды, например, 9(3), 7(6), можно подключать к входам элементов DD1, DD2 любые (с одинаковым номером разряда деления), принадлежащие одной из микросхем (К561ИЕ16 или К561ИЕ10). Максимальная рабочая частота микросхемы К561ИЕ16 – 4 МГц (фактически несколько больше).
Литература:
1. «Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах». Издательство «Радио и связь» (выпуск 1132), 1990г, стр. 36, Бирюков С.А.
Рубцов В.П. UN7BV, Лёзная О.Н. UN8BV. Астана, Казахстан, 28.12.2012г.