Записки программиста

Страшное словосочетание «интегральная схема» (a.k.a. «микросхема» или «чип») всего лишь означает, что некоторая часто используемая электронная схема продается в готовом и компактном виде, скажем, небольшом корпусе с множеством ножек с двух сторон (так называемый DIP). Одной интегральной схемой, с которой я недавно познакомился, был счетчик 4026. О нем я и хотел бы сегодня рассказать.

Счетчик 4026 выполняет очень простую функцию. На вход он получает электрические импульсы, считает их количество, и подает на выход сигналы, пригодные для отображения полученного числа на семисегментном индикаторе. Вы наверняка много раз видели такие индикаторы. Они часто используются для отображения цифр, а иногда и букв. Плюс к этому у счетчика есть несколько управляющих ножек, например, сброс, а также ножка, через которую передается флаг переноса.

Так выглядит простейшая цепь, использующая этот счетчик:

При нажатии на кнопку цифра на индикаторе увеличивается на единицу. После девяти счет опять начинается с нуля.

Описание [PDF] семисегментного индикатора Kingbright SC56-11GWA, а также описание самого счетчика нашлись на Амперке, где эти элементы, собственно, и были куплены. Выше приведены самые важные картинки из их документации. Как видите, не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что к чему подключается.

Однако даже тут есть ряд важных моментов:

• Счетчик сделан по технологии CMOS, которая чувствительна к статическому напряжению. Прежде, чем трогать микросхему руками, нужно заземлиться (например, при помощи антистатического браслета), ну или хотя бы докоснуться до чего-нибудь большого и металлического. Иначе микросхему можно вывести из строя.
• Все неиспользуемые входы микросхемы должны быть подключены к земле. В этих микросхемах нужно либо подавать ток, либо не подавать, безо всяких промежуточных состояний. Ножка, болтающаяся в воздухе, становится антенной, и может вывести микросхему из строя.
• Конденсатор на 100 мкФ, который вы видите на фото, установлен параллельно нагрузке и играет роль сглаживающего фильтра.

А вот более сложная цепь, уже с двумя микросхемами и считающая от 0 до 99:

Схема цепи, нарисованная в gschem (исходник):

Что нужно принять во внимание:

• Была добавлена еще одна кнопка, делающая обоим счетчикам reset. Иногда сразу после включения цепи на индикаторах вместо цифр отображается какой-то мусор. Поэтому в общем случае лучше всегда делать счетчикам reset прежде, чем использовать их.
• Был добавлен конденсатор емкостью 1 мкФ, подключенный параллельно первой кнопке. Дело в том, что иногда одно нажатие кнопки считается за несколько. У Платта это называется эффектом «дребезга контактов». Полагаю, название говорит само за себя, и объяснять эффект не стоит. Подключение конденсатора небольшой емкости параллельно кнопке полностью устраняет этот эффект.
• Заметьте, что в gschem у счетчика 4026 не отображаются ножки для подключения к плюсу и минусу. Что даже разумно. Поскольку эти ножки всегда подключаются напрямую к источнику питания, незачем загромождать ими схему. Заметьте также, что в gschem ножки располагаются не так, как они расположены физически. Но при этом номера у них подписаны правильные.
• В общем случае чем больше светодиодов горит на индикаторе, тем меньше их яркость. Например, цифра 1 светиться намного ярче, чем цифра 8. Однако при правильно подобранном сопротивлении резистора, подключенного последовательно со светодиодами индикатора, разница на глаз становится незаметной.

Fun fact! Используя что-то поумнее счетчика 4026, например, тот же Raspberry Pi с его GPIO, можно легко и просто сделать электронные часы или даже выводить текст. Вот один из возможных способов вывести весь латинский алфавит:

Только учтите, что для вывода хотя бы 4-х символов напрямую требуется уже 28 пинов, а у Raspberry Pi есть только 26 GPIO пинов. Поэтому обойтись без счетчиков 4026 все-таки не получится. Посылая им сбросы и инкременты, можно выводить что угодно, и пинов при этом будет достаточно.

Дополнение: Также вас могут заинтересовать статьи Интегральные схемы: работа с таймером 555, Паяем тестер сетевого кабеля на базе чипов 555 и 4017 и Два способа мультиплексирования светодиодов на примере микроконтроллеров AVR.

Метки: Электроника.