“Незнайкин”: Добрый день, уважаемый Спец!

“Спец”: Приветствую, дружище! А почему я замечаю признаки печали на твоем челе? Что произошло?

“Н”: Просто я морально готовлюсь к тому моменту, который скоро наступит. Я имею в виду переход от изображения микросхем в виде треугольников и прямоугольников к их реальным принципиальным схемам... Но вот переживу ли я это?

“Аматор”: Вопрос, поистине, гамлетовский, Незнайкин! Но ты совершенно напрасно переживаешь! Вне всяких сомнений, любая микросхема имеет свою внутреннюю структуру. Которую можно представить в виде принципиальной электрической схемы. Но не только тебе, а и значительно более опытным радиолюбителям, знание микросхем на таком уровне совершенно излишне!

“С”: Нет предела повышению уровня инженера — электронщика! Есть великолепные монографии и пособия, где приведены “принципиалки” и объяснены особенности многих микросхем. Как линейных, так и цифровых. Но даже инженеру-разработчику это нужно далеко не всегда!.. С другой стороны, будем помнить, что интегральные микросхемы условно подразделяются на несколько категорий...

“Н”: Ну, если так, то может вы расскажете, что вообще понимается под термином “интегральная микросхема”?

“А”: А действительно, раньше как-то больше употреблялся термин “интегральная схема” и даже “твердая схема”. Это что, все какие-то разновидности?

“С”: Дело в том, мои юные друзья, что вообще термины “интегральная схема”, “твердая схема” или просто “схема” являются не совсем удачными. И следует, по возможности, избегать их использования. Ведь, как известно, схема —это чертеж! Твердыми, насколько мне известно, являются ВСЕ электронные изделия. Так что в настоящее время общепринято, что наиболее грамотным термином является именно “микросхема”. Применительно к изделию.

“С”: Прежде всего, определимся в понятиях. Итак... ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМОЙ называют микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигналов. И имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и кристаллов. Которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке и эксплуатации рассматриваются как единое целое. Плотность упаковки элементов в микросхеме может достигать ОЧЕНЬ БОЛЬШОГО числа элементов в одном кристалле.

“А”: Терпение, Незнайкин...

“С”: Итак, немного истории... Первая интегральная микросхема была создана в 1958 году в лаборатории американской фирмы TEXAS INSTRUMENTS. Ее авторы Джек Килби и Роберт Нойс. Однако справедливости ради, следует заметить, что идея интегральной схемы была предложена еще в 1952 году англичанином Арнольдом Даммером. Он тогда сказал следующее: “... можно себе представить электронное оборудование в виде твердого блока, не содержащего соединительных проводов. Блок может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, в которых определенные участки вырезаны таким образом, чтобы они могли выполнять электрические функции”.

“А”: А Килби и Нойс знали Даммера?

“Н”: А жаль...

“С”: “Открылась бездна, звезд полна...” Так вот, интегральная микросхема содержит элементы. ЭЛЕМЕНТОМ интегральной микросхемы называется некая часть этой ИМС, реализующая функцию, скажем, транзистора, диода или резистора и т.д. Элемент неразделим с кристаллом, не может быть отделен от микросхемы. Он НЕ ЯВЛЯЕТСЯ самостоятельным изделием. 

“А”: Но элементы ИМС очень миниатюрны?

“С”: Конечно! Об этом говорит и такой параметр микросхемы, как СТЕПЕНЬ ИНТЕГРАЦИИ. Это есть характеристика сложности ИМС, которую определяет ЧИСЛО содержащихся в ней элементов. Различают несколько уровней интеграции. Еще недавно говорили, что ИМС малого уровня интеграции содержат до 10 элементов на одном кристалле. СРЕДНЯЯ ИНТЕГРАЦИЯ характеризуется количеством до 100 элементов. Если число элементов порядка 1000 — это БОЛЬШАЯ степень интеграции, или БИС. До 10000 — это сверхбольшая степень или СБИС. Ну и так далее.

“А”: А насколько далее?...

“Н”: Миллионов?!...

“С”: Да! Этот микропроцессор выпускается серийно уже больше года! Рабочая частота - 200 МГц! Мало? А вот вам еще! TEXAS INSTRUMENTS недавно заявила о создании новой технологии, позволяющей реализовать компьютерные чипы (микросхемы) с размером элементов НЕ БОЛЕЕ ОДНОЙ ШЕСТИСОТОЙ диаметра ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ВОЛОСА! Это позволит разработчикам “втиснуть” на один чип ... БОЛЕЕ СТА МИЛЛИОНОВ транзисторов!...

“А”: Я даже не могу сообразить, какие возможности это открывает для электроники!?

“С”: Ты в этом деле не одинок... САМИ СОЗДАТЕЛИ этой НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТОЖЕ не могут этого себе представить! И НЕ БОЯТСЯ признаться в этом!

“С”: А вот это уже не наша головная боль!... Кстати, Незнайкин, ты бы потребовал и в этом случае прилагать к техническому описанию ИМС ее подробную принципиальную схему!?

“Н”: Пусть меня лучше застрелят!...

“С”: Просто и убедительно... Итак, мы выяснили очень важный вопрос! Что микросхемы даже ТАКОГО УРОВНЯ, с которым нам предстоит практическая встреча, будут нами ИЗУЧАТЬСЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО, а не СХЕМНО! Вопросы есть?

“А”: Как говорил “товарищ Сухов” — вопросов нет!

“С”: Молодцом! А пересчитывать импульсы путем загибания пальцев мы ведь не собираемся? Нет? Вот поэтому хочу предложить вашему высокому вниманию великолепную (в своем роде) ИМС все той же серии К176. В ней, правда, не сотни тысяч элементов, а всего только сотни, но свою роль эта микросхема выполняет нормально!

“Н”: А какова ее роль?

“С”: Ее основная роль и задача — это быть СЧЕТЧИКОМ. Считать импульсы. От одного до десяти. Да вот она, перед вами! Прошу взглянуть на рисунок. К176ИЕ2 — двоично-десятичный счетчик. Прошу любить и жаловать (рис. 26.1)!

“А”: ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ следует понимать так, что он может работать и в режиме многократного деления длительности входных импульсов НА ДВА, и в режиме ПЕРЕСЧЕТА количества входных импульсов с коэффициентом ДЕСЯТЬ?

“С”: При этом в первом случае 176ИЕ2 действительно делит число входных импульсов на 2; 4; 8 и 16. Без изменения их скважности! А во втором случае, на своем 11 выводе микросхема формирует ОДИН импульс ПОСЛЕ того, как на ее СЧЕТНЫЙ ВХОД “СР” поступает ДЕСЯТЫЙ счетный импульс!

“Н”: То есть на вход “СР” идут непрерывной чередой импульсы, число которых делится ТОЧНО на ДЕСЯТЬ на выходе 8 (вывод ИМС 11)?

“А”: А что означают обозначения SI; S2; S4 и S8?

“Н”: А что такое параллельный код?

“А”: Это разложение ЛЮБОГО десятичного числа по степеням двойки посредством электрических импульсов.

“А”: Ну ты и спросил!...

“С”: Друзья мои, все о'кей! Но недоумение Незнайкина, очевидно требует, чтобы вышесказанное было отображено в более наглядном графическом виде (рис. 26.2).

“Н”: Это было бы именно то, что нужно!

“С”: В таком случае — смотрите! Здесь изображены, синхронизированные во времени, реальные эпюры, которые присутствуют на соответствующих выходах ИМС К176ИЕ2. Этот код так и называется: 1—2—4—8.

“А”: Ну, наконец-то я его вижу!

“С”: Ты можешь наблюдать его и на осциллографе.

“Н”: А зачем нужен вывод “CN”?

“С”: Достаточно знать, что этот вывод должен (через резистор 3 кОм) быть подключен к плюсу питания микросхемы. Кстати, учтите, что вывод, обозначенный, как “R” — служит для ОБНУЛЕНИЯ счетчика. Счет разрешен, когда на выводе “R” присутствует уровень логического “О”. Но если на этом выводе имеется потенциал, соответствующий логической “1” — тогда счетчик сбрасывается в НУЛЬ!

“А”: Ну, а как понимать назначение вывода “А” ?

“С”: Вывод “1”, обозначенный, как “А”; — следует в нашей схеме просто соединит! с “землей”. Ну, а выводы 10 и 15 — не используются.

“Н”: Теперь счетчик готов к работе?

“С”: Вполне! Ведь ради этого он и создан! Но обратите внимание! Вот счетчик начал считать импульсы. А как без осциллографа, наглядно, в любой момент, можно видеть, каковы его успехи в счете?

“А”: Нужно его выходы соединить с цифровым индикатором. Но, цифровые индикаторы десятичных цифр имеют СЕМЬ СЕГМЕНТОВ ! Так их от К176ИЕ2 — не задействовать!

“С”: Разумеется! Для подобной операции предназначена другая ИМС, которая изготовляется именно для РАБОТЫ В ПАРЕ с К176ИЕ2. Эта ИМС именуется К176ИД2. Она представляет из себя универсальный ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДОВ (рис. 26.3).

“Н”: Какого кода в какой?

“Н”: Как сказал, по другому правда поводу, Максим Перепелица — в каком смысле?

“С”: Да в самом прямом! Входы “S” и “К” дают возможность осуществлять гашение подключенных к микросхеме индикаторов, а также ИНВЕРТИРОВАТЬ полярность выходных сигналов. А это имеет решающее значение, если индикаторы попались не с той буквой!

“А”: Это как в “Белом солнце пустыни”, когда гранаты были “не той системы”? И потом я хотел спросить, а куда подключается вывод, обозначенный, как “С”?

“С”: Только не к земле! Этот вывод управляет памятью К176ИД2. Когда на входе “С” — уровень “1”, ИМС сбрасывается в “О”.

“Н”: Я вижу также СЕМЬ выводов, обозначенных как: а; Ь; с; d; e; f; q. Мы их не перепутаем, подсоединяя к индикаторам?

“А”: Не боись, не перепутаем. Меня, кстати, больше занимает вопрос разумного выбора самого индикатора.

“С”: Да, это вопрос достаточно тонкий. Поскольку скорость и точность ОПОЗНАНИЯ цифр зависит от ряда факторов. От формы цифр, их размеров, яркости свечения индикатора, его расстояния до наблюдателя, внешней освещенности. Не последнее место имеет ЦВЕТ свечения и эстетика. Все эти факторы для пользователя далеко не безразличны! Выбирается их оптимальное сочетание. Ошибка на этом этапе в дальнейшем может обернуться ошибками при считывании показаний, повышенной утомляемостью, чувством дискомфорта. Так что, друзья мои, объявляю заседание дискуссионного клуба по этой теме — открытым!

“А”: А может все-таки решим вопрос в пользу ЖКИ?

“С”: Да всем они хороши, особенно учитывая их ничтожное энергопотребление. В переносных и карманных приборах им РАВНЫХ НЕТ! Вот только в помещении, где и будет, в основном, происходить эксплуатация приемника, их применение НЕ ЕСТЬ НАИЛУЧШЕЕ РЕШЕНИЕ! Поскольку они требуют довольно яркого внешнего освещения. А в этом случае происходит переотражение света от стеклянного корпуса ЖКИ. Оператор-слушатель быстро устает. Зрение чрезмерно напрягается. А экономия энергии на малом потреблении ЖКИ с лихвой перекрывается расходом энергии на его внешнее освещение!

“А”: Ну, а ВЛИ?

“С”: Иначе, вакуумно-люминесцентный индикатор? Хорошая вещь. Но требует использования принципа, так называемой ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ. Что усложняет процесс настройки частотомера в целом! Кроме того, для ВЛИ нужны напряжения, которых у нас НЕТ. Нестабилизированное 30 вольт и ПЕРЕМЕННОЕ порядка 3—4 вольта.

“А”: То есть остаются ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ ?

“Н”: А разве они такие большие?

“С”: Всякие есть! Большие, средние, маленькие... Есть и совсем крохотные. Красные, желтые, зеленые...

“А”: Я знаю, например, АЛС321; АЛС324; АЛС338. У них высота цифр — 7,5 мм.

“С”: И они очень популярны в цифровых промышленных приборах! Но вот для шкалы приемника — великоваты! Хотелось бы размер цифр иметь немного поменьше.. Вот, например АЛС320. У этого СЕМИ-СЕГМЕНТНОГО ЦИФРОВОГО ИНДИКАТОРА высота знака - 5 мм. Или вот, АЛ304. Великолепный во всех отношениях семисегментный индикатор. Высота знака — 3 мм.

“А”: Не погубят ли нас, подобно Бармалею, слишком широкие возможности?

“Н”: А как быть с цветом?

“С” Красный цвет свечения более заметен и наряден. А зеленый — меньше утомляет! Но и менее заметен. Так что, в конечном счете, утомляет пользователя еще больше! Поэтому поступайте так, как найдете нужным! А также исходя из того, какие индикаторы раньше удастся раздобыть. Лично я взял бы АЛ304 красного цвета излучения!

“А”: Что мы и сделаем!

“С”: Но помните, что цифровые одноразрядные арсенид-фосфид-галлиевые индикаторы АЛ304 (красного свечения) имеют ТРИ разновидности: АЛ304А; АЛ304Б и АЛ304Г. Первые два — С ОБЩИМ КАТОДОМ. Что же касается АЛ304Г, то он выполнен с общим анодом.

“Н”: Нам-то какая разница? Светят ведь они одинаково?

“С”: Одинаково, да не совсем! А разница важна не столько для нас, сколько для К176 ИД2! В зависимости от разновидности примененного индикатора, меняется кое-что и в схемотехнике! И потом, для удобства, на принципиальных схемах вычерчивают вот такой значек-памятку (рис. 26.4).

“Н”: А бывают индикаторы, не содержащие сегмент “Н” ?

“С”: Да, например, упоминаемый уже АЛС320. Поскольку обычно этот сегмент засвечивается вовсе не от счетчика или дешифратора, то для него не предусматривается соответствующий вывод. Учтем также, что номинальный рабочий ток через сегмент, при котором индикаторы работают ДЕСЯТКИ ТЫСЯЧ ЧАСОВ — 4 миллиампера.

“С”: Немногим больше. Номинальный ток равен 6—7 миллиампер. Что оптимально для К176ИД2. Корпус микросхемы при работе — ХОЛОДНЫЙ.

“А”: А как эту микросхему приспособить для работы с различными литерами индикатора?

“S” микросхемы К176ИД2 соединить с источником питания, +7,5 В.

“А”: Молодца, братец!...

“С”: Ну, я полагаю, мы продвинулись в этом вопросе настолько, что можно, наконец, приступить к начертанию ее благородия принципиальной электрической схемы ЭЛЕКТРОННО-СЧЕТНОГО ЧАСТОТОМЕРА!

“С”: Поживем — увидим!