“Спец”: Ну,... “я буду начинать, прошу теперь мне не мешать”!

“Аматор”: Схема частотомера мне нравится. Но боюсь, без “прогулки по схеме” нам не обойтись (рис. 27.1)!

“Спец”: А кто возражает?

Ну, а поскольку начинать следует всегда с самого начала, то начнем мы нашу “прогулку” по схеме с самого входного разъема. Мы знаем, что на этот разъем, посредством соответствующего по длине и красоте кабеля, подается сигнал от ГПД, например. Это будет просто необходимо сделать, поскольку знать частотные характеристики гетеродина крайне важно.

“Незнайкин”: Итак, сигнал поступает на вход широкополосного УВЧ, собранного по рассмотренной ранее схеме. Затем усиленный сигнал подается на вход микросхемы D7...

“А”: Я только никак не возьму в толк... Ведь К193ИЕЗ — цифровая схема! А сигнал на нее поступает синусоидальный! Значит ей предварительный формирователь импульсов не требуется?

“С”: А я ведь не зря говорил, что это совершенно особая микросхема! Как раз она превосходно работает при подаче на ее вход СИНУСОИДАЛЬНОГО сигнала! Да и входной ее импеданс таков, что она отлично согласуется с вышеуказанным усилителем.

“С”: А вот для этой схемы запас по частоте порядка ДВУХ!

“А”: Это все хорошо и даже отлично, но ... серию К176 придется запитывать отдельно, поскольку ее напряжение питания несколько ОТЛИЧАЕТСЯ по величине!

“С”: Безусловно, но разве ты не помнишь слова пилота Дэвида Боумена, которые он передал на Землю с борта “Дискавери”, когда подлетал к Сатурну?

“Н”: Я помню! Боумен сказал: “Я преодолел уже более МИЛЛИАРДА километров, а потому последние СТО — меня не остановят!...”

“С”: Браво, Незнайкин! Роман “Космическая Одиссея 2001 года” ты знаешь отлично! И хотя мы создаем не “ЭАЛ - 9000”, а просто высококачественный радиоприемник, небольшое усложнение схемы ни в коем случае не должно приводить нас в состояние шока!

“А”: Тем более, когда это действительно оправдано и ЛЕГКО реализуемо. Да, в этом случае разумно будет запитать микросхемы D1 и D2 от такого вот узелка, как показано на рис. 27.2.

“Н”: Всего-навсего четыре компонента?

“С”: Я искренно рад, что вы преодолели барьер количественной боязни! Это немаловажный фактор. Поскольку от значительного количества компонентов в современной электронике даже с переходом на БИС и СБИС уйти все равно не удалось! Но вы не задаете вопрос о том, как поведет себя микросхема К176ИЕ2, если на ее счетный вход будут поступать “чужие” логические уровни!?

“А”: И то правда... А как же быть?

“С”: Во-первых, лучше всего применить согласователь уровней. Дело в том, что уровни ТТЛ и ТТЛШ такие: логическая “1” — не менее 2,4 вольта, а логический “О” — не выше +0,8 вольта. Это при стандартном напряжении питания +5 вольт!

“А”: То ли дело КМОП! Там все проще гораздо: логическая “1” равна напряжению питания, а логический “О” соответствует потенциалу “земли”! А мы встретились с необходимостью обеспечить НОРМАЛЬНУЮ работу К176ИЕ2 на достаточно высокой для него частоте — 855 кГц в ТЯЖЕЛЕЙШЕМ из режимов — при несогласованных логических уровнях! А если счетчик станет сбоить?

“С”: Почему “если”? Наверняка именно так и произойдет! Поэтому предлагаю поступить следующим образом — ставим логический преобразователь! Вот его схема (рис. 27.3). Один из вариантов, вернее сказать.

Но у нас вопрос решен еще проще. Согласователь уровней выполнен на транзисторе VT2. С его коллектора сигнал подается на инвертор, в качестве которого используется часть микросхемы D5. С ее выхода импульсы подаются на D9. А вот далее счетные импульсы поступают на вход ПЯТИРАЗРЯДНОГО счетчика, собранного на микросхемах DIG—D14. В то же время, системный генератор, собранный на микросхеме D2 — вырабатывает секундные импульсы, поступающие на вход D-триггера, выполненного на D3 (К561ТМ2).

“Н”: А что такое D-триггер?

“С”: Вообще триггер — это логическое устройство, способное хранить ОДИН БИТ данных! Наименование этой единицы информации (один бит), происходит от слов “binary digit” — ДВОИЧНЫЙ РАЗРЯД. К триггерам принято относить ВСЕ устройства, которые имеют ДВА устойчивых состояния. Различают RS-триггеры, названные так по названию их входов управления: R (reset-сброс) и S (set-установка). А также Т-триггеры (toggle — переключатель), выполняющие только одну функцию — деление частоты некоторой тактовой последовательности, подаваемой на вход “С” в ДВА РАЗА!

“А”: Я читал, что в природе есть еще J-K-триггеры. У них нет неопределенности в таблице состояний, когда, зная, каковы входные сигналы, НЕВОЗМОЖНО ОДНОЗНАЧНО определить выходные.

“С”: Верно! Но наиболее часто (вот как в нашем случае), применяются триггеры с ЕДИНСТВЕННЫМ входом данных D (data). Так называемые D-триггеры. Для такого триггера требуется ВСЕГО четыре внешних вывода: вход D, тактовый вход С и два выхода: Q и HE-Q. Сигналы на этих выходах ВСЕГДА в противофазе относительно друг друга. Так вот, микросхема К176ТМ2 (К561ТМ2) содержит ДВА РАЗДЕЛЬНЫХ D-триггера!

“Н”: А что ИМС К561ТМ2 делает в нашем частотомере?

“С”: Работать тебе, Незнайкин, в будущем, не иначе, как в контрразведке! Больно профессиональные вопросы задаешь! Она, видишь ли, участвует в реализации очень важной технической задачи — один из ее D-триггеров (с помощью еще трех микросхем) формирует последовательность синхронизированных служебных импульсов. Которые в нужные моменты в течение КАЖДОГО счетного интервала подаются на входы “HE-R” пятиразрядного счетчика, а также на входы “С” пятиразрядного преобразователя кодов, собранного на микросхемах D15—D19.

“Н”: А что означает понятие СЧЕТНЫЙ ИНТЕРВАЛ?

“А”: Великий комбинатор говорил, помнится, что тех, кто не читает газет, нужно морально убивать на месте! Так что, Незнайкин, запомни следующее. СЧЕТНЫЙ ИНТЕРВАЛ — это период времени, за который происходит подсчет числа поступающих импульсов, с их запоминанием и выдачей окончательного числа подсчитанных импульсов на соответствующие разряды цифрового индикатора.

“С”: Все так, только я еще бы упомянул о том, что в нашем частотомере, а равно и в будущей схеме ЦОУ, счетный интервал равен в точности ОДНОЙ секунде!

“А”: Ну, а если взять более длительный счетный интервал, скажем, ДВЕ секунды, то при поиске станций, когда регулятор настройки находится в движении, это вызовет большое неудобство! И потом — ОДНА секунда — это как раз достаточное время, чтобы осознать, какая частота “идет” через тракты приемника!

“С”: Действительно, для большинства практических применений — это оптимум! Хотя в профессиональных, точных электронно-счетных частотомерах используют счетный интервал порядка ДЕСЯТИ секунд и более!

“А”: Если нужно индицировать частоту с точностью СЕМЬ-ВОСЕМЬ знакомест?

“С”: Именно так! Заметим, кстати, что пока идет подсчет количества импульсов в каждом ПОСЛЕДУЮЩЕМ счетном интервале, на цифровом индикаторе сохраняется результат ПРЕДЫДУЩЕГО ПОДСЧЕТА. Сам момент ОБНОВЛЕНИЯ показания на индикаторе продолжается НЕ БОЛЕЕ нескольких десятков микросекунд! И глаз оператора его не замечает. И если предыдущее и последующее показания РАВНЫ, а это характерно, например, при подсчете частоты кварцованных генераторов, то на индикаторе “застынут” одни и те же показания!

“А”: Но если мы имеем дело с ГПД, то даже не прикасаясь к рукоятке настройки, мы увидим “дрейф” последнего разряда. Никакого “бульканья” не будет, просто каждую секунду последняя цифра станет немного “гулять”. Туда-сюда, туда-сюда.

“Н”: Это как пелось в каком-то шлягере: “... а мне курортников возить, по морю Черному ходить: туда-сюда, туда-сюда, туда-сюда...”?

“А”: Потом расслабишься, Незнайкин! Еще рановато... Итак, подсчитанные за один счетный интервал импульсы, в коде 1—2—4—8 поступают на соответствующие входы ИМС К176ИД2...

“С”: А далее, преобразованные в семисегментный позиционный код, подаются на СЕМИСЕГМБИТНЫЕ же цифровые индикаторы АЛ304Г.

“А”: Или подобные?

“С”: Или подобные!... Но я полагаю, что вы с Незнайкином уже достаточно подготовлены для того, чтобы приступить к практическому изготовлению частотомера. А потому — желаю успеха в этом деле!

“А”: Спасибо за пожелание... И все же на душе осталось легкое облачко...

“С”: “Я тучи разгоню руками”! Не является ли причиной этого тот бесспорный факт, что частотомер — это еще не ЦОУ?

“А”: Вы правы, маэстро! Я подумал и о том, не применить ли нам в будущем ЦОУ, для общего уменьшения количества корпусов, микросхемы более высокого уровня' интеграции?

“С”: Которые взяли бы на себя функцию вычитания в каждом счетном интервале из общего количества поступающих импульсов именно того их числа, которое соответствует промежуточной частоте?

“А”: А что, разве подобные схемы не выпускаются?

“С”: Перед тем, как дать вам принципиальную электрическую схему частотомера, я специально обращался в отделы маркетингов нескольких электронных предприятий. Но даже “кузница микросхем” — объединение “Квазар” — ничем не смогло мне помочь!

“Н”: А заграница?...

“А”: Во время ближайшего ланча с президентом американской или японской полупроводниковой фирмы, дорогой Незнайкин, будь добр, не забудь спросить о том, не могут ли они оказать нам соответствующую помощь в части комплектации...

“Н”: Можешь быть спокоен!...

“С”: Как говорил Козьма Прутков-инженер: “Если хочешь ехать в такси, а судьба предлагает автобус, то выбирай автобус, ибо он следует по расписанию”. Поэтому дружненько взбодрились, собрались с духом и подумали о том, что же конкретно нам нужно сделать, чтобы можно было трансформировать частотомер в ЦОУ!

“А”: Прежде всего, в каждом счетном интервале вычитать значение промежуточной частоты.

“С”: А какие для этого существуют пути?

“С”: В таком случае, я приступаю. Мы знаем, что ЦОУ и только ЦОУ способны обеспечить высокую точность измерения частоты принимаемого сигнала, возможность бесшумной настройки на желаемую частоту даже в момент “молчания” нужной нам радиостанции. Мы упоминали о том, что непосредственное измерение частоты принимаемого сигнала затруднено тем, что он может быть мал по уровню или вообще отсутствовать. Почему и прибегают к косвенным методам измерения, основанным на использовании частоты гетеродина — f .

“С”: А поскольку у нас частота гетеродина ВЫШЕ частоты принимаемого сигнала, то можем записать:

“Н”: Мы уже говорили об этом!

“С”: Но мы еще не говорили о способах введения поправки на f _ПР ! А их, между прочим, есть несколько! Эти способы основаны на следующем:

Но и это не все! Применение СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО МИКРОПРОЦЕССОРА обеспечивающего не схемным, а программным путем выполнение ЛЮБОЙ из перечисленных операций плюс еще целый ряд возможностей! Вот, действительно, современный подход!

“А”: А мы будем заниматься микропроцессорами?

“С”: Ими занимаются во всем мире. Но применение микропроцессоров в радиотехнических разработках требует предварительного опыта применения ОБЫЧНОЙ цифровой техники. Запомните это и торопитесь медленно!

“Н”: Но выбор и так не маленький! Так на каком же из четырех способов мы остановимся?

“С”: На втором! ЦОУ с одним счетчиком частоты и дополнительным дешифратором на f обеспечивает выполнение нужной нам операции с МИНИМАЛЬНЫМ "ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ топологии схемы частотомера. Сущность метода, напомним, заключается в том, что за время измерения счетчик подсчитывает количество импульсов, начиная с нулевого состояния, до тех пор, пока не пройдет число импульсов, равное f _ПР. Затем, счетчик сбрасывается в НУЛЬ, а подсчет продолжается. Вместо ДВУХ счетчиков здесь используется ТОЛЬКО ОДИН. Который за ПЕРИОД ОДНОГО счетного интервала ОБНУЛЯЕТСЯ ДВАЖДЫ! А теперь внимательно присмотритесь к схеме частотомера. . В ней есть немало скрытых резервов!

“А”: Например, мы не использовали возможность предустановки ИМС К176ИЕ2 по входам S1-S4?

“С”: Да хотя бы! Но... можно решить задачу еще изящнее! Что мы сейчас и попробуем сделать! Возвратимся к рассмотрению нашего старого доброго счетчика К176ИЕ2. Так какой сигнал на входе “HE-R” нужен для обнуления счетчика, Незнайкин?

“Н”: На “HE-R” для этого нужно подать логическую “1”!

“С”: Отлично! А сейчас нам предстоит подумать о том, откуда взять нужный нам сигнал и КАК его подать на вход “HE-R”, чтобы за КАЖДЫЙ счетный интервал счетчик ОБНУЛЯЛСЯ бы ДВАЖДЫ!? Кроме того, наша первая промежуточная частота 55,5 МГц. Но ведь входную частоту ГПД мы УЖЕ ПОДЕЛИЛИ В 1000 раз!

“А”: Что и обеспечило нам возможность применения КМОП ИМС в основном счетчике! Но ... было бы несправедливым не разделить теперь на 1000 и значение промежуточной частоты!

“Н”: То есть поправка на промежуточную частоту берется уже не 55,5 МГц, а 55,5 кГц! Верно?

“С”: А то... Именно эти 55,5 кГц и должны вычитаться в КАЖДОМ счетном интервале! А теперь даю вам домашнее задание к нашей следующей встрече — зарисовать фрагмент нашего частотомера, а именно двоично-десятичный пятиразрядный счетчик с указанием того, какое логическое состояние БУДЕТ ИМЕТЬ МЕСТО на КАЖДОМ из его ДВАДЦАТИ ВЫХОДОВ, в момент поступления на счетный вход “СР” ИМС D10 СЧЕТНОГО ИМПУЛЬСА № 55500?!