الإلكترونيات الرقمية وتطبيقاتها العملية : مقياس (عداد) سرعة (تاكوميتر) بالعداد 4553 و

[F.Abdelaziz]

الإلكترونيات الرقمية وتطبيقاتها العملية : مقياس (عداد) سرعة (تاكوميتر) بالعداد 4553 ومفسر الشفرة 4511 :
الغرض :
بناء دائرة بسيطة لقياس وعرض سرعة مروحة ( تاكوميتر) , على سبيل المثال . سوف نستعرض استخدام وحدات العرض السفن سيجمنت 7-segment والدوائر المتعلقة بها . أيضا سوف نستعرض كيف يمكن استخدام دائرة لزوج من ليد و ترانزستور ضوئى لرصد سرعة مروحة .
قائمة المكونات :

وحدات العرض السفن سيحمنت والمشغلات 7-Segment Displays and Drivers :
وحدة العرض بثلاثة أرقام 3-digit display :

الشكل التالى يبين وصف أطراف وحدة العرض بثلاثة أرقام . كل رقم له سبع شرائح مسماة من "A" إلى "G" , مع علامة عشرية مسماة "DP" . هذه الوحدة من نوع "الكاثود المشترك" , لأن جميع أطراف كاثودات دايودات الشرائح لكل رقم متصلة معا . بهذه الطريقة يمكنك توصيل جميع الكاثودات معا بالأرضى بوصلة واحدة . علاوة على ذلك , هذه الوحدة تسمى وحدة عرض بالانتخاب لأن الشرائح المناظرة بكل رقم أيضا تشترك فى وصلة واحدة . على سبيل المثال حميع الشرائح "G" جميع أنوداتها متصلة بالطرف "5" . وحدات العرض بالانتخاب مصممة للعمل على التتابع , مع إضاءة كل رقم لفترة وجيزة على التتابع . إذا تم مسح الأرقام بسرعة كافية , فإنها تظهر موصلة on باستمرار .

تدريب :


لاختبار وحدة العرض بثلاثة أرقام اتبع الخطوات التالية :

• وصل كاثود رقم واحد ( أحد الأطراف 12,9,8) بالأرضى . استخدم مصدر جهد 5 V ومقاومة لتحديد التيار بقيمة 330 , اختبر كل شريحة للتحقق من عملها .
• حاول تهيئة الوحدة لعرص العدد "777" بصفة مستمرة .

[F.Abdelaziz]

فك الشفرة من عدد ثنائى مكود عشرى BCD إلى سفن سيجمنت BCD-7-segment Decoder :

لعرض كل رقم يتطلب تفعيل مجموعة مختلفة من الأطراف . يتم إنجاز ذلك عن طريق داءرة "فك الشفرة" “decoder” , والتى تترجم تمثيل العدد الثنائى إلى المستويات المنطقية المناسبة على كل شرائح العرض .
يمكن بناء دوائر فك الشفرة من عناصر منطقية مجمعة , ولكن يوجد العديد من الدوائر المتكاملة المخصصة لأداء هذه المهمة . سوف نستخدم الدائرة المتكاملة 4511 ( أو MC14511 ) وهى "مفسر شفرة من ثنائى لسفن سيجمت وماسك ومشغل " . الشكل التالى يبين الأطراف وجدول الحقيقة لهذه الدائرة المتكاملة :

هذه الدائرة المتكاملة مدمج بها ماسك أربعة بت 4-bit latch ( مجموعة من القلابات flip-flops ) التى يمكن أن تحتفظ بشكل دائم بالدخل الثنائى المكود عشرى BCD . عندما يكون طرف تمكين الماسك
latch-enable (LE) (الطرف "5") منخفضا , و كل من طرف المسح blanking (BL) وطرف اختبار المصباح lamp-test (LT)مرتفعا , فإن العرض , بالأساس عشرة , يمثل العدد الثنائى ذات الأربعة بتات والمكود عشرى والمطبق على الأطراف 7,1,2,6 . عندما يتم جعل طرف تمكين الماسك مرتفعا , يتم مسك دخل الأربعة بتات وعرضه , بحيث لا يكون لأى تغيرات لاحقة على مداخل الأربعة بت أى تأثير .
الشكل التالى يبين التوصيلات الأساسية لاستخدام الدائرة المتكاملة 4511 , حيث تم توصيل طرف تمكين الماسك بالأرضى (المنخفض) وتوصيل طرف المسح وطرف اختبار المصباح بالجهد الموجب (المرتفع) , نتيجة لذلك فإن وحدة العرض سوف تعرض بصفة مستمرة الدخل BCD المطبق على الأطراف 7,1,2,6 .

[F.Abdelaziz]

عداد BCD :
لإنشاء عداد وعرض لثلاثة أرقام بالأساس عشرة base-ten , نحتاج فى الأساس لسلسلة من ثلاثة عدادات قسمة على "10" , ومفسر شفرة من BCD إلى سفن سيجمنت , ومذبذب مسح , ومنتخب والذى يسمح لنا بالمسح السريع لكل رقم للعرض المنتخب على التتابع . الكثير من هذه الدوائر يتم تجميعها فى شريحة دائرة متكاملة واحدة , 4553 ( أو MC14553 ) , وهى عداد BCD 3 أرقام 3-digit BCD counter . وقد تم تصميم هذه الشريحة خصيصا للعمل مع وحدات العرض بالانتخاب , لذلك لا يتطلب سوى دائرة خارجية واحدة لفك الشفرة . الشكل التالى يبين التهيئة الأساسية لإنشاء عداد بتلاثة أرقام باستخدام الدائرة المتكاملة 4553 , ومفسر الشفرة 4511 , ووحدة العرض ذات الكاثود المشترك بالانتخاب .

تدريب :

• قم ببناء الدائرة السابقة باستخدام الدائرة المتكاملة 4553 . الدائرة المتكاملة 4511 موجودة بالجزء السابق , لذلك الجزء الجديد هو استخدام الترانوستورات 2N3906 من النوع PNP لتشغيل وصلات الكاثودات لكل رقم.

لاحظ أن المكثف 10nF الموصل بين الطرفين 3 و 4 يحدد معدل المسح لوحدات العرض .

• لاختبار عداد الثلاثة أرقام نحتاج لإشارات "ساعة" عديمة الارتداد و "إعادة" reset . الشكل التالى يبين الدوائر المناسبة , حيث تستخدم دائرة بادىء شميت عن طريق الدائرة المتكاملة 4093 quad-NAND Schmitt .

قم ببناء هذه الدائرة ووصل وصلات الساعة والإعادة بالأماكن المناسبة للعداد 4553 بالدائرة السابقة .

• الآن اختبر عداد الثلاثة أرقام . عند الضغط على المفتاح الضاغط للساعة , يجب أن يتزايد العداد . عند الضغط على المفتاح الضاغط للإعادة , يجب مسح (تصفير) العداد .
• قم بتهيئة مولد الدوال لإنتاج إشارة لشكل موجى مربع 0-5V بتردد 1Hz والتى تعتبر نبضة ساعة , طبق هذه الإشارة على طرف الساعة للعداد بدلا من المفتاح عديم الارتداد , يجب أن يتزايد العداد واحد كل ثانية . ما الذى يحدث بعد وصول العداد إلى 999 ؟

لاحظ أنه يمكنك إعادة العداد فى أى وقت عن طريق مفتاح الإعادة .

[F.Abdelaziz]

رصد (مراقبة) الأحداث Monitoring Events :

عدادات مثل الذى قمنا ببناءه فى الفقرة السابقة مفيد لرصد العديد من أحداث العالم الحقيقى . كل ما تحتاج إليه هو إضافة الدوائر التى تكفى لإنتاج نبضات كهربائية من أجل كل حدث تريد عده .
على سبيل المثال , فى دائرة التحكم فى سرعة مروحة قد نحتاج لمراقبة سرعة المروحة مباشرة . لاستخدام هذا العداد كل ما نحتاجه هو قطار نبضات رقمية والتى تتناسب مع سرعة المروحة . أحد الطرق للقيام بذلك مبينة بالشكل التالى , والذى يستخدم مجموعة من ليد IR-LED و ترانزستور ضوئى phototransistor. الليد يولد شعاع صغير من الضوء والذى يتم توجيهه إلى ريش المروحة . الترانزستور الضوئى على الجانب الآخر يكون حساسا لهذا الشاع الضوئى , بحيث أنه عندما يصدم الشعاع الترانزستور الضوئى , يقوم بالتوصيل . كلما دارا المروحة , تقوم الريش بمقاطعة الشعاع الضوئى بشكل دورى , فيقوم بالفصل . نتيجة لذلك فإن مرحلة الترانزستور الضوئى تعمل كمفتاح حساس للضوء بسيط . بربط هذه الدائرة بالعاكس الاحتياطى , يمكننا توليد قطار نبضات جيد لتشغيل العداد .

دائرة مقياس السرعة "التاكوميتر" Tachometer Circuit :
الدائرة التى قمت ببناؤها للتو سوف تقوم بعد النبضات الرقمية . سرعة المروحة ترتبط بتردد النبضات . كيف يمكننا عرض العدد الذى يتناسب مع التردد ؟ ببساطة نحتاج إلى العد لفترة زمنية معينة . على سبيل المثال , إذا قمنا بعد 100 نبضة فى عشر الثانية , هذا يعنى أن التردد يكون 1 kHz .
إذا نظرت فى الداتا شيت للدائرة المتكاملة 4553 , سوف ترى أن هناك عددا من الأطراف يمكن أن نستخدمها لإجبار الجهاز على العد لفترة زمنية معينة مناسبة . على سبيل المثال , فى صفحة 5 ما نصه " دخل عدم التمكين , عندما يكون مرتفعا , يمنع دخل الساعة من الوصول إلى العدادات , فى حين يظل محتفظا بآخر عدد " . لذلك كل علينا القيام به هو تطبيق إشارة منطقية منخفضة على طرف عدم التمكين (الطرف 11 ) لفترة زمنية محددة . سوف يتقدم العداد فقط خلال الفترة التى يكون فيها الطرف 11 منخفضا .
يمكننا توليد نبضة توقيت مناسبة باستخدام المؤقت 555 , حيث يتم تهيئته كمذبذب متعدد أحادى الاستقرار . الشكل التالى يبين الدائرة المناسبة لعمل ذلك . فى هذه الدائرة المفتاح الضاغط "يطلق أو يشعل" Trigger الجهاز . يصبح الخرج مرتفعا لفترة زمنيه تعطى بالعلاقة :

فى الدائرة , نستخدم عاكس فى الخرج لعكس النبضة , بحيث يكون الخرج فى الوضع العادى فى الحالة المنطقية المرتفعة , ويتحول إلى الحالة المنطقية المنخفضة لفترة زمنية بالقيمة "T" .
السؤال : كيف يمكننا اختيار الزمن "T" ؟ هذا يعتمد على ما نريد قياسه وعرضه , وأيضا على كيفية بناء المروحة .
نفترض أننا نريد عرض سرعة المروحة بعدد اللفات كل ثانية , ويوجد N ريشة بالمروحة . عندئذ يجب علينا اختيار :