Кодово-импульсный шифратор команд на микросхемах

Принцип действия

Основное преимущество кодово-импульсной модуляции перед импульсной заключается в существенно большем числе передаваемых команд при том же количестве импульсов в кодовой посылке. Если в только что рассмотренном шифраторе десятью импульсами можно передать лишь десять разных команд, то при использовании десятипозиционного двоичного кода — 210 = 1024 команды.

Такой тип кодирования широко используется в различных системах охранной сигнализации, для которых выпускаются специализированные микросхемы кодеров и декодеров. Часто одна и та же микросхема выполняет обе эти функции и называется кодеком.

Как правило, в них заложена возможность генерации сотен тысяч кодов, но программирование конкретного варианта производится однократно, и оперативная перестройка не предусматривается. Это затрудняет их использование в качестве многоканальных шифраторов, да и такое количество кодов при дистанционном управлении не требуется.

Кроме того, пульты управления моделями не настолько миниатюрны, чтобы отказаться от построения шифраторов на более доступных универсальных цифровых микросхемах. Именно такой вариант исполнения шифратора и рассмотрен ниже.

Принципиальная схема

Принципиальная схема девятиканального шифратора приведена на рис. 2.15.

Логика функционирования и технические характеристики устройства предполагают его использование совместно с дешифратором, описанным в разделе 6.1.3.

Рассмотрим принцип действия шифратора. Заявленное количество каналов требует использования четырехразрядного двоичного кода. Принцип формирования модифицированной кодовой посылки проиллюстрирован ранее (рис. 1.2). Из рисунка видно, что вначале необходимо сформировать последовательность тактовых импульсов, расстояние между которыми будет определять интервал времени, отводимый на передачу одного разряда двоичного числа.

Эта задача решается с помощью тактового генератора, представляющего собой автоколебательный мультивибратор, реализованный на элементах DD3.2, DD3.3. Величина разрядного интервала тр определяется постоянной времени RIO, С1 и выбрана равной 5 мс.

Как известно, мультивибратор на логических элементах вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, близкую по форме к меандру. Для формирования узких тактовых импульсов последовательность пропускается через укорачивающее устройство, реализованное на базе дифференцирующей цепи С2, R11 и элемента DD5.1.

Принцип укорачивания импульсов иллюстрирует рис. 2.16, на котором приведены результаты моделирования узла с помощью программы Micro-Cap 8. Величина, обозначенная как Ucp, представляет собой напряжение срабатывания логического элемента DD5.1 и для микросхем КМОП соответствует примерно половине напряжения питания (2,5 В). Постоянная времени дифференцирующей цепи выбрана так, чтобы длительность выходных импульсов (тв) была равна 0,5 мс.

Двоичное число, представляющее код команды, формируется на выходах А1—А4 шифратора DDI при нажатии одной из командных кнопок SA1—SA9. Это число подается на входы параллельной записи Dl—D4 регистра DD2. Запись числа в регистр производится при наличии высокого потенциала на переключающем входе «Р/S» микросхемы. При подаче на этот вход низкого потенциала производится последовательный вывод разрядов двоичного числа (через выход «Q3» регистра) по передним фронтам тактовых импульсов, подаваемых на вход «С» микросхемы. Для полного вывода числа, очевидно, требуется четыре тактовых импульса.

Управление переключением режимов параллельной записи и последовательного вывода производится с помощью служебных импульсов, вырабатываемых счетчиком DD4 из тактовой последовательности, подаваемой на его вход «С». Счетчик в течение четырех тактов обеспечивает на своем выходе 12 высокий потенциал, необходимый для режима записи, а в течение следующих четырех — низкий переключающий регистр в режим последовательного вывода.

Элементы DD3.1, DD5.2, DD5.3 и DD3.4 обеспечивают формирование модифицированной кодовой посылки в форме, изображенной на рис. 1.2, в. Читатели, желающие разобраться с процедурой формирования подробней, могут получить графики сигналов в характерных точках, моделируя работу шифратора в упомянутой выше программе.

Интегрирующая цепь R12-C6, совместно с элементом DD5.4 устраняет короткие всплески («иголки») в начале и конце формируемых импульсов, возникающие из-за неточного временного совпадения импульсов на входах логических элементов. При отсутствии такой цепи на приемной стороне возникали бы ошибки при дешифрации команд.

Детали и конструкция

Указанные на схеме цифровые элементы могут быть заменены импортными аналогами:

• КР1564ИВЗ — 74НС147;
• К561ИР9 — CD4035B;
• К561ИЕ9 — CD4022;
• К561ЛЕ5 — CD4001;
• К561ЛП2 — CD4030.

Конденсаторы С1 и С2 должны быть пленочными или метал-лобумажными, например К73-17.

Настройка

Настройка устройства заключается в установке периода следования импульсов на выводе 4 элемента DD3.3 равным 5 мс (контролируется на экране осциллографа). Для этого подбирается величина резистора R10. Далее щуп осциллографа переносят на вывод 3 DD5.1, и подбором величины резистора R11 устанавливают длительность тактовых импульсов равной 0,5 мс.

Двоичное число (младший разряд справа) соответствует номеру нажатой командной кнопки. Кодовая посылка будет повторяться с периодом 40 мс все время, пока будет нажата командная кнопка. Если ни одна из кнопок не нажата, при включенном питании шифратор все время вырабатывает кодовую комбинацию 0000.

Днищенко В. А. 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями. СПб.: Наука и техника, 2007. — 464 е.: ил.