Классификация и принципы построения таймеров. Массовое применение таймеров в аппаратуре, раз¬нообразие решаемых ими задач и, следовательно, мно¬гообразие требований, предъявляемых к их параметрам в зависимости от типа аппаратуры и рода выпол¬няемых функций, обусловило создание большого семей¬ства полупроводниковых таймеров.
Все аналоговые таймеры делятся на два класса: однотактные и многотактные со встроенным счетчиком ( см. рис. 1.1, ст. 27) [6]. Однотактные таймеры применяются, если длитель¬ность формируемых временных интервалов лежит в пределах от 1 мкс до 1 ч. Семейство таких таймеров можно разделить на две группы (рис. 1.2, ст. 27). К первой группе относятся таймеры общего применения, имеющие по одной, две и четыре ИС на одном кристалле.
Вторую группу составляют специализированные тайме¬ры: микромощные и помехоустойчивые ИС. Длитель¬ность формируемого таймером (рис. 1.2,а) интервала времени определяется током заряда внешнего времязадающего конденсатора Сt а ток заряда — сопротивлением внешнего времязадающего резистора Rt. Фор¬мируемый таймером временной интервал Тn пропор¬ционален постоянной времени RC-цепи и определяется длительностью изменения напряжения на Ct в пределах некоторого диапазона, установленного внутрен¬ним резисторным делителем таймера.
Однотактный таймер, представленный на рис. 1.2,а, работает следующим образом. В исходном состоянии, когда переключатель замкнут, напряжение на конден¬саторе уменьшается до нуля и на выходе таймера уста¬навливается низкое напряжение, равное 0,1 В. При подаче импульса на вход триггера в нем формируется сигнал, размыкающий переключатель S1, и на выходе таймера устанавливается высокое напряжение.
Если входное сопротивление компаратора А1 значительно больше сопротивления Rt, конденсатор Сt будет заря¬жаться только через Rt, а напряжение на Сt будет экспоненциально нарастать с постоянной времени RtCt, стремясь к своему максимальному значению Un. Как только напряжение на конденсаторе достигнет не¬которой величины Uоп1, компаратор начнет вырабаты¬вать сигнал, устанавливающий триггер (а следователь¬но, и весь таймер) в исходное состояние Временной интервал Тn должен быть значительно больше, чем длительность запускающего импульса.
Опорное напряжение Uon1 формируется в таймере внутренним резисторным делителем. Описанный цикл работы таймера имеет место при включении его по схеме одновибратора, когда форми¬руется один выходной импульс после подачи внешнего сигнала запуска на вход триггера.
Для того чтобы таймер мог работать в режиме асинхронного мульти¬вибратора, управляющий входной сигнал от времязадающей RC-цепи подается на RS-триггер через ком¬паратор А2 с опорным напряжением Uon2. Чтобы иметь возможность прервать выполнение тай¬мером заданной функции, независимо от завершенности временного цикла, введен переключатель S2. При по¬даче сброса S2 замыкается, конденсатор полностью разряжается и напряжение на нем остается близким к нулю до тех пор, пока сигнал сброса не будет снят. Обычно при подаче сигнала сброса на выходе таймера устанавливается низкое напряжение.
Многотактные таймеры разработаны для аппарату¬ры, требующей использования генераторов сигналов сверхнизкой частоты с продолжительностью импульсов до нескольких суток. Семейство этих таймеров делится на две основные группы (рис. 1.1). К первой группе относятся программируемые таймеры, в которых формируемый временной интервал задается программно, установкой соответствующих перемычек на выходах счетчика.
В зависимости от вида соединения выходов счетчика многотактный таймер умножает постоянную времени RC-цепи в n раз (n-определяет диапазон программирования или коэффициент деления счетчиков). Программируемые таймеры содер¬жат таймеры общего применения, выполненные по би¬полярной технологии, и микромощные. Ко второй груп¬пе относятся специализированные таймеры со встроен¬ными счетчиками, у которых однозначно задан коэф¬фициент деления п. Программируемые таймеры работают следующим образом (рис. 1.2, б). При подаче на вход запуска им¬пульса включается внутренний мультивибратор на однотактном таймере, генерирующий импульсы длительностью Tn==RtCt. Подключенный к выходу таймера N-разрядный двоичный счетчик подсчитывает входные импульсы и формирует на N выходах счетчика времен¬ные интервалы, длительность которых может устанав¬ливаться от Тn до (2n-1)Тn. На первом выходе фор¬мируется импульс длительностью Тn, на втором – длительностью 2Тn, а на N-ном длительностью (2n-1) Гц. Счетчик допускает объединение выходов, причем дли¬тельность формируемого в этом случае временного ин¬тервала определяется суммой длительностей импульсов на объединенных выходах.
Например, объединены выходы, формирующие отдельно импульсы длитель¬ностью Tn, 8Тn и 128Тn, тогда длительность формируе¬мого временного интервала равна Tn+8Тn+128Тn= 137Тn. Таким образом, объединяя соответствующие выходы, можно получить любую длительность импуль¬са или задержку его фронта в диапазоне Tn - (2n-1)Tn. Выполнение таким таймером предварительно заданной программы можно прервать, подав на специальный вход импульс сброса.
Для синхронной работы внутреннего однотактного таймера и счетчика исполь¬зуется управляющая цифровая ИС. 1.2.