Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Retro częstościomierz TTL - DIY sprzed 20-tu lat

GrandMasterT 20 Maj 2010 00:24 4660 13
  • #1 20 Maj 2010 00:24
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Od jakiegoś czasu próbuję uruchomić częstościomierz którego budowę rozpoczął ojciec prawdopodobnie gdzieś w połowie lat 80-tych; wykonał płytki, wlutował elementy, skręcił razem i tak zostawił. Tak to wyglądało w momencie 'odkrycia':

    Retro częstościomierz TTL - DIY sprzed 20-tu lat

    Układ przeleżał na strychu ponad 20 lat, jakiś czas temu przytargałem całość do domu i główkuję jak to odpalić.
    Sprawa nie jest prosta, bo przez ten czas zaginęła prawie cała dokumentacja, a z tego co ojciec mówił układ był zbitką z kilku schematów na dodatek rozbudowaną o dodatkowe elementy.
    W chwili obecnej całość składa się z 32-óch układów scalonych TTL podzielonych na 3 płytki:

    - płytka z 8-mioma lampami nixie, sterowanymi przez 8szt. 74141 wyświetlającymi stan 8-miu liczników 7490. Liczniki są połączone szeregowo z równoległym zerowaniem.

    - płytka generatora: zawiera generator na 74123 stabilizowany kwarcem
    2MHz, dzielnik przez 2 (74) oraz 8 dzielników przez 10 (90), których wyjścia przełączane są isostatami na wspólną szynę, stanowiącą wyjście generatora. Na wyjściu uzyskiwana jest w ten sposób częstotliwość wzorcowa w zakresie 0,1Hz - 1MHz.

    - płytka stopnia wejściowego, która jednocześnie prawdopodobnie jest 'mózgiem' całego urządzenia. Składa się z 6-ciu układów: S74, 2x S00, H74 oraz 2x A10.

    Po sporych perypetiach udało mi się jakoś pouruchamiać wszystkie płytki osobno. Nie obyło się bez analizowania schematów podobnych konstrukcji jak i przeczytania paru książek, bo dotychczas kontakt z układami TTL miałem 'od święta'.
    Po poprawieniu drobnych błędów na płytkach i wymianie uszkodzonych układów (w tamtych czasach nowy niesprawny to chyba nie było nic nadzwyczajnego), stłuczonych lamp i kondensatorów podgryzionych przez myszy, mam sprawny generator (testowany oscyloskopem, częstotliwości podaje prawidłowe) oraz blok wyświetlacza (liczy i daje się resetować).

    No i tutaj sedno sprawy. Płytka układów wejściowych, nad którą zarwałem dwie nocki i dziś siedzę trzeci dzień.
    Z braku schematu spędziłem ładne parę godzin analizując przy użyciu oscyloskopu i testera stanów logicznych co się dzieje po podaniu sygnału. Wszystkie układy osobno wyglądają na sprawne, jednak całość nie działa. Tak to wygląda od strony druku, po drugiej stronie nie ma żadnego elementu oprócz isostatów, układów scalonych i kondensatorów między zasilaniem każdego układu a masą. Wszystkie punkty lutownicze oprócz w/w elementów to zwory, które zawsze idą prosto.


    Retro częstościomierz TTL - DIY sprzed 20-tu lat

    Układy kolejno rzędami, patrząc od strony druku:
    74S74 74S00
    74S00 74A10
    74H74 74A10

    Patrząc od strony druku, wszystkie mają nóżkę 1 w lewym górnym rogu.

    Być może nie do końca pojąłem jak to ma działać i stąd problemy z uruchomieniem.
    Moje rozumowanie jest takie:
    - Na płytkę wchodzi sygnał zegarowy z generatora wzorcowego. Po wciśnięciu przycisku 'pomiar' (lub wciśnięciu i trzymaniu?) układ powinien zaczekać do pierwszego narastającego zbocza sygnału zegarowego po czym powinien uruchomić liczenie - ponieważ liczników 7490 nie da się zatrzymać, prawdopodobnie liczenie będzie wstrzymywane poprzez wymuszenie wysokiego/niskiego stanu na wejściu pierwszego licznika bloku wyświetlaczy, lub poprzez zablokowanie sygnału mierzonego jakąś bramką/przerzutnikiem - teoretycznie do przepuszczenia/zablokowania prostokątnego przebiegu wystarczy dwuwejściowa bramka NAND. Po nadejściu kolejnego zbocza narastającego w sygnale zegarowym układ prawdopodobnie powinien wstrzymać liczenie i przejść do stanu oczekiwania np. na naciśnięcie przycisku pomiar/reset.
    Domyślam się, że w tym przypadku musi to być ten isostat po prawej, ponieważ jako jedyny jest przyciskiem, a nie przełącznikiem. Pięć następnych po lewo od niego przełącza się wzajemnie, tylko jeden może być wciśnięty. Lewy skrajny może być wciśnięty lub nie niezależnie od innych.

    Byłbym wdzięczny gdyby ktoś z większym doświadczeniem rzucił okiem na tą płytkę, może gdzieś jest po prostu błąd. W desperacji zacząłem juz sprawdzać kolejne kombinacje połączeń - jednak najlepsze co udało mi się do tej pory uzyskać, to przejście sygnału z domniemanego wejścia na wyjście (zwarcie we-wy - być może tryb 'licznik impulsów') oraz reset po wciśnięciu prawego isostatu - prawdopodobnie jest to brązowy przewód, wlutowany w prawej części płytki, tam gdzie widać znak zapytania (aczkolwiek może to być przypadek).

    Ewentualnie jeśli moje przypuszczenia co do działania sterowania całością są błędne, chętnie dowiem się jak to powinno działać.

    0 13
  • Computer Controls
  • #2 20 Maj 2010 21:51
    pukury
    Poziom 35  

    witam .
    Obawiam się Ze Twoje " przypuszczenia " odnośnie logiki sterowania mogą być zweryfikowane w takiej oto perspektywie - odrysuj schemat .
    to w końcu kilka układów TTL - drobiazg , a sprawa będzie jasna .
    wybacz ale - opis na zasadzie" pin 7 do pinu 2 a ten do pinu 5 , itd " jest nieco kłopotliwy - proszę ja ciebie .
    Pozdrawiam

    0
  • Computer Controls
  • #3 20 Maj 2010 22:08
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Już zacząłem rysować, bo sam doszedłem do wniosku że bez schematu będzie lipa.

    Gdzieś na płytce może być błąd, ponieważ podłączając się z testowym przebiegiem prosto w dzielnik udało mi się uzyskać coś takiego:


    Link


    Tymczasem jakakolwiek reakcja jest nieosiągalna przy podłączaniu wyprowadzonych przewodów, za wyjątkiem domniemanego wejścia zwartego z domniemanym wyjściem (przypuszczalnie tryb 'licznik impulsów').

    0
  • #4 21 Maj 2010 11:46
    pukury
    Poziom 35  

    Witam .
    Schemat musi być - niekiedy konstruktor stosował dość zawiłe nie do kończ " logiczne "rozwiązania .
    Robiłem kiedyś coś takiego z czeskiego " radio " i długo musiałem się zastanawiać jak to działa .
    Jak rozumiem nie ma w Twoim przypadku " pamięci " (zatrzasków ) xx7475 .
    Czyli konstrukcja jest podobna do częstościomierza z pewnej książki p.Janeczka .
    Pozdrawiam .

    0
  • #5 21 Maj 2010 18:27
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Zatrzasków nie ma, prawdopodobnie po upływie czasu liczenia pierwszy licznik w szeregu ma zostać zatrzymany aż do zresetowania/wznowienia pomiaru, ewentualnie gorsza wersja - reset i nowy pomiar następują automatycznie, ale sądząc po rozmachu w budowie urządzenia nie sądzę, że ojciec aż tak by się pomylił (przy większych częstotliwościach generatora reset następowałby wiele razy na sekundę). W tym drugim przypadku musiałbym dorobić jakąś przystawkę poprawiającą błąd.

    Do 3 opisywanych płytek jest jeszcze jedna, niedokończona - goła płytka z wlutowanymi zworkami i podstawką na układ. Miała stanowić przystawkę wejściową z szybkim licznikiem S196. O niej wiadomo tyle, że schemat przystawki (zresztą prosty jak świński ogon) był w Elektronice Praktycznej, więc w razie problemów z uruchomieniem (wątpliwych) pole poszukiwań będzie niezbyt duże.

    Można prosić o tytuł w/w książki ? Istnieje szansa, że uda mi się ją wypożyczyć. Niestety żadnej książki w której pojawiałaby się choćby wzmianka o częstościomierzu nie mam, przekopałem się jedynie przez posiadaną "Układy scalone serii UCA64/UCY74...." oraz pożyczoną "Układy scalone TTL w systemach cyfrowych" co pozwoliło chociaż ogarnąć zasadę działania poszczególnych bloków i ustalić wstępny schemat płytki wejściowej, ze wzmacniaczem oraz formowaniem sygnału.
    Problem z uruchomieniem bierze się głównie stąd, że nie mam ani teoretycznego, ani praktycznego doświadczenia w budowie częstościomierzy - ten jest pierwszy :D

    Schemat prawdopodobnie dziś dokończę, w gorszym przypadku jutro. Rysuję odręcznie ponieważ idzie mi szybciej niż w Eagle, staram się od razu w miarę czytelnie, może komuś kiedyś do czegoś się przyda.

    Załączam pierwszą wersję schematu - mam nadzieję, że się nie pomyliłem nigdzie. Isostaty zaznaczyłem punktami z braku bibliotek, zresztą tak jest chyba czytelniej. Przełączają oczywiście piny 'w pionie' - wyciśnięty zwiera pin 1-2 i 4-5 w każdej kolumnie, wciśnięty - 2-3 i 5-6.

    Retro częstościomierz TTL - DIY sprzed 20-tu lat

    Jak widać jednak zdecydowałem się na eagle - szło mi wolniej ale przynajmniej da się później edytować.
    Punkty oznaczone 'koncentryk' to punkty z których wyprowadzone były od początku (nigdzie nie przylutowane) przewody koncentryczne.
    'Punkt lutowniczy' to z kolei oznaczenia punktów, gdzie jest przewiercony otwór i pole lutownicze, ale przewodu żadnego nie ma. Możliwe, że punkty te były przeznaczone dla innych przystawek, lub znajdujące się tam przewody się wylutowały.
    Kolejność bramek w układach się zgadza, ale symbole układów nie - zastosowałem co było w Eagle, bo tu i tak ważny jest schemat a nie szybkość działania. Nie zaznaczałem zasilania ani masy tam gdzie nieistotna (doprowadzenia do samych układów), jak i również kondensatorów znajdujących się tuż przy pinie zasilania każdego układu.

    0
  • #6 23 Maj 2010 23:20
    pukury
    Poziom 35  

    Witam
    Nie da rady - nic nie widać
    Pisz - proszę - pukury(malpa)wp.pl

    0
  • #7 23 Maj 2010 23:37
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Przecież na powiększeniu schemat jest w 300 DPI, po powiększeniu przy niezbyt dużej rozdzielczości ekranu początkowo widać tylko lewy górny róg, gdzie faktycznie pusto. W sumie przytnę to, bo gdy wstawiałem było późno i nawet nie zauważyłem.

    Retro częstościomierz TTL - DIY sprzed 20-tu lat


    Obecnie korzystając z 30-dniowej wersji Digital Works próbuję przeprowadzić symulację - jako że tak jest łatwiej, jednocześnie widzę stan na wszystkich połączeniach, dzięki temu w czasie rzeczywistym widać co/kiedy się zmienia.
    Niestety program ma swoje humory i potrafi wyrzucić race condition na przełączniku który po wyłączeniu odcina sygnał od dalszej części, nie wiem jak to ujarzmić. Czasami pomaga skasowanie tego przełącznika i dodanie go jeszcze raz, jednak po dłuższej edycji i uproszczeniu schematów pozostało mi parę błędów których usunąć nie mogę, usunięcie jednego wywołuje z powrotem wcześniej usunięty i tak w kółko :|

    Retro częstościomierz TTL - DIY sprzed 20-tu lat

    Co gorsza, ojciec przekopał wszystkie posiadane Radioelektroniki, bo podobno w którymś był schemat tej płytki. Nic jednak nie znalazł i to na przestrzeni roczników 74-94, chociaż niewykluczone, ze gdzieś jest - kiedyś posiadał praktycznie kompletne roczniki, teraz sporej części brakuje.

    EDIT:

    Symulacja układu z pominięciem isostatów (stąd m.in. bramki wiszące wyjściami w powietrzu)




    Link


    Jak widać, coś jest nie tak - prawdopodobnie po kilku cyklach zegara układ powinien się zablokować i utrzymać w tym czasie stan niski na jednym z wejść bramki 74S00 przez którą sygnał przedziera się na wyjście, tymczasem działa bez przerwy.
    74S74 na czas symulacji wyrzucony ze schematu, jego obecność nic nie zmienia - zależnie od wciśnięcia przycisku dzieli przez 2 lub nie.

    0
  • Pomocny post
    #8 26 Maj 2010 06:05
    pukury
    Poziom 35  

    Witam.
    Jakoś umysł mi tego nie ogania .
    Czy to musi być właśnie ta konstrukcja - nie myślę o lampkach tylko o logice .
    Mam niejasne wrażenie że szybciej by to było ( logika , liczniki,zatrzaski ) zrobić od nowa .
    Dawnymi czasy zrobiłem sporo częstościomierzy na układach TTL i tylko w jednym nie widziałem zatrzasków - w książce P. Janeczka - konstrukcje dla początkujących.
    Działał " różnie " - że tak powiem .
    Pozdrawiam .

    0
  • #9 26 Maj 2010 09:16
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Ten z książki wklepałem do Digital Works w celu dokonania obserwacji działania - wygląda na to, że on po prostu działa cyklicznie samoczynnie się resetując i przedstawiając wynik. Przy jednym zakresie pomiaru jest to jakieś wyjście.

    Natomiast ten mój przypuszczalnie ma działać inaczej - zapewne pomiar wyzwala się ręcznie, po czym powinien on przejść przez cykl pomiarowy (wyzwolenie bramki przepuszczającej sygnał, zablokowanie, prezentacja pomiaru i oczekiwanie) i zablokować się w jakimś stabilnym stanie.
    Na częstościomierzu działającym w ten sposób miałem okazję pracować dawniej na pracowni w technikum, gdzie jeździłem na zajęcia z podstaw elektroniki. Niestety nie miałem możliwości zajrzenia do środka.

    Pojawiają się tu jednak dwa osobne problemy: 1) płytka z logiką działa prawdopodobnie źle oraz 2) blok isostatów prawdopodobnie ma błędy, ponieważ praktycznie każda pozycja wymusza jakiś niski/wysoki stan na którymś z układów, przez co całość stoi.
    Ze względu na małe doświadczenie z układami TTL ten, być może błędny, blok isostatów działa jak dodatkowa kula u nogi - nie pozwala obejrzeć działania całości na żywo.
    Jako że układów TTL mam kilka tzw 'wiader' rozważam możliwość poskładania kopii płytki bramkującej na płytce uniwersalnej, bez tego nieszczęsnego bloku przełączników, co być może pozwoli lepiej zrozumieć jej działanie.

    Co do płytki generatora i liczników, nie ma sensu ich ruszać - do działania licznika zatrzaski nie są w ogóle potrzebne, wystarczy zablokować bramkę przepuszczającą sygnał na wejście bloku licznika i stoi on jak kamień prezentując wynik.

    0
  • #10 26 Maj 2010 09:59
    pukury
    Poziom 35  

    Witam.
    Co się dzieje zanim zaprezentuje wynik ?
    Jak liczniki będą się ładować wynik będzie się zmieniał - tak sobie myślę .
    Oczywiście do czasu zablokowania bramki .
    Po czym nastąpi reset i od nowa .
    Jak masz zatrzaski to wynik jest wyświetlany - a liczniki się ładują , następnie blokada bramki , przepisanie wyniku do zatrzasków i reset i tak w kółko .
    Może miał to być licznik impulsów ?
    Miałem kiedyś taki wynalazek że można go było wyzwalać zewnętrznie .
    Pozdrawiam

    0
  • #11 26 Maj 2010 10:18
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Na pewno miał to być częstościomierz. Do licznika impulsów cała ta nieszczęsna płytka w ogóle nie jest potrzebna - tryb taki osiąga się przez wciśnięcie isostatu który zwiera wejście z wyjściem.
    Prawdopodobnie drugi 7474 na pokładzie ma za zadanie podzielić sygnał zegarowy przez 2, tak żeby reset następował przy co drugim cyklu.
    Być może przy wyższych częstotliwościach to będzie bieda z nędzą. Ale generator ma przecież dostępne częstotliwości od 0.1Hz synchroniczne z częstotliwością wzorcową, tak więc od biedy będzie można dorobić jakieś zatrzaskiwanie - np. wpięcie się w reset, przy nadejściu resetu włączenie dodatkowego układu który korzystając z częstotliwości 0.1Hz utrzyma wynik przez 10s niezależnie od ustawień wyjścia generatora, po czym zresetuje przed początkiem kolejnego pomiaru.

    Dziś wieczorem w wolnym czasie przetnę żyletką ścieżki idące do/z isostatów, tak żeby mieć goły blok logiczny, zgodny z symulacją powyżej. Jeśli to zadziała, będzie to już duży postęp. Zobaczymy wtedy jak działa i będzie można myśleć nad jakimś rozszerzeniem funkcjonalności.

    0
  • #12 27 Maj 2010 00:39
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    Uszkodzony był wejściowy 74S74. Takie to były czasy - nie dość, że układ spod lady i pewnie za sporą kasę (Texas Instruments), to jeszcze nowy a niesprawny. Generował jakieś szpile RF których nawet oscyloskopem nie mogłem dobrze dojrzeć - ledwo jakieś cienie i to przy częstotliwości rzędu 20-30MHz.
    Na szczęście przez lata ojciec nazbierał TTLi dużo a i ja mam co nieco w kolekcji, po podmianie i lekkiej kosmetyce płytki uzyskałem taki oto efekt:



    Link

    0
  • #13 27 Maj 2010 12:18
    pukury
    Poziom 35  

    Witam .
    Co prawda niezbyt wyraźnie widać - ale chyba pracuje tak jak napisałem .
    Ładuje , ładuje , wyświetla i reset .
    Jeżeli coś takiego jest do wytrzymania ( ja bym rady nie dał ) to ok .
    Pozdrawiam .

    0
  • #14 27 Maj 2010 13:29
    GrandMasterT
    Poziom 23  

    No niestety lampki oślepiają kamerę jakimiś niewidocznymi dla oka składowymi widma, nie mam pod ręką żadnego filtru.

    Takie działanie może, a nawet musi zostać - jak na konstrukcję z lat 80-tych nie jest źle.
    Co ciekawe, nawet bez rozbudowywania o dodatkowy dzielnik wejściowy, obecny układ daje radę do około 90MHz. Później zaczyna się gubić, być może przez kiepski, prowizoryczny zasilacz i pałętające się przewody.
    74S74 teoretycznie powinien działać do 110MHz, mam gdzieś jeszcze parę sztuk 54S74 - spróbuję, może będą lepsze.
    Nie wiem w sumie jaki jest sens stosowania dodatkowego dzielnika wejściowego z 74S196 skoro jest on według katalogu wolniejszy od S74, a jedyna jego zaleta to wygodniejszy odczyt częstotliwości - f*10 zamiast f*4.

    Chociaż w sumie zakładając podział przez 4 dla fmax 110MHz, pierwszy licznik 7490 pewnie się pogubi, bo ich katalogowa typowa częstotliwość graniczna to ledwo 25MHz. Widzę, że w odróżnieniu od pozostałych siedmiu (UCY7490) pierwszy to SN7490N, więc częściowo jest to przewidziane, ale mimo to może tutaj warto byłoby zrobić zamianę na coś szybszego.

    0