Описание принципа работы схем электронных часов

 

Так, в журнале “В помощь радиолюбителю” выпуск 106 приведена схема электронных часов из деталей радиоконструктора. На структурной схеме показано, что основой часов служит большая интегральная микросхема DD, содержащая блок образцовой частоты кварцевого генератора G и оперативное устройство ОУ, к которой подключают цифровые индикаторы HG1 – HG4, блок управления часами БУ и акустический преобразователь HA. Преобразователь напряжения ПН обеспечивает питанием все цепи и узлы часов от одного общего источника постоянного тока напряжением 12 В. А оперативное устройство, управляющее знакосинтезирующими индикаторами, обеспечивает работу в качестве секундомера и будильника.

Источником питания может служить аккумуляторная батарея напряжением 12 В (если часы предполагается установить в автомобиле) или выпрямитель с таким же выходным напряжением постоянного тока. Потребляемый ток от источника напряжением 12 В не превышает 200 мА. Точность хода часов не хуже ± 1 секунда в сутки.

На электрической принципиальной схеме часов показано, что источником питания микросхемы DD1 служит стабилизатор напряжения на стабилитроне VD1 и транзисторе VT1. Стабилизированное напряжение 15 В подается на выводы 15 и 12 микросхемы. Общим цепи питания ее является вывод 12. Собственная частота кварцевого резонатора ZQ1 равна 32 768 Гц. Кнопочные выключатели SB1 – SB2 образуют блок управления оперативным устройством микросхемы, которое обеспечивает управление цифровыми индикаторами HG1 – HG4.

Знакосинтезирующий индикатор ИВ – 3А представляет собой электронную лампу с катодом прямого накала (выводы 7, 8), восьмью анодами с отдельными выводами (1 – 6, 10 и 11) и общей управляющей сеткой (вывод 9). Семь анодов выполнены в виде узких полосок, образующих стилизованную цифру 8, а восьмой – в виде точки.

В часах одноименные аноды - элементы цифровых знаков всех индикаторов соединены между собой и подключены к соответствующим выводам микросхемы. На них в определенные моменты времени с оперативного устройства подается закодированный сигнал, синтезирующий один из элементов цифр. Одновременно на сетки индикаторов подается управляющий сигнал. В результате одновременного воздействия сигналов кода и управляющего на индикаторах высвечиваются цифры от ноля до девяти. Индикаторы HG1 и HG2 высвечивают часы, а HG3 и HG4 – минуты текущего времени. Знак точки во втором индикаторе, отделяющий значения часов от минут, горит постоянно.

Нажатием на кнопку SB1 < < К> > блока управления корректируют показание индикаторами текущего времени и времени автоматического включения звукового сигнала будильника. Кнопкой SB5 < < Ч> > устанавливают часы, а кнопкой SB4 < < М> > - минуты текущего времени. Кнопка SB2 < < С> > служит для перевода часов в режим счета секунд текущего времени и на работу как секундомера с нулевых значений времени. Кнопкой SB3 < < Б> > включают ждущий режим будильника; при совпадении предварительно установленного и текущего времени пьезокерамический звонок HA1, подключенный к выводу 10 микросхемы, издает звуковой сигнал частотой около 2 кГц.

Подстроечным конденсатором C1, входящим в кварцевый генератор образцовой частоты, можно корректировать точность < < хода> > часов.

Нити накала знаковых индикаторов соединены параллельно и питаютсяот общего источника напряжением 12 вольт через гасящий резистор R18. Делитель напряжения R16R17 и двуханодный стабилитрон VD2 образуют среднюю точку нитей накала, относительно которой на элементы индикаторов подается через резисторы R4 – R15 отрицательное напряжение для устранения мерцания выключаемых элементов индицируемых цифр.

Трансформатор TS1 и транзисторы VT2, VT3 образуют двухтактный преобразователь постоянного напряжения внешнего источника питания в переменное напряжение частотой около 2 кГц. Отрицательное напряжение внешнего источника подается непосредственно на эмиттеры транзисторов, а положительное – на их коллекторы – через обмотки III и IV трансформатора TS1. Напряжение, снимаемое с резистора R20 делителя R19R20, через обмотки I и II подается на базы транзисторов и создает на них положительное смещение и тем самым обеспечивает запуск преобразователя. В результате действия положительной обратной связи между коллекторной и базовой цепями транзисторов устройство возбуждается. При этом в обмотке V трансформатора наводится переменное напряжение прямоугольной формы, которое выпрямляется диодами VD3 – VD6, включенными по мостовой схеме, и далее стабилизируется стабилитроном VD1 и транзистором VT1.

Вторая схема электронных часов приведена в журнале “В помощь радиолюбителю” выпуск 112. Это схема электронных часов с календарем.

В таких часах введена индикация дней недели в буквенном виде на семисегментных индикаторах и схема автоматической смены информации на индикаторах, которые две секунды высвечивают время суток, а следующие две секунды – состояние календаря.

Информация о текущем дне недели с выводов 7, 9, 10 микросхемы К176ИЕ17 календаря преобразуется дешифратором DD1 из двоичного кода в позиционный десятичный 1, 2, 3, …, 7. На транзисторах VT1 – VT7 сигнал с дешифраторов усиливается, инвертируется и подается на диодный шифратор, выполненный на диодах VD1 – VD23, который формирует управляющие напряжения на отдельные элементы индикаторов HG1, HG2.

Управление информацией осуществляется микросхемами DD2, DD3, образующими делитель частоты, который делит частоту один герц на четыре. С выхода делителя единичные импульсы длительностью две секунды с вывода 13 микросхемы DD2 поступают на вывод 2 микросхемы К176ИЕ13. Когда на выводе 13 микросхемы DD2 уровень логической единицы переходит в уровень логического нуля, на выводе 12 появляется уровень логической единицы, который подается на вход микросхемы К176ИЕ17 календаря.

При установке показаний часов, а также при необходимости постоянной индикации времени суток или календаря необходимо в течение соответствующих показаний включить тумблер SA1, который запрещает прохождение импульсов частотой один герц и останавливает работу делителя частоты. При включенном тумблере SA1 происходит периодическая смена индикации информации с будильника и дня недели.

Синхронизация установки показания часов с показаниями индикаторов осуществляется на микросхеме DD3. После установки часов отключением тумблера SA1 схема возвращается в исходное состояние.

Транзистор VT8 синхронизирует показания календаря с показаниями индикаторов дней недели, то есть информация о днях недели отображается только во время индикации календаря.

Если нет необходимости периодической индикации дня недели, то схема доработки реализуется всего на двух микросхемах DD2 и DD3. В этом случае в часах остается четыре индикатора HG1 – HG4, которые с периодом две секунды показывают дату и текущее время суток.

Третья схема электронных часов была взята из набора «Старт-7176». В этой схеме основой служит БИС на полевых транзисторах которая обеспечивает все необходимые сигналы для управления индикатором HG1.Отсчет времени происходит с помощью подачи определенной частоты на микросхему кварцевым резонатором, в нем есть корректор для подстройки правильного отсчета времени. Микросхемой управляет посредством девяти кнопок SB1-SB9.

Данные часы работают от сети 220 Вольт 50 Герц, нужное напряжение для питания всех электрических узлов обеспечивает трансформатор. Для нормальной работы электроннолучевого индикатора на катод с трансформатора подается переменное напряжение 4, 5 вольта, остальное питание и сигналы подает микросхема. Для питания микросхемы у блока питания стоит выпрямитель и стабилизатор напряжения, с помощью которых БИС обеспечивается питанием -25 вольт.

Для расширения возможностей микросхемы в журнале радио №6 описана приставка-будильник к этим часам, которая представляет звуковой генератор и работает от -9 вольт. Для реализации этой схемы чтобы получить 9 вольт надо: собрать умножитель напряжения, выпрямитель и преобразователь.

Электронные часы, разработанные в данной ВКР, с помощью приставки работают режиме: отсчет и выдача на индикатор значения текущего времени с возможностью его коррекции и обнуления (в часах и минутах, а по специальной команде - в минутах и секундах): обратный отсчет заранее установленного времени с выдачей управляющего сигнала по его истечении с максимальной выдержкой 59мин. 59 сек.; выдача управляющих сигналов при совпадении текущего времени с заранее установленными значениями в двух независимых регистрах (режим “Будильник 1” и “Будильник 2”); остановка индикации текущего времени с продолжением его отсчета.

 

Выбор технического решения

Электронные часы, приведенные в журнале “В помощь радиолюбителю” выпуск 106 обладают следующими недостатками:

1. Может случиться, что светящиеся элементы цифр индикаторов смонтированных часов будут мерцать, а пьезокерамический звонок издавать непрекращающиеся беспорядочные звуки. Причина тому – возбуждение микросхемы К1016ХЛ1. Чтобы устранить это явление, надо цепь питания микросхемы заблокировать керамическим конденсатором емкостью 0, 047 или 0, 068 мкФ, включив его между ее выводами 12 и 15 или параллельно выходу стабилизатора напряжения (конденсатор C7).

2. Обнаруженный в работе часов, - заметный на слух звук невключенного пьезокерамического звонка. Его причина – недостаточное сглаживание пульсаций тока на выходе двухполупериодного выпрямителя VD3-VD6. Для устранения этого явления надо электролитический конденсатор C3 заменить или подключить параллельно ему конденсатор емкостью 5 - 10 мкФ на напряжение не менее 50 В.

3. Большие непроизвольные потери энергии источника питания. Дело в том, что транзисторный преобразователь вместе со стабилизатором напряжения, питающим микросхему и анодные цепи знаковых индикаторов, потребляет от источника напряжением 12 В силу тока, не превышающую 15 мА, а нити накала всех индикаторов – не более 190 мА. Итого округленно 200 миллиампер или, по мощности, 2, 4 Вт. Но чтобы напряжение на нитях накала индикаторов было в пределах 0, 85...1 Вт, питание на них подается через резистор R18, гасящий избыточное напряжение около 11 В. Вот и получается, что большая часть мощности, потребляемой часами от источника питания, бесполезно растрачивается на нагрев этого резистора.

Как избежать эти непроизвольные потери энергии источника питания? Если часы предполагается эксплуатировать в автомобиле и питать их от его аккумуляторной батареи, то на трансформаторе TS1 преобразователя можно предусмотреть дополнительную вторичную обмотку, рассчитанную на непосредственное питание от нее нитей накала знаковых индикаторов. Резистор R18 оказывается лишней деталью, которую удаляют.

Для питания часов в домашних условиях надо, конечно, использовать сетевой блок, рассчитанный на раздельное питание цепей микросхемы и нитей накала индикаторов, что также позволит исключить резистор R18.

В данном проекте не рассматривалась схема вышеуказанных часов, потому что они обладают значительно серьезными недостатками, устранить которые весьма не просто. Кроме того электрическая принципиальная схема таких часов состоит из большого числа старых элементов, найти которые очень трудно.

Схема электронных часов с календарем, приведенная в журнале “В помощь радиолюбителю” выпуск 112, не разрабатывалась потому что, она не доработана и не понятна и, кроме того, состоит из большого количества элементов, таких как транзисторы, резисторы и диоды.

Схема электронных часов, из набора «Стар 7176» была выбрана, потому что: а) она соответствует моему первоначальному желанию собрать ретро часы; б) основная схема проверена в исправности; в) часы могут обладать расширенными функциями управления и работы.

Устройство цифровых часов

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: