Риc. 1. Структурная схема электронных часов

Блок счетчиков предназначен для отсчета временных интервалов. Он со­стоит из последовательно включенных счетчиков-делителей, из которых первый и второй производят отсчет единиц и десятков секунд соответственно, третий и четвертый — единиц и десятков минут, пятый и шестой — единиц и десятков часов.

При введении календаря блок дополняется счетчиками дней недели и чи­сел месяца. На вход блока счетчиков поступают импульсы с частотой следова­ния 1 Гц. Такая низкая частота входных сигналов позволяет выбирать для построения счетчиков микросхемы с малым быстродействием и с возможно меньшей потребляемой мощностью.

Каждый счетчик-делитель состоит из нескольких последовательно вклю­ченных триггеров и характеризуется коэффициентом счета, значение которого определяется местом данного счетчика в структурной схеме блока. Так, счетчи­ки единиц секунд и минут имеют коэффициент счета 10. У счетчиков десятков секунд и минут коэффициент счета равен 6. Следовательно, общий коэффици­ент счета каждой из первых двух пар счетчиков составляет 60. Это означает, что на выходе второго счетчика формируются импульсы с периодом повторе­ния 1 мин, а на выходе четвертого — с периодом повторения 1 ч.

Последние два счетчика в блоке предназначены для отсчета единиц и де­сятков часов. Поэтому их общий коэффициент счета должен быть равен 24. Для обеспечения этого значения в схеме соединений счетчиков предусмотрена логическая обратная связь (ОС). В одном из возможных вариантов реализа­ции цепь ОС включает схему совпадения, на входы которой поступают сигналы с определенных выходов счетчиков, а формируемый этой схемой сигнал воз­действует на входы сброса счетчиков в нулевое состояние.

Для начальной установки и корректировки показаний часов в их устрой­ство вводится специальный блок. В простейшем варианте этот блок представ­ляет собой электронный коммутатор с кнопочным управлением, осуществляющий подключение выхода генератора секундных импульсов ко входам счетчинов единиц минут и часов. При этой коммутации установка требуемых состояний счетчиков минут и часов производится с частотой 1 Гц.

В более сложном исполнении блок установки и коррекции включает логи­ческий узел, обеспечивающий при наличии календаря автоматическую корректи­ровку счетчиков числа дней. Указанная функция блока установки и коррекции является типичной для наручных электронных часов, большинство моделей ко­торых снабжены автоматическим календарем на год, а некоторые, например «Электроника Б5-205», автоматическим календарем на 100 лет с программой, предусматривающей коррекцию показаний чисел с учетом високосных лет.

Блок дешифраторов выполняет преобразование двоичных сигналов на вы­ходах счетчиков в сигналы управления индикаторами. Блок дешифраторов мо­жет быть построен по принципу статической либо динамической индикации. В соответствии с принципом статической индикации дешифратор включается на выходе каждого из счетчиков (см. рис. 1).

В современных измерительных приборах, в том числе к электронных ча­сах, широко применяют многосегментные индикаторы, принцип действия ко­торых основан на электронных явлениях в вакууме и газовой среде (электро­вакуумные), в твердом теле (полупроводниковые), в жидких кристаллах (жид­кокристаллические). Для управления многосегментным индикатором необходим такой дешифратор, который преобразует входной код, отображающий состоя­ние счетчика, в выходной код для управления многосегментным (в большин­стве случаев семисегментным) индикатором.

К выходным сигналам дешифраторов, т. е. к их выходным токам и напря­жениям, должны быть предъявлены требования, обеспечивающие надежное включение индикаторов. В случае применения микроэлектронных дешифраторов следует сопоставить их электрические характеристики с параметрами управля­ющих воздействий выбранных индикаторов.

При несоответствии возможностей дешифраторов требованиям к сигналам управления индикатором в структурной схеме часов предусматривается допол­нительный блок сопряжения. Нередко в качестве элементов сопряжения приме­няют транзисторные ключи, каждый из которых подключен своим входом к выходу дешифратора и выполняют роль усилителя-формирователя сигналов с требуемыми характеристиками. Выход ключа соединен с сегментом индикатора (см. § 8). Функциональные узлы сопряжения обычно выполняют на миниа­тюрных дискретных транзисторах, либо на основе микросхем, содержащих набор транзисторов, либо на микросхемах усилителей-формирователей, выпус­каемых в составе ряда серий.

Индикатор электронных часов представляет собой либо совокупность электросветовых приборов, число которых определяет разрядность индикатора, либо выполнен в виде единого многоразрядного прибора (плоский индикатор).

В крупногабаритных электронных часах (настольных, настенных, автомо­бильных и т. п.) наиболее широкое применение нашли электровакуумные (ка~ тодолюминисцентные и накальные) и полупроводниковые (светодиодные) эле­менты индикации. Катодолюминисцентные индикаторы управляются в номи­нальном режиме работы сигналами со сравнительно высоким уровнем напря­жения (десятки вольт). Однако многие из этих приборов допускают управле­ние сигналами с пониженным до 8 — 9 В уровнем напряжения, обеспечивая в этом режиме несколько меньшую яркость свечения сегментов. Указанная воз­можность катодолюминисцентных приборов позволяет подключить их непосред­ственно к выходам микросхем с напряжением питания 9 В, к числу которых относятся микросхемы серии К176.

Накальные индикаторы, работа которых основана на принципе осветитель­ной лампы накаливания, потребляют от источника управляющих сигналов зна­чительный ток. Поэтому при использовании дешифраторов, выполненных в виде микросхем, между ними и накальными индикаторами включаются усилители-формирователи. Накальные индикаторы применяют в тех случаях, когда не­обходима большая яркость свечения знаков в условиях сильного постороннего освещения.

Полупроводниковые (светодиодные) индикаторы работают при сравнитель­но небольших напряжениях (единицы вольт), но потребляют значительный тон (десятки миллиампер). Эта особенность светодиодных индикаторов заставляет применять элементы сопряжения в тех случаях, когда используются КМПД-микросхемы, например серии К176. С микросхемами транзисторно-транзисторной логики серии К.155 полупроводниковые индикаторы совместимы, т. е. могут управляться сигналами с выходов микросхем.

По размерам знаков полупроводниковые индикаторы значительно уступают катодолюминисцентным и накальным и поэтому используются в часах с на­большими габаритами.

Для крупногабаритных электронных часов начат выпуск плоских многораз­рядных индикаторов на жидких кристаллах. Малое потребление мощности и плоская конструкция жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) позволяют создать электронные часы с небольшой толщиной корпуса и с высокой инфор­мативностью, т. е. значительным объемом одновременно отображаемой на ин­дикаторе информации. Вместе с тем ЖКИ требуют питания переменным напря­жением, в частности прямоугольной формы, с частотой повторения десятки герц и амплитудой 4 — 10 В. Эта особенность индикаторов обусловливает необходи­мость формирования соответствующих сигналов, что несколько усложняет функциональную схему часов за счет дополнительных преобразовательных эле­ментов. В настоящее время ведутся работы по созданию ЖКИ с более высо­кой информативностью, чем существующие, и с энергетическими характеристи­ками, обеспечивающими их совместимость с низковольтными КМДП-микросхемами [3].

Другая особенность ЖКИ состоит в-том, что формируемые ими знаки ви­димы только при наружном освещении или при подсветке индикатора изну­три. Реализация второго варианта индикатора сопряжена, очевидно, с дополни­тельным усложнением конструкции часов, увеличением потребляемой ими мощ­ности и, как следствие, сокращением срока службы автономных источников пи­тания.

Блок индикации электронных часов потребляет значительную часть мощно­сти от источника питания. Поэтому для снижения общей потребляемой мощно­сти, что особенно важно для устройств с ограниченным энергоресурсом, не­редко предусматривается возможность отключения индикаторов от источника напряжения питания.

В последние годы при разработке крупногабаритных электронных часов, в частности настольного типа, все шире используется принцип динамической ин­дикации. Особенность таких часов (рис. 2) состоит в том, что дешифрация со­стояний счетчиков и формирование кода управления индикатором осуществ­ляется с помощью одного дешифратора. Входы этого дешифратора автоматиче­ски подключаются электронным коммутатором поочередно к выходам каждого счетчика. Переключение дешифратора производится с частотой f₂, достаточно высокой, чтобы мерцание знаковых раз­рядов индикатора не было заметным, т. е. используется инерционность зри­тельного восприятия человека.

Принцип динамической индикации позволил применить плоские многораз­рядные (под разрядом в индикаторах понимается одно знакоместо) катодо-люминесцентные индикаторы с неболь­шим числом внешних выводов. В таких приборах одноименные сегменты всех разрядов объединены и имеют общий внешний вывод. Управляющая сетка каждого разряда выведена также на от­дельный вывод, что позволяет произво­дить выборку нужного разряда подачей на его сетку напряжения с высоким уровнем.

Рис. 2. Структурная схема часов с ди­намической индикацией

Работа блока динамической индика­ции происходит следующим образом.

После подключения дешифратора к одному из счетчиков на его выходах, обо­значенных на рис. 2 так же, как и сегменты индикатора, формируется кодовая комбинация сигналов. Эти сигналы поступают на сегменты знаков всех разря­дов одновременно. Однако высвечивается только тот знак, на управляющей сетке которого присутствует положительный потенциал. С поступлением очеред­ного тактового импульса коммутатор производит подключение дешифратора к соседнему счетчику. На выходах дешифратора формируется новая комбинация сегментных сигналов. Для ее отображения знаком соответствующего разряда на сетку этого разряда поступает управляющий сигнал. Следовательно, для обес­печения безошибочной индикации необходимо, чтобы сеточные и сегментные импульсы имели одинаковую длительность и были строго синхронизированы. Для поочередного высвечивания знаков управляющие импульсы должны посту­пать на сетки разрядов с определенным взаимным сдвигом во времени. Пра частотах повторения сегментных и сеточных импульсов десятки — сотни герц свечение всех знаков индикатора наблюдается как непрерывное.

Использование динамической индикации позволяет уменьшить число эле­ментов структурной схемы часов и таким образом упростить ее, а также сни­зить энергопотребление.

Электронные часы при необходимости могут быть дополнены программи­руемым сигнальным устройством (будильником). Такое устройство имеют мно­гие серийные часы настольного типа, а также некоторые модели наручных ча­сов, в частности «Электроника Бб-208».

Принцип построения и работу сигнального устройства рассмотрим на примере схемотехнического варианта, представленного на рис. 3. Устройство состоит лз блока программирования и блока звуковой сигнализации.

В блоке программирования находятся дешифраторя часов и минут и схе­ма совпадения (логическая схема И) на диодах VD1-VD4 и резисторе RL.

Рис. 3. Структурная схема часов с сигнальным устройством

Программирование сигнального устройства заключается в том, что переклю­чателями SI — S4 входы схемы И соединяются с теми выходами дешифрато­ров, на которых в требуемое время будут сформированы сигналы 1, соответст­вующие высокому уровню напряжения. В этот момент диоды VD1 — VD4 за­кроются и на вход блока звуковой сигнализации поступит напряжение высоко­го уровня, равное приблизительно U_и.п.

Блок звуковой сигнализации состоит из логического элемента DD1 и элек­тродинамического преобразователя (динамика) типа ТМ-2. Ко входам элемента DD1 подведены импульсные сигналы, следующие с частотами 1024 и 1 Гц. До уста­новленного переключателями S1 — S4 времени хотя бы один из диодов VD1 — VD4 открыт и поэтому на входе элемента DD1, соединенного со схемой совпадения контактами нажатой кнопки «Звонок», постоянно присутствует сигнал 0, т. е. напряжение низкого уровня. Следовательно, элемент DD1 закрыт, напряжение на его выходе не зависит от сигналов на других его входах и имеет постоян­ный уровень, близкий к значению U_н.п, поэтому ток в цепи динамика ТМ-2 от­сутствует. В таком же состоянии элементы блока звуковой сигнализации будут находиться и при отжатой кнопке «Звонок», поскольку один из входов эле­мента DD1 через резистор соединен с корпусом.

В определенное время на всех выходах дешифратора, к которым подклкь чены диоды схемы совпадения, установятся сигналы 1 и закроют диоды. Тог­да ко входу элемента DD1 через резистор Ri будет приложено напряжение высокого уровня, близкое к значению U_a._n. В этом режиме состояние выхода эле­мента DD1 определится только сигналами на других его входах, т. е. импульс­ными последовательностями с частотой 1024 и 1 Гц. В результате на выходе элемента DD1 появится последовательность импульсов с частотой повторения 1024 Гц, прерываемая с частотой 1 Гц. Этими колебаниями возбуждается ди­намик ТМ-2 и появляется звуковой сигнал.

Date: 2015-05-23; view: 2780; Нарушение авторских прав