ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ

Серия К176 состоит из целого ряда микросхем, позволяющих создавать различные варианты часов от простейших до часов-бу­дильников на цифровых индикаторах с динамической индикацией.

Структурная схема простейших часов представлена на рис. 7.12. Часы содержат генератор импульсов минутной последовательности и четыре идентичных декады, состоящих из делителя частоты, дешифратора и цифрового индикатора. Первоначально время уста-навливается подачей импульсов частотой следования 2 Гц на вход декады десятков минут. Установка «нуля» осуществляется подачей поюжительного перепада на делители генератора импульсов и декаду единиц минут. Таким- образом, точная установка времени часов возможна каждые 10 мин.

Рис. 7.12. Структурная схема часов настольного или настенного типа

При показании 24 ч — делители частоты единиц и десятков часов сбрасываются в нуль отдельным устройством. Для создания эффекта «мигающей точки» импульсы частотой следования 1 Гц подаются на индикатор единиц часов. Часы питаются от сети переменного тока 220 В. Питающее устройство создает напряжение +9 В для работы микросхем и индикаторов, а также переменное напряжение 1,2 — 1,5 В для на­кала катодов индикаторов.

Часы настольного или настенного типа реализованы на пяти микросхемах (рис. 7.13). Генератор импульсов минутной после­довательности выполнен на микросхеме К176ИЕ12. В задающем генераторе использован кварцевый резонатор с номинальной часто­той 32 768 Гц. Кроме минутной, микросхема позволяет получить последовательности импульсов с частотами следования 1, 2, 1024 и 32768 Гц. В данной схеме используются последовательности им­пульсов частотами следования 1/60 Гц (вывод 10) — для работы делителя единиц минут, 2 Гц (вывод 6) — для первоначальной установки времени, 1 Гц (вывод 4) — для мигающей точки. При отсутствии микросхемы К176ИЕ12 или кварцевого резонатора на частоту 32768 Гц генератор может быть выполнен на других ми­кросхемах и резисторах с учетом рекомендаций, изложенных в § 7.3.

 



Рис. 7.13. Принципиальная схема часов настольного или настенного типа на микросхемах серии К176

Делители и дешифраторы единиц минут и единиц часов вы­полнены на микросхемах К176ИЕ4, обеспечивающих деление на 10 и дешифрацию двоичного кода в код семисегментного цифро­вого индикатора. Делители и дешифраторы десятков минут и де­сятков часов выполнены на микросхемах К176ИЕЗ, обеспечиваю­щих деление на б и дешифрацию двоичного кода в код цифрового индикатора.

Для работы делителей частоты микросхем К176ИЕЗ и К176ИЕ4 необходимо, чтобы на выводы 5 и 6 подавался логический 0.



Установка 0 делителей микросхемы К176ИЕ12 и микросхемы К176ИЕ4 декады единиц минут осуществляется подачей на выводы 6 и 9 (для микросхемы К176ИЕ12) и на вывод 5 (для микросхемы К176ИЕ4) положительного перепада кнопкой KHI через резистор Rз.

Исходное состояние времени остальных декад устанавливается подачей на вход 4 декады десятков минут импульсов частотой сле­дования 2 Гц. Полный цикл установки времени не превышает 72 с. Схема установки 0 делителей единиц и десятков часов при дости­жении значения 24 выполнена на диодах Д1 и Дз и резисторе R4, реализующих логическую операцию И. Аноды диодов соединены между собой и входами установки 0 (выводы 5) микросхем. Катоды диодов соединены с выводами 3 соответствующих микросхем. На этих выводах появляется положительное напряжение после каждого второго (для микросхемы К176ИЕЗ) или каждого четвертого (для К176ИЕ4) импульса, поступающего на входы этих микросхем.

Если хотя бы на одном из выводов имеется сигнал логическо­го 0, то соответствующий диод будет открыт и напряжение на вхо­дах 5 микросхем будет близким к нулю. Развязка по входным цепям в этой схеме обеспечивается тем, что положительное на­пряжение, действующее на каком-либо входе закрывает соответст­вующий диод и, следовательно, не попадает на другой вход.

Если на катодах обоих диодов будут действовать положитель­ные напряжения (что возможно только при появлении числа 24), то оба диода будут закрыты и на выходе схемы появится положи­тельное напряжение, которое осуществит сброс делителей единиц и десятков часов в нулевое состояние.



В устройстве могут быть применены диоды Дэ с любым бук­венным индексом, однако перед установкой диодов необходимо убе­диться в их исправности. Для часов целесообразно использовать семисегментные вакуумные люминесцентные цифровые индика­торы ИВ-11, ИВ-12, ИВ-22.

На сетку и анод индикаторов подается одинаковое напряжение до 27 В. Один из выводов катода, соединенный с токопроводящим слоем (экраном), желательно соединять с общим проводом схемы.

В данной схеме на аноды и сетки подают напряжение +9 В, так как более высокое напряжение требует дополнительно 24 тран­зистора для согласования выходов микросхем, рассчитанных на 9 В. Снижение напряжения, подаваемого на сетку и анод, уменьшает яркость свечения индикаторов, однако яркость остается вполне до­статочной для большинства применений.

Таблица 7.1

Индикатор или микросхема	Сегмент анода индикатора	Сетка	Катод	Общий
а	б	в	г	д	е	ж	точ­ка
ИВ- И	6	8	5	7	9	3	10	4	4	11	1
ИВ- 12	6	10	7	9	1	6	5	—	2	2	3
ИВ-22	7	8	4	3	10	2	11	1	6	12	5
К176ИЕЗ К176ИЕ4	9	8	10	1	13	11	12	—	—	—	7
К176ИЕ12	—	—	—	—	—	—	—	4	—	—	8

Рис. 7.14. Внешний вид часов настольно­го типа с цифровыми индикаторами ИВ-22 р

Напряжение накала индикаторов ИВ-11, ИВ-12 — 1,5 В, ИВ-22 — 12В потребляемый ток 80 — 100 мА.

Номера выводов цифровых индикаторов и порядок их соедине­ния с выводами микросхем приведен в табл. 7.1. Питающее устройство содержит понижающий трансформатор с двумя выходными обмотками, выпрямитель и фильтрующий кон­денсатор Трансформатор и выпрямитель использованы от питающе­го устройства ПМ-1, предназначенного для детских электрифициро­ванных игрушек. Дополнительно установлен конденсатор С4 и на­мотана обмотка для питания накальных цепей индикаторов. При напряжении накала 1,2 В необходимо намотать 24 витка проводом ПЭВ-031 при напряжении 1,5 В — 30 витков.



Конденсатор С4 емкостью 500 мкФ кроме уменьшения пульса; пий питающего напряжения позволяет обеспечить работу делителей часов (сохранение времени) примерно в течение 1 мин при выклю­чении сети например, при переносе часов из одной комнаты в дру­гую Если предполагается длительное выключение напряжения сети, то параллельно конденсатору следует включить батарею «Крона» или аккумулятор типа 7Д-0.1 с номинальным напряжением 9 В.

Один из возможных вариантов конструктивного выполнения ча-сов показан на рис. 7.14. Часы выполнены в виде двух блоков: основного питающего устройства. Основной блок имеет размеры 115х65х50 мм, питающее устройство 80X40x50 мм. Основной блок установлен на подставке от письменного прибора.

Электронный секундомер может быть выполнен по схеме про-стейших часов, приведенной на рис. 7.13. Различие заключается лишь в том что генератор выдает секундную последователь им­пульсов а также в схеме установки нуля. Секундомер может иметь любое число цифровых индикаторов, но в большинстве применении достаточно трех, что обеспечивает индикацию до 10 мин.



Рис. 7.15. Принципиальная схема электронного секундомера

Принципиальная схема секундомера приведена на рис. 7.15. Генератор секундной последовательности импульсов выполнен на микросхеме MC1 и кварцевом резонаторе на частоту 32 768 Гц. Импульсы через переключатель Si подаются на вход 4 микросхемы MC2, которая обеспечивает деление на 10 и индикацию единиц се­кунд. Далее производится счет и индикация десятков секунд и еди­ниц минут (микросхемы МС3, Ж?4). В положении «Стоп» поступле­ние секундных импульсов на вход МС2 прекращается и на индика­торах отображается число секунд и минут, истекших с момента «Пуск».

При переводе в положение «Пуск» переключатель S2 автома­тически устанавливает 0 всех делителей схемы секундомера. Для этого на входы установки 0 микросхем подается положительный импульс сброса, сформированный цепью Кз, Ci, R4. Затем начина­ется счет секунд.

В качестве переключателей Si и 5з может быть использован сдвоенный тумблер МТДЗ, сдвоенный кнопочный переключатель ПДМ2-1 или любая кнопка с двумя парами контактов на замы­кание.



Автомобильные часы выполнены также по аналогичной схеме и различаются лишь типом цифровых индикаторов и питающим устройством. Принципиальная схема часов приведена на рис. 7.16. В простейших автомобильных часах целесообразно применять цифровые индикаторы ИВ-6. Для повышения яркости свечения инди­каторов в данной схеме используется все напряжение, создаваемое генератором автомобиля при работающем двигателе (13,2 — 14,2 В), а питаются микросхемы через стабилизатор. Это требует разделения цепей питания, причем общий провод микросхем должен быть от­делен от общего провода («массы») автомобиля. Кроме того, для лучшей различимости цифр часов желательно их размещать в глу­бине приборного щитка автомобиля, чтобы исключить сильное пря­мое освещение индикаторов.

Люминесцентный индикатор ИВ-б имеет конструкцию, анало­гичную рассмотренным выше цифровым индикаторам. Напряжение накала 1,2 В, ток накала 50 мА, на сегменты анода и сетку может быть подано постоянное напряжение до 25 В.



Рис. 7.16. Принципиальная схема автомобильных часов на цифровых индикаторах ИВ-6

В данном устройстве питание нитей катодов ламп осуществля­ется от постоянного напряжения сети автомобиля. Напряжение 1 2 В получается с помощью гасящего резистора сопротивлением 60 Ом. Сетки ламп питаются через резистор R8. Напряжение 9 В для питания микросхем создается стабилизатором напряжения Дз, R5, причем общий провод микросхем соединяется с катодом стаби­литрона.

Конструктивно часы выполнены на плате размером 90X50 мм. Пифровые индикаторы установлены перпендикулярно плате и за­крыты плотной черной бумагой с отверстием 20X60 мм, чтобы видны были только цифры часов. Затем часы устанавливают в щит­ке автомобиля. В нижней части щитка располагают кнопки Kн1, Кн2 и тумблер включения индикации S. Так как при выключенной инди­кации часы потребляют менее 1 мА, то целесообразно их не от­ключать полностью, если автомобиль используется регулярно.

Часы председателя собрания (преподавателя).


При ведении со­браний и в учебном процессе возникает задача регламентировать время выступлений. Часы должны индицировать время, истекшее с момента пуска, включать звуковую сигнализацию. Часы ведут отсчет времени в минутах и имеют возможность устанавливать сиг­нализацию на любое число минут от 0 до 100.

Структурная схема часов представлена на рис. 7.17. Часы со­стоят из генератора минутной последовательности импульсов и двух тоактов по две декады (единиц и десятков минут). Один из трак­тов (верхний по схеме) предназначен для отсчета и индикации времени с помощью семисегментных цифровых индикаторов, дру­гой — для установки интервала времени по истечении которого сра­батывает звуковая сигнализация.

Принципиальная схема часов представлена на рис. 7.18. Гене­ратор минутной последовательности импульсов выполнен на микро­схемах ЖC1 и MC2 и кварцевом резонаторе на частоте 139810 Гц. Импульсы с периодом следования 1 мин снимаются с выхода 4 микросхемы МСг и подаются на входы 4 делителей единиц минут (МС3, MC5). С выходов 1 и 5 микросхемы MCi снимаются им­пульсы с частотами следования 270 и 4 Гц, которые используются для звуковой сигнализации.



Рис. 7.17. Структур­ная схема часов пред­седателя собрания (преподавателя)

Тракт индикации времени выполнен на микросхемах МС3, МС4 и цифровых индикаторах ИВ-11. Микросхема К176ИЕ4 содержит делитель частоты на 10 и дешифратор для вывода информации на семисегментный цифровой индикатор.

Тракт установки времени сигнализации выполнен на микросхе­мах МСл — МСа. Декада единиц минут состоит из делителя на ми­кросхеме МС5 (К176ИЕ1) и дешифратора двоичного кода в десятич­ный на МСт. Так как микросхема К176ИЕ1 представляет собой двоичный шестиразрядный делитель, то для того, чтобы выполнить на нем делитель на 10, потребовалось ввести устройство сброса показаний делителя в 0 при достижении числа 10 (в двоичном коде 1010). Схема сброса выполнена на диодах Д3, Дь и резисто­ре R3, реализующих логическую операцию 2И.


На катоды диодов подаются сигналы со второго и четвертого разрядов делителя МСц. Когда с этих разрядов одновременно поступает сигнал 1, на вы­ходе устройства сброса появляется положительный импульс, уста­навливающий делитель в исходное состояние. Так как микросхема К176ИЕ1 имеет один вход установки 0 (вывод 13), а установка О должна осуществляться также от кнопки Kн1, то потребовалось еще два диода Дь Д2, осуществляющих логическую операцию 2ИЛИ. Если использовать микросхему К176ИЕ2, которая реализует делитель на 10, то диоды Д1 — Дц и резистор Ra не потребуются.

Выходы дешифратора через переключатель на 10 положений установки единиц минут соединены со входом микросхемы сигнали­затора (МСэ), содержащей два элемента 4И — НЕ. Для увеличения громкости звучания выходы и входы двух схем 4И — НЕ попарно соединены. Сигнал с переключателя единиц минут подается на вхо­ды 5 и 12, с переключателя десятков минут — на 4 и 11. На входы 3 и 10 подаются импульсы с частотой следования 4 Гц, на входы 2 и 9 — 270 Гц. Это обеспечивает прерывистый сигнал. На выходы элементов 4И—НЕ (выводы 1 и 13) включен микрофонный капсюль типа ТК-47.



Рис 7.18. Принципиальная схема часов председателя собрания (пре­подавателя)

Декада десятков минут выполнена аналогично (микросхемы МС6 и MCs), однако здесь нет необходимости в устройстве сброса, так как данные часы рассчитаны на установку сигнализации до 100 мин что обеспечивается и без сброса.

Переключатели Si и S2 — любого типа, например МПН-1. Вме­сто цифровых индикаторов ИВ-11 можно использовать индикаторы ИВ-12 ИВ-22, ИВ-6. Питающее устройство — аналогично использо­ванному в часах, схема которых приведена на рис. 7.13.

Часы с индикацией на одной лампе. Для микросхем серии К176 нагрузка в виде цифровых индикаторов типа ИВ-11, ИВ-12, ИВ-22 является предельно допустимой. Поэтому, если необходимо обеспечить от одних часов работу нескольких индикаторов, распо­ложенных в разных местах, то можно использовать динамическую индикацию В этом случае каждый цифровой индикатор подключа­ется к дешифратору на определенный промежуток времени.


Если частота подключения каждого индикатора более 25 Гц, то мелька­ния незаметны. Поскольку микросхемы работают в импульсном ре­жиме то нагрузка может быть увеличена до двух индикаторов, включенных параллельно. Перспективные индикаторы для часов ти­па ИВ-Л1-7/5 работают только в динамическом режиме. Это сде­лано для уменьшения числа выводов, увеличения яркости свечения и долговечности работы цифрового индикатора.



Рис. 7.19. Часы с инди­кацией на одной лампе

В данном варианте часов динами­ческая индикация применена для умень­шения числа ламп в индикаторе до од­ной, что позволяет создать малогаба­ритный индикатор, поместив его в фо­нарик (рис. 7.19) или игрушку, вися­щую на стене. Кроме того, такие часы позволяют иметь до 8 индикаторов.

Индикация четырех цифр (часы и минуты) производится последовательно во времени. Вначале идет пауза (инди­катор гаснет), затем высвечивается цифра десятков часов, например 1; еди­ниц часов, например 2; десятков минут, например 4; и единиц минут, например 5. В результате получается число 1245. Каждая цифра высвечивается 1 с, весь цикл индикации занимает 5 с. Для опо­знавания минут можно сделать инди­видуальную «подкраску» с помощью высвечивания точки цифрового индика­тора. Это в ряде случаев может умень­шить период отсчета времени.

Структурная схема часов с инди­кацией на одной лампе представлена на рис. 7.20. Часы состоят из элементов обычных часов (без индикатора), рас­пределителя импульсов, коммутатора и цифрового индикатора. Для обычных часов может быть использо­вана любая схема, например, приведенная на рис. 7.13,

Распределитель импульсов предназначен для создания четырех импульсов, сдвинутых по времени на 1 с. Импульсы управляют ком­мутатором. Принципиальная схема распределителя импульсов пред­ставлена на рис. 7.21. Распределитель имеет пять D-триггеров, соединенных в кольцевой регистр. С помощью кнопки Кнг первый триггер устанавливается в состояние логической 1, остальные — в 0.


при подаче тактовых импульсов на входы С состояние 1 устанав­ливается во втором, затем третьем, четвертом, пятом, первом триг­герах Цикл непрерывно повторяется. С прямых выходов первых четырех триггеров импульсы подаются на коммутатор. Пятый триг­гер обеспечивает паузу в индикации.



Рис. 7.20. Структурная схема часов с индикацией на одной лампе



Рис. 7.21. Принципиальная схема распределителя импульсов часов с динамической индикацией

Коммутатор предназначен для подключения семи элементов цифрового индикатора поочередно к одному из четырех дешифра­торов часов Рассмотрим коммутацию одного из элементов инди-кятппа например элемента «а». В обычных часах он соединяется с выходом 9 микросхем К176ИЕЗ или К176ИЕ4. В данной схеме он соединяется поочередно с одной из этих четырех микросхем с помощью коммутатора. Принципиальная схема коммутатора для одного элемента цифрового индикатора приведена на рис. 7.22. Он состоит из четырех логических элементов 2И — НЕ и одного 4И — НЕ (микросхемы К176ЛА7 и К176ЛА8). На один из выходов элемента 2И— НЕ подается напряжение с вывода 9 соответствующей микро­схемы часов На второй вход подается разрешающий импульс от распределителя импульсов. Затем выходы всех четырех элементов подаются на объединяющий элемент 4И — НЕ, а с его выхода — на элемент «а» индикатора. Так как от распределителя подается только один импульс, то возможна индикация информации только с одного дешифратора. Весь коммутатор содержит семь таких схем, т. е. требуется 28 элементов 2И — НЕ и 7 элементов 4И — НЕ. Однако число элементов 2И — НЕ можно уменьшить до 24 путем объединения нескольких входов элементов 4И — НЕ при отобра­жении цифр десятков часов и десятков минут. Соответствующие выходы микросхемы К176ИЕЗ не используются. В микросхеме де­сятков часов не используются выходы 10, 12, 13, а в микросхеме десятков минут — выход 12.



Рис. 7.22. Принципиаль­ная схема коммутатора для одного элемента цифрового индикатора

Так как микросхема К176ЛА7 содержит четыре элемента 2И — НЕ, а микросхема К176ЛА8 — два элемента 4И — НЕ, то весь коммутатор может быть выполнен на 10, а все часы — на 18 микро­схемах.

При отключенном индикаторе часы потребляют около 1 мА от источника напряжения 9 В, при подключенном индикаторе — около 1 Вт. Для подключения еще двух индикаторов необходимо иметь второй аналогичный коммутатор и распределитель импульсов.


Содержание раздела

---

---