Не так давно я копался в коробке со старыми компонентами. Я искал что-то другое, но остановился, когда в руки попалось несколько газоразрядных индикаторов. Однажды (давно, очень давно) я добыл их из старого калькулятора.
Вспоминаю… Тридцать лет назад шесть индикаторов были маленьким сокровищем. Тот, кто мог тогда сделать с такими индикаторами часы на ТТЛ логике, считался искушенным знатоком своего дела.
Свечение газоразрядных индикаторов казалось более теплым. Через несколько минут мне стало интересно, заработают ли эти старые лампы, и захотелось что-нибудь сделать на них. Теперь-то сделать такие часы очень просто. Достаточно взять микроконтроллер…
Поскольку тогда же я увлекался программированием микроконтроллеров на языках высокого уровня, я решил немного поиграть. Я попытался сконструировать простые часы на цифровых газоразрядных индикаторах.
Цель конструирования
Я решил, что часы должны иметь шесть цифр, а время должно устанавливаться минимальным количеством кнопок. Кроме того, я хотел попытаться использовать несколько наиболее распространенных семейств микроконтроллеров разных производителей. Программу я намеревался писать на языке C.
Газоразрядным индикаторам для работы требуется высокое напряжение. Но иметь дело с опасным сетевым напряжением я не хотел. Часы должны были питаться безвредным напряжением 12 В.
Поскольку основной моей целью была игра, вы не найдете здесь описания механической конструкции и чертежей корпуса. При желании, вы сами сможете изменить часы в соответствии со своими вкусами и опытом.
Вот что у меня получилось:
- Индикация времени: ЧЧ ММ СС
- Индикация будильника: ЧЧ ММ --
- Режим отображения времени: 24 часа
- Точность ±1 секунда в день (зависит от кварцевого резонатора)
- Напряжении питания: 12 В
- Потребляемый ток: 100 мА
Схема часов
Для устройства с шестиразрядным цифровым дисплеем естественным решением был мультиплексный режим.
Назначение большинства элементов блок-схемы (Рисунок 1) понятно без комментариев. В определенной степени нестандартной задачей было создание преобразователя уровней ТТЛ в высоковольтные сигналы управления индикаторами. Драйверы анодов сделаны на высоковольтных NPN и PNP транзисторах. Схема позаимствована у Стефана Кнеллера (http://www.stefankneller.de).
ТТЛ микросхема 74141 содержит двоично-десятичный дешифратор и высоковольтный драйвер для каждой цифры. Возможно, заказать одну микросхему будет сложно. (Хотя я не знаю, производятся ли они вообще кем-либо сейчас). Но уж если вы нашли газоразрядные индикаторы, 74141 могут оказаться где-то рядом:-). Во времена ТТЛ логики альтернативы микросхеме 74141 практически не было. Так что попробуйте найти где-нибудь одну штуку .
Индикаторам требуется напряжение порядка 170 В. Разрабатывать специальную схему для преобразователя напряжения не имеет смысла, поскольку существует огромное количество микросхем повышающих преобразователей. Я выбрал недорогую и широко доступную микросхему MC34063. Схема преобразователя почти полностью скопирована с технического описания MC34063. К ней лишь добавлен силовой ключ T13. Внутренний ключ для такого высокого напряжения не подходит. В качестве индуктивности для преобразователя я использовал дроссель. Он показан на Рисунке 2; его диаметр 8 мм, а длина 10 мм.
КПД преобразователя вполне хороший, а выходное напряжение относительно безопасно. При токе нагрузки 5 мА выходное напряжение падает до 60 В. R32 выполняет функцию токоизмерительного резистора.
Для питания логики используется линейный регулятор U4. На схеме и на плате есть место для резервного аккумулятора. (3.6 В - NiMH или NiCd). D7 и D8 - это диоды Шоттки, а резистор R37 предназначен для ограничения зарядного тока в соответствии с характеристиками аккумулятора. Если вы собираете часы просто для развлечения, аккумулятор, D7, D8 и R37 вам не потребуются.
Окончательная схема показана на Рисунке 3.
| Рисунок 3. | ||
Кнопки установки времени подключены через диоды. Состояние кнопок проверяется установкой логической «1» на соответствующем выходе. В качестве бонусной функции к выходу микроконтроллера подключен пьезоизлучатель. Чтобы заткнуть этот противный писк, используйте маленький выключатель. Для этого вполне подошел бы и молоток, но это уж на крайний случай:-).
Перечень компонентов схемы, рисунок печатной платы и схему размещения элементов можно найти в разделе «Загрузки».
Процессор
Управлять эти несложным устройством может практически любой микроконтроллер с достаточным количеством выводов, минимально необходимое количество которых указано в Таблице 1.
| Таблица 1. | ||||||||||||||||
|
Каждый изготовитель разрабатывает собственные семейства и типы микроконтроллеров. Расположение выводов индивидуально для каждого типа. Я постарался сконструировать универсальную плату для нескольких типов микроконтроллеров. На плате установлена 20-контактная панелька. С помощью нескольких проволочных перемычек вы можете адаптировать ее для разных микроконтроллеров.
Ниже перечислены микроконтроллеры, проверенные в этой схеме. Вы можете поэкспериментировать с другими типами. Преимуществом схемы является возможность использования разных процессоров. Радиолюбители, как правило, используют одно семейство микроконтроллеров и имеют соответствующий программатор и программный инструментарий. С микроконтроллерами других изготовителей могут возникнуть проблемы, поэтому я дал вам возможность выбора процессора из любимого семейства.
Вся специфика включения различных микроконтроллеров отражена в Таблицах 2…5 и на Рисунках 4…7.
| Таблица 2. | ||||||||||||
|
Примечание: Параллельно кварцевому резонатору включен резистор 10 МОм.
| Таблица 3. | ||||||||||||
|
Примечание: Микросхему необходимо развернуть в панельке на 180°.
| Таблица 4. | ||||||||||||
|
Примечание: Добавьте SMD компоненты R и C к выводу RESET (10 кОм и 100 нФ).
| Таблица 5. | ||||||||||||
|
Примечание: Добавьте SMD компоненты R и C к выводу RESET (10 кОм и 100 нФ); выводы, отмеченные звездочками, соедините с шиной питания +Ub через SMD резисторы 3.3 кОм.
Сравнив коды для разных микроконтроллеров, вы увидите, что они очень похожи. Различия имеются в доступе к портам и определению функций прерываний, а также в том, что зависит от компонентов обвязки.
Исходный код состоит из двух секций. Функция main() настраивает порты и запускает таймер, формирующий сигналы прерывания. После этого программа сканирует нажатые кнопки и устанавливает соответствующие значения времени и будильника. Там же в главном цикле текущее время сравнивается с будильником и включается пьезоизлучатель.
Вторая часть является подпрограммой обработки прерываний от таймера. Подпрограмма, которая вызывается через каждую миллисекунду (в зависимости от возможностей таймера), инкрементирует переменные времени и управляет цифрами дисплея. Кроме того, проверяется состояние кнопок.
Запуск схемы
Монтаж компонентов и настройку начинайте с источника питания. Запаяйте регулятор U4 и окружавшие его компоненты. Проверьте наличие напряжения 5 В для микросхемы U2 и 4.6 В для U1. Следующим шагом соберите высоковольтный преобразователь. Подстроечным резистором R36 установите напряжение 170 В. Если диапазона подстройки окажется недостаточно, немного измените сопротивление резистора R33. Теперь установите микросхему U2, транзисторы и резисторы схемы драйверов анодов и цифр. Соедините входы U2 с шиной GND и последовательно подключайте по одному из резисторов R25 - R30 к шине питания +Ub. В соответствующих позициях должны зажигаться цифры индикаторов. На последнем этапе проверки схемы соедините с землей вывод 19 микросхемы U1 - должен запищать пьезоизлучатель.
Исходные коды и откомпилированные программы вы найдете в соответствующем ZIP файле в разделе «Загрузки». После зашивки программы в микроконтроллер тщательно проверьте каждый вывод в позиции U1 и установите необходимые перемычки из проволоки и припоя. Сверяйтесь с изображениями микроконтроллеров, приведенными выше. Если микроконтроллер запрограммирован и подключен правильно, должен заработать его генератор. Вы можете установить время и будильник. Внимание! На плате есть место для еще одной кнопки - это запасная кнопка для будущих расширений:-).
Проверьте точность частоты генератора. Если она не укладывается в ожидаемый диапазон, слегка измените номиналы конденсаторов C1 и C2. (Припаяйте параллельно конденсаторы небольшой емкости или замените их другими). Точность хода часов должна улучшиться.
Заключение
Небольшие 8-битные процессоры вполне приспособлены для языков высокого уровня. Изначально язык C не предназначался для небольших микроконтроллеров, однако для простых приложений вы прекрасно можете использовать его. Ассемблер лучше подойдет для сложных задач, требующих соблюдения критических времен или максимальной загрузки процессора. Для большинства радиолюбителей подойдут как бесплатные, так и условно-бесплатные ограниченные версии компилятора C.
Программирование на C одинаково для всех микроконтроллеров. Вы должны знать функции аппаратных средств (регистров и периферии) выбранного типа микроконтроллера. Будьте осторожны с битовыми операциями - язык C к манипуляциям с отдельными битами не приспособлен, что можно увидеть на примере исходного когда для ATtiny.
Закончили? Тогда настройтесь на созерцание вакуумных ламп и смотрите…
…возвращаются старые времена … :-)
Примечание редакции
Полным аналогом SN74141 является микросхема К155ИД1, выпускавшаяся минским ПО «Интеграл».
Микросхему без труда можно найти в сети Интернет.
Ранее мной были опубликованы на сайте Большие уличные часы с динамической индикацией. По работе часов претензий нет: точный ход, удобные настройки. Но один большой минус — в дневное время плохо видно светодиодные индикаторы. Для решени проблемы перешёл на статическую индикацию и более яркие светодиоды. Как всегда в программном обеспечение огромное спасибо Soir. В общем предлагаю вашему вниманию большие уличные часы со статической индикацией, функции настройки остались как и в прежних часах.
В них два дисплея — основной (снаружи на улице) и вспомогательный на индикаторах SA15-11 SRWA — в помещении, на корпусе прибора. Высокая яркость достигается применением ультраярких светодиодов AL-103OR3D-D , с рабочим током 50мА, и микросхем-драйверов tpic6b595dw .
Схема электронных часов для улицы на ярких светодиодах
Особенности данной схемы часов:
— Формат отображения времени 24-х часовый.
— Цифровая коррекция точности хода.
— Встроенный контроль основного источника питания.
— Энергонезависимая память микроконтроллера.
— Имеется термометр, измеряющий температуру в диапазоне -55 — 125 градусов.
— Возможен поочередный вывод информации о времени и температуре на индикатор.
Нажатие на кнопку SET_TIME переводит индикатор по кругу из основного режима часов (отображение текущего времени). Во всех режимах удержанием кнопок PLUS/MINUS производится ускоренная установка. Изменения настроек через 10 секунд от последнего изменения значения запишутся в энергонезависимую память (EEPROM) и будут считаны оттуда при повторном включении питания.
Ещё один большой плюс предложенного варианта — изменилась яркость, теперь в солнечную погоду яркость прекрасная. Уменьшилась количество проводов с 14 до 5. Длина провода до основного (уличного) дисплея — 20 метров. Работой электронных часов доволен, получились полнофункциональные часы — и днем, и ночью. С Уважением, Soir–Александрович.
Принципиальная схема часов приведена на рис. Она содержит три микросхемы повышенного уровня интеграции серии К176, два транзистора и 36 других дискретных элементов. Индикатор - плоский многоразрядный, катодо-люмннесцентный, с динамической индикацией ИВЛ1 — 7/5. Он имеет четыре цифры высотой 21 мм и две разделительные точки, расположенные вертикально.
Генератор секундных и минутных импульсов выполнен на микросхеме — ИМС1 К176ИЕ18. Кроме того, эта микросхема создает импульсы частотой следования 1024 Гц (вывод 11), используемые для работы сигнального устройства. Для создания прерывистого сигнала используются импульсы частотой следования 2 Гц (вывод 6). Частота 1 Гц (вывод 4) создает эффект «мигания» разделительных точек. Импульсы частотой следования 128 Гц, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 4 мс (выводы 1, 2, 3, 15) подаются на сетки четырех цифр индикатора, обеспечивая их последовательное свечение. Коммутация соответствующих счетчиков минут и часов осуществляется частотой 1024 Гц (вывод 11). Каждый импульс, подаваемый на сетки индикатора, равен по длительности двум периодам частоты 1024 Гц, т. е. сигнал, подаваемый на сетку со счетчиков, будет дважды включен и выключен. Таким подбором частоты синфазных импульсов обеспечивается два эффекта: динамическая индикация и импульсная работа дешифратора и индикатора.
Интегральная микросхема ИМС2 К176ИЕ13 содержит счетчики минут и часов основных часов, счетчики минут и часов для установки времени сигнального устройства, а также коммутаторы для переключения входов и выходов» этих счетчиков. Выходы счетчиков через коммутатор подключаются к дешифратору двоичного кода в семиэлементный код индикатора. Этот дешифратор выполнен на микросхеме ИМСЗ К176ИДЗ. Выходы дешифратора подсоединяются к соответствующим сегментам всех четырех цифр параллельно. При отжатой кнопке S2 «Звонок» индикатор подключен к счетчикам часов (для опознавания этого режима точка мигает с частотой 1 Гц). Нажав кнопку S6 «Корр.», производят установку счетчиков часов (микросхема К176ИЕ13) и делителей генератора минутной последовательности импульсов (микросхема К176ИЕ18) в нулевое состояние. После отпускания кнопки S6 часы будут работать как обычно. Затем нажатием кнопок S3 «Мин» и S4 «Час» производят установку минут и часов текущего времени. В данном режиме возможно включение звукового сигнала. При нажатой кнопке S2 «Звонок» к дешифратору и индикатора подключаются счетчики сигнального устройства. В этом режиме также высвечивается четыре цифры, но мигающие точки гаснут. Нажав кнопку S5 «Буд» и удерживая ее, нажимают последовательно на кнопки S3 «Мин» и S4 «Час», устанавливают необходимое время срабатывания сигнального устройства, наблюдая за показаниями индикатора. Схема часов позволяет устанавливать пониженную яркость свечения индикаторов с помощью кнопки S1 «Яркость». Однако при этом следует помнить, что при пониженной яркости (кнопка S1 нажата) включение звукового сигнала, а также установка времени часов и сигнального устройства невозможны.
Блок питания БП6 — 1 — 1 содержит сетевой трансформатор Т, создающий напряжение 5 В (со средней точкой) для питания накала катода индикатора и напряжение 30 В для питания остальных цепей индикатора и микросхем. Напряжение 30 В выпрямляется кольцевой схемой на четырех диодах (VD10 - VD13), а затем с помощью стабилизатора на стабилитроне VD16 относительно» корпуса создается напряжение +9 В для питания микросхем, а с помощью стабилизатора на стабилитронах VD14, VD15 и транзистора VT2 - напряжение +25 В (относительно катода) для питания сеток и анодов индикаторов. Мощность, потребляемая часами, не более 5 Вт. Предусмотрено подключение резервного питания для сохранения времени часов при выключении сети. Может быть использована любая батарея 6…9В.
Литература МРБ1089
Данные часы уже несколько раз обозревались, но я надеюсь, что мой обзор будет тоже Вам интересным. Добавил описание работы и инструкцию.
Конструктор покупался на ebay.com за 1.38 фунтов (0.99+0.39 доставка), что эквивалентно 2.16$. На момент покупки это самая низкая цена из всех предложенных.
Доставка заняла около 3х недель, набор пришел в обычном полиэтиленовом пакетике, который в свою очередь был упакован в небольшой «пупырчатый» пакет. На выводах индикатора был небольшой кусочек пенопласта, остальные детали были без какой либо защиты.
Из документации только небольшой листочек формата А5 со списком радиодеталей с одной стороны и принципиальной электрической схемой с другой.
1. Принципиальная электрическая схема, используемые детали и принцип работы
Основой или «сердцем» часов является 8-ми разрядный КМОП микроконтроллер AT89C2051-24PU оснащенный Flash программируемым и стираемым ПЗУ объемом 2кб.
Узел тактового генератора собран по схеме (рис.1) и состоит из кварцевого резонатора Y1 двух конденсаторов C2 и С3, которые образуют вместе параллельный колебательный контур.
Изменением емкости конденсаторов можно в небольших пределах изменять частоту тактового генератора и соответственно точность хода часов. На рисунке 2 показан вариант схемы тактового генератора с возможностью регулировки погрешности часов.
Узел начального сброса
служит для установки внутренних регистров микроконтроллера в начальное состояние. Он служит для подачи после подключения питания на 1 вывод МК единичного импульса длительностью не менее 1 мкс (12 периодов тактовой частоты).
Состоит из RC цепочки, образуемой резистором R1 и конденсатором C1.
Схема ввода состоит из кнопок S1 и S2. Программно сделано так, что при одиночном нажатии любой из кнопок в динамике раздается одиночный сигнал, а при удержании двойной.
Модуль индикации
собран на четырехразрядном семисегментном индикаторе с общим катодом DS1 и резистивной сборке PR1.
Резистивная сборка представляет собой набор резисторов в одном корпусе:
Звуковая часть
схемы представляет собой схему собранную на резисторе R2 10кОм, pnp транзисторе Q1 SS8550(выполняющего роль усилителя) и пьезоэлемента LS1.
Питание подается через разъем J1 с подключенным параллельно сглаживающим конденсатором C4. Диапазон питающих напряжений от 3 до 6В.
2. Сборка конструктора
Сборка трудностей не вызвала, на плате подписано, куда какие детали паять.Много картинок - сборка конструктора спрятана под спойлером
Я начал с панельки, так как она единственная не является радиодеталью:
Следующим шагом я припаял резисторы. Перепутать их невозможно, они оба на 10кОм:
После этого установил на плату соблюдая полярность электролитический конденсатор, резисторную сборку (также обращая внимание на первый вывод) и элементы тактового генератора - 2 конденсатора и кварцевый резонатор
Следующим шагом припаиваю кнопки и конденсатор фильтра питания:
После этого очередь за звуковым пьезоэлементом и транзистором. В транзисторе главное установить правильной стороной и не перепутать выводы:
В последнюю очередь припаиваю индикатор и разъем питания:
Подключаю к источнику напряжением 5В. Все работает!!!
3. Установка текущего времени, будильников и ежечасового сигнала.
После включения питания дисплей находится в режиме («ЧАСЫ: МИНУТЫ») и отображает время по умолчанию 12:59. Ежечасный звуковой сигнал включен. Оба будильника включены. Первый установлен на время срабатывания 13:01, а второй – 13:02.
При каждом кратковременном нажатии на кнопку S2 дисплей будет переключаться между режимами («ЧАСЫ: МИНУТЫ») и («МИНУТЫ: СЕКУНДЫ»).
При длительном нажатии кнопки S1 происходит вход в меню настроек, состоящее из 9 подменю, обозначенных буквами A, B, C, D, E, F, G, H, I. Подменю переключаются кнопкой S1, значения изменяются кнопкой S2. После подменю I следует выход из меню настроек.
А: Установка показаний часов текущего времени
При нажатии кнопки S2 значение часов изменяется от 0 до 23. После установки часов необходимо нажать S1 для перехода в подменю B.
B: Установка показаний минут текущего времени
C: Включение ежечасного звукового сигнала
По умолчанию включено (ON) – каждый час с 8:00 до 20:00 подается звуковой сигнал. При нажатии кнопки S2 значение изменяется между ON (Вкл.) и OFF (Выкл.). После установки значения необходимо нажать S1 для перехода в подменю D.
D: Включение\выключение первого будильника
По умолчанию будильник включен (ON). При нажатии кнопки S2 значение изменяется между ON (Вкл.) и OFF (Выкл.). После установки значения необходимо нажать S1 для перехода в следующее подменю. Если будильник выключен, то подменю E и F пропускаются.
E: Установка показаний часов первого будильника
При нажатии кнопки S2 значение часов изменяется от 0 до 23. После установки часов необходимо нажать S1 для перехода в подменю F.
F: Установка показаний минут первого будильника
При нажатии кнопки S2 значение минут изменяется от 0 до 59. После установки минут необходимо нажать S1 для перехода в подменю С.
G: Включение\выключение второго будильника
По умолчанию будильник включен (ON). При нажатии кнопки S2 значение изменяется между ON (Вкл.) и OFF (Выкл.). После установки значения необходимо нажать S1 для перехода в следующее подменю. Если будильник выключен, то подменю H и I пропускаются и происходит выход из меню настроек.
H: Установка показаний часов второго будильника
При нажатии кнопки S2 значение часов изменяется от 0 до 23. После установки часов необходимо нажать S1 для перехода в подменю I.
I: Установка показаний минут второго будильника
При нажатии кнопки S2 значение минут изменяется от 0 до 59. После установки минут необходимо нажать S1 для выхода из меню настроек.
Коррекция секунд
В режиме («МИНУТЫ: СЕКУНДЫ») необходимо удержать кнопку S2 для обнуления секунд. Далее коротким нажатием на кнопку S2 запустить отсчет секунд.
4. Общие впечатления от часов.
Плюсы:+ Низкая цена
+ Легкая сборка, минимум деталей
+ Удовольствие от самостоятельной сборки
+ Достаточно низкая погрешность (у меня за сутки отстали на несколько секунд)
Минусы:
- После отключения питания не держит время
- Отсутствие какой либо документации, кроме схемы (данная статья частично решила этот минус)
- Прошивка в микроконтроллере защищена от считывания
5. Дополнительно:
1) На безграничных просторах интернета нашел инструкцию к этим часам на английском языке и перевел ее на русский. Скачать ее можноВ настоящее время электронная промышленность выпускает значительное количество настольных и автомобильных часов, различных по схемам, используемым индикаторам и конструктивному оформлению. Некоторое представление о серийно выпускаемых часах дает табл. 2. Рассмотрим особенности серийных решений некоторых из указанных часов.
«Электроника 2-05» - настольные часы, показывающие часы и минуты с возможностью выдачи звукового сигнала. Принципиальная схема часов приведена на рис. 47. Она содержит 11 микросхем серии К176 и четыре микросхемы-серии К161, один транзистор и 38 других дискретных элементов. В индикаторе используются четыре лампы ИВ-12 и одна лампа ИВ-1 (для мигающего тире).
Таблица 2
| Обозначение | Тип индикатора | Источник питания | Выполняемые функции |
| «Электроника 3/1» (настольные) | ижкц-6/7 | Автономный 6 В | Часы, минуты, секунды с подсветкой |
| «Электроника 16/7» (настольные) | ИЖКЦ-6/7 | Автономный 3 В | Часы, минуты, день недели, опре-. деление числа месяца |
| «Электроника 6/11» (настольные) | ИВЛ1-7/5 | Сеть 220 В | Часы, минуты, с выдачей авуково-, го сигнала в заданное время (функция будильника). Может выполнять функцию секундомера или таймера |
| «Электроника 6/14» (настольные) | ИВ-6 | Сеть 220 В | Часы, минуты с выдачей звукового сигнала в заданное время (функция будильника) |
| «Электроника 2-05 | ИВ-12 | Сеть 220 В | Часы, минуты с выдачей звукового сигнала в заданное время (функция будильника). Возможность изменения яркости свечения индикатора |
| «Электроника 2-06» (настольные) | ИВЛ 1-7/5 | Сеть 220 В | Часы, минуты с выдачей звукового сигнала в заданное время (функция будильника). Возмож- ность изменения яркости свечения индикатора |
| «Электроника 2-07» (настольные с встроенным радиоприемником) | ИВЛ 1-7/5 | Сеть 220 В | Часы, минуты с выдачей звукового сигнала,в заданное время (функция будильника). Включение радиоприемника в заданное время. Прием радиопрограммы в УКВ диапазоне на пяти фиксированных частотах в непрерывном или программируемом режиме работы |
| «Электроника-12» (автомобильные) | АЛС-324Б | Бортсеть 12 В | Часы, минуты. Возможность изменения яркости и отключения индикатора |
Схема часов выполнена на микросхемах ИМС4, ИМС8, ИМС11 и отличается от обычной схемы двумя особенностями. Первая заключается в том, что выходы дешифраторов микросхем К176ИЕЗ, К176ИЕ4 соединяются с сегментами-индикаторов через транзисторные ключи (микросхемы К161КН1). Это позволяет подавать на цифровые индикаторы напряжение 25 В, чем обеспечивается, более высокая яркость их свечения. Каждая микросхема К161КН1 имеет семь ключей. В часах использованы четыре таких микросхемы: 23 ключа коммутируют сигналы дешифраторов, один ключ - сигнал частотой 1 Гц (мигающее тире), один - сетку индикатора десятков часов (для выключения при индикации-цифры 0), один - для усиления сигнала 1024 Гц, подаваемого на динамическую-головку будильника, один - для развязки сигнала частотой следования 1 мин, подаваемого на контрольные выводы, один ключ - резервный.
Вторая особенность - система начальной установки времени часов. Для установки времени используется схема сигнального устройства. Переключатели 1 S2 - S5 ставятся в положения, соответствующие требуемому времени, например-1200. По сигналу точного времени нажимается кнопка S7 «Запись». При этом. все счетчики, в том числе сигнального устройства, устанавливаются в нулевое-состояние с помощью логических элементов 2И-НЕ ИМС7.1, ИМС7.2. После этого на схему часов вместо сигнала с частотой 1/60 Гц подается сигнал с частотой 32768 Гц. Даже при кратковременном нажатии кнопки S7 счетчики; успевают «записать» нужное число, после чего срабатывает схема совпадения сигнального устройства (диоды VD7 - VD10 и логический элемент 2ИЛИ-НЕ. ИМС5.2), которая прекращает поступление сигнала частотой 32768 Гц через логический элемент 2И-НЕ ИМС6.4. На счетчики часов и сигнального устройства будет в дальнейшем поступать сигнал с частотой 1/60 Гц (через элемент 2ИЛИ-НЕ ИМС6.1).
При включении питания все счетчики часов и сигнального устройства устанавливаются в нуль с помощью схемы, собранной на транзисторе VT1. При появлении напряжения на коллекторе транзистора и отсутствии напряжения на конденсаторе СЗ транзистор закроется. На выходе логического элемента 2И-НЕ ИМС7.2 появится положительный потенциал, который установит в 0 делители микросхемы К176ИЕ12. Одновременно через элемент 2И-НЕ ИМС7.1 установятся в 0 счетчики часов и сигнального устройства. При заряде конденсатора СЗ через резистор R7 транзистор откроется, на обоих входах элемента-ИМС7.2 появится положительный потенциал, а на выходе сигнал логического 0. Счетчики начнут работать.
Сигнальное устройство состоит из счетчиков часов и минут, переключателей-установки времени 52- - S5, схем совпадения и звуковой сигнализации. Работа всех элементов сигнального устройства данных часов рассмотрена в § 7.
Питающее устройство состоит из сетевого трансформатора Т, обеспечивающего переменное напряжение 1,2 В для питания цепей накала катодов ламп, а также напряжение 30 В для питания остальных элементов часов. После выпрямления диодом VD3 получается постоянное напряжение - 25 В, подаваемое-на катоды ламп. С помощью переключателя «Яркость» можно изменять яркость свечения индикаторов.
Из напряжения +25 В с помощью резистора R4 и стабилитрона VD5 создается напряжение +9 В для питания микросхем. Для обеспечения работы основной схемы часов при пропадании сети предусмотрено включение батареи G напряжением 6 - 9 В. Мощность, потребляемая часами, около 6 Вт.
«Электроника 2-06» - часы настольного типа с сигнальным устройством.
Рис. 48. Принципиальная схема часов «Электроника 2-06»
Принципиальная схема часов приведена на рис. 48. Она содержит три микросхемы повышенного уровня интеграции серии К176, два транзистора и 36 других дискретных элементов. Индикатор - - плоский многоразрядный, катодолю-мннесцентный, с динамической индикацией ИВ Л1-7/5. Он имеет четыре цифры высотой 21 мм и две разделительные точки, расположенные вертикально.
Генератор секундных и минутных импульсов выполнен на микросхеме -ИМС1 К176ИЕ18. Кроме того, эта микросхема создает импульсы частотой следования 1024 Гц (вывод 11), используемые для работы сигнального устройства. Для создания прерывистого сигнала используются импульсы частотой следования 2 Гц (вывод 6). Частота 1 Гц (вывод 4) создает эффект «мигания» разделительных точек.
Импульсы частотой следования 128 Гц, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 4 мс (выводы 1, 2, 3, 15) подаются на сетки четырех цифр индикатора, обеспечивая их последовательное свечение. Коммутация соответствующих счетчиков минут и часов осуществляется частотой 1024 Гц (вывод 11). Каждый импульс, подаваемый на сетки индикатора, равен по длительности двум периодам частоты 1024 Гц, т. е. сигнал, подаваемый на сетку со счетчиков, будет дважды включен и выключен. Таким подбором частоты синфазных импульсов обеспечивается два эффекта: динамическая индикация и импульсная работа дешифратора и индикатора. Принцип динамической индикации подробнее рассмотрен в § 1.
Интегральная микросхема ИМС2 К176ИЕ13 содержит счетчики минут и. часов основных часов, счетчики минут и часов для установки времени сигнального устройства, а также коммутаторы для переключения входов и выходов» этих счетчиков. Выходы счетчиков через коммутатор подключаются к дешифратору двоичного кода в семиэлементный код индикатора. Этот дешифратор выполнен на микросхеме ИМСЗ К176ИДЗ. Выходы дешифратора подсоединяются к соответствующим сегментам всех четырех цифр параллельно.
При отжатой кнопке S2 «Звонок» индикатор подключен к счетчикам часов (для опознавания этого режима точка мигает с частотой 1 Гц). Нажав кнопку S6 «Корр.», производят установку счетчиков часов (микросхема К176ИЕ13) и делителей генератора минутной последовательности импульсов (микросхема К176ИЕ18) в нулевое состояние. После отпускания кнопки S6 часы будут работать как обычно. Затем нажатием кнопок S3 «Мин» и S4 «Час» производят установку минут и часов текущего времени. В данном режиме возможно включение звукового сигнала.
При нажатой кнопке S2 «Звонок» к дешифратору и индикатору подключаются счетчики сигнального устройства. В этом режиме также высвечивается четыре цифры, но мигающие точки гаснут. Нажав кнопку S5 «Буд» и удерживая ее, нажимают последовательно на кнопки S3 «Мин» и S4 «Час», устанавливают необходимое время срабатывания сигнального устройства, наблюдая за показаниями индикатора.
Схема часов позволяет устанавливать пониженную яркость свечения индикаторов с помощью кнопки S1 «Яркость». Однако при этом следует помнить, что при пониженной яркости (кнопка S1 нажата) включение звукового сигнала, а также установка времени часов и сигнального устройства невозможны.
Блок питания БП6-1-1 содержит сетевой трансформатор Т, создающий напряжение 5 В (со средней точкой) для питания накала катода индикатора и-напряжение 30 В для питания остальных цепей индикатора и микросхем. Напряжение 30 В выпрямляется кольцевой схемой на четырех диодах (УД 10 - VD13), а затем с помощью стабилизатора на стабилитроне VD16 относительно» корпуса создается напряжение +9 В для питания микросхем, а с помощью стабилизатора на стабилитронах VD14, VD15 и транзистора VT2 - напряжение +25 В (относительно катода) для питания сеток и анодов индикаторов. Мощность, потребляемая часами, не более 5 Вт. Предусмотрено подключение резера-ного питания для сохранения времени часов при выключении сети. Может быть-использована любая батарея напряжением 6 В.
Автомобильные часы «Электроника-12». Часы позволяют определять время с точностью до 1 мин, изменять яркость свечения индикаторов, а также-выключать индикацию при длительной стоянке. Схема часов выполнена на восьми микросхемах и 29 транзисторах (рис. 49).
Рис. 49. Принципиальная схема автомобильных часов «Электроника-12»
Генератор секундных импульсов выполнен на интегральной микросхеме-ИМС1 и кварце на частоту 32768 Гц. Импульсы частотой следования 1 Гц используются для получения минутных импульсов, обеспечения работы «мигающей» точки, а также для установки времени.
Для получения минутных импульсов применяют микросхемы ИМС2„ ИМСЗ. Далее, с помощью микросхем ИМС4-ИМС7 производится счет минут и часов. Выходы дешифраторов этих микросхем через транзисторы VT1 - VT25 подаются на светодиоды цифровых индикаторов. Транзисторы необходимы для согласования слаботочных выходов дешифраторов микросхем К176ИЕЗ,. К176ИЕ4 со светодиодами, требующими для получения нормальной яркости свечения тока около 20 мА.
Установка минут осуществляется подачей секундных импульсов на вход 4 микросхемы ИМС4 через контакты кнопки S3, установка часов - подачей секундных импульсов на вход 4 микросхемы ИМС6 с помощью кнопки S2. Установка состояния 0 делителей и счетчиков микросхем ИМС1 - ИМС5 осуществляется с помощью кнопки S4. В этом случае подвижный контакт кнопки подключается к корпусу, что соответствует подаче на вход 8 логического элемента-ЗИ-НЕ (микросхема ИМС8 К176ЛА9) логического 0. Так как на два других входа 1 и 2 через резистор R62 подается положительное напряжение источника питания, то на выходе 9 логического элемента появится положительный перепад, который произведет установку делителей и счетчиков в 0. Остальное время на выходе логического элемента будет напряжение, близкое к 0 В, что обеспечит нормальную работу микросхем.
Для установки счетчиков часов в состояние 0 при достижении числа 24 используются две другие логические схемы ЗИ-НЕ микросхемы ИМС8. Выводы 3 микросхемы ИМС6 и ИМС7 подаются на входы 3 и 5 логического элемента. На третий вход 4 постоянно поступают импульсы частотой следования 1 Гц. Так как логический элемент производит инверсию входных сигналов, то для получения положительного управляющего импульса используется второй логический элемент ЗИ-НЕ. На один его вход (11) подаются импульсы с выхода & первого логического элемента, а на два других (12 и 13) - положительное напряжение через резистор R61. Поэтому на выходе 9 появятся секундные импульсы только в том случае, когда на выходах 3 микросхем ИМС6, ИМСТ будет положительное напряжение, что соответствует числу 24.
Питание светодиодов, а через них транзисторных ключей, осуществляется: через транзистор VT29. В его базу включен переключатель S5 «Яркость». Если подвижный контакт 2 переключателя замкнут с контактом 1, то на базу транзистора подается напряжение +8,5 В, транзистор будет открыт, на его эмиттере по отношению к корпусу будет напряжение +7,9 В, что обеспечит максимальную яркость свечения светодиодоз. Для уменьшения яркости (что увеличивает срок службы индикаторов) переключатель ставится в другое положение. На базу транзистора VT29 через резистор R65 подается напряжение около 7 В, что приведет к уменьшению выходного напряжения до 6,5 В и снижения яркости свечения индикаторов.
Для выключения индикации переключателем S1 на эмиттеры транзисторе» VT1 - VT27 подается корпус вместо положительного напряжения, поступавшего через резистор R64. Это приведет к запиранию всех транзисторов и выключению индикатора.
Питание часов осуществляется от бортовой сети автомобиля, напряжение-которой может изменяться от 12,6 до 14,2 В. Поэтому питание микросхем производится через стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне VD1 и транзисторе VT28. Выходное напряжение +8,5 В. Мощность, потребляемая часами при максимальной яркости свечения индикаторов, составляет около 10 Вт.