Электронные часы

Итак, для автомата требуются, в общем случае, два вида электронных часов: образцовые и местные. Рассмотрим некоторые особенности их построения.

В литературе описано много различных вариантов электронных часов [1, 2]. Для обеспечения достаточной для практики точности хода в тактовый генератор часов включают, кварцевый резонатор, который, как известно, обладает высокой стабильностью частоты собственных колебаний и тем самым обеспечивает соответствующую стабильность хода часов.

Общая идея работы электронных часов сводится к следующему. В них есть генератор импульсов, частота которых стабилизирована кварцевым резонатором. За ним следует делитель частоты, который частоту импульсов генератора делит до частоты 1 Гц. Импульсы этой частоты используют для отсчета секунд. Частота импульсов генератора зависит от используемого в нем кварцевого резонатора, и обычно равна 32768 Гц. Вообще-то в генераторе можно использовать кварцевый резонатор на любую частоту, применив делитель частоты с коэффициентом деления, численно равным (в разах) частоте резонатора (в герцах).

На рис. 3 показана схема одного из вариантов кварцевого генератора на микросхеме К176ИЕ5. Эта микросхема содержит каскады для работы в генераторе с внешним резонатором на частоту 32 768 Гц и 15-разрядный двоичный делитель частоты. Выходной сигнал можно контролировать на выводах 11 и 12 генератора. Сигнал частотой 32 768 Гц поступает на вход 9-разрядного двоичного делителя частоты. С его выхода 9 (вывод 1) сигнал частотой 64 Гц подается на вход 10 (вывод 2) 6-разрядного делителя. На выходе 14 (вывод 4) пятого разряда этого делителя формируются импульсы частотой 2 Гц, а на выходе 15 (вывод 5) шестого — 1 Гц. Вход R (вывод 3) микросхемы служит для установки исходной фазы колебаний на выходах микросхемы. При подаче на него напряжения высокого уровня на выходах 9, 14, 15 возникает напряжение низкого уровня, а после снятия установочного уровня появляются сигналы соответствующей частоты, причем спад первого импульса положительной полярности на выходе 15 возникает через 1 с .

Конденсаторы С 1 и С2 служат для точной установки частоты кварцевого генератора. Наибольшая емкость первого из них может быть 20...30 пФ, второго — 30... 1000 пФ. При увеличении емкости конденсатора С 1 частота генерации уменьшается.

На рис. 4 показана печатная плата и схема соединения деталей задающего генератора. При этом имеется в виду, что кнопка SB1 Уст. 0 вынесена за пределы этой платы.

Для запуска генератора после включения питания контакты кнопки SB1 замыкают, а для установки в исходное состояние — размыкают. При работе генератора на его выходе 15 (вывод 5) формируются, секундные импульсы, которые используют для работы электронных часов.

Для получения минутных импульсов из секундных можно использовать делитель с коэффициентом деления 60, собранный, например по схеме, показанной на рис 5. Такой делитель представляет собой счетчик импульсов, выполненный на микросхемах.К 176ИЕ8. Счетчик DD1 делит частоту входных импульсов на 10, DD2 — на 6. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, когда контакты кнопки SB1 разомкнуты, напряжение высокого уровня подается на входы R счетчиков DD1, DD2, и они устанавливаются в нулевое состояние. При замыкании контактов кнопки SB1 счетчик DD1, начинает считать секундные импульсы, поступающие с выхода задающего генератора (см. вывод 5 DD1 на рис. 3). При первом секундном импульсе на выводе 13 счетчик DD1 переключается в состояние 1 и на его выводе 2 появляется напряжение высокого уровня. Второй секундный импульс переключает счетчик DD1 в состояние 2, и напряжение высокого уровня появляется на его выводе 4, и т. д. Десятый секундный импульс переключает этот счетчик в состояние 10, в результате чего на его выводе 12 возникает напряжение высокого уровня. Одновременно это напряжение подается на вход R, сбрасывая счетчик DD1 в нулевое состояние, и на вывод 13 счетчика DD2, переключая его в состояние 1 (на выводе 2 — напряжение высокого уровня). Таким образом, счетчик DD2 будет считать каждый десятый импульс, поступающий на вход счетчика DD1.

Работа счетчика DD2 аналогична работе счетчика DD1. При поступлении шестого импульса на входной вывод 13 (что соответствует шестидесятому импульсу на входе счетчика DD1), счетчик DD2 переходит в состояние 6, напряжение высокого уровня, появляющееся на его выводе 5, подается: на вход R счетчика DD2 через логические элементы DD3.3, DD3.4, и на вход R счетчика DD1 — через элементы DD3.3, DD3.4, DD3.1 и DD3.2 . При этом оба счетчика сбрасываются в исходное состояние, и начинается подсчет очередных шестидесяти секундных импульсов. В результате на выводе 5 счетчика DD2 получаем минутные импульсы.

Следует отметить, что используя еще один такой же делитель (по схеме рис. 5) и подавая на вход первого его счетчика DD1 минутные импульсы, на выводе 5 второго счетчика такого делителя получим часовые импульсы. Аналогичный делитель можно использовать и для получения суточных (24 часа) и месячных (30 дней) импульсов. Коэффициент деления такого делителя должен соответствовать 24 и 30. Для получения коэффициента деления, равного 24, счетчики DD1 и DD2 должны одновременно отсчитывать соответственно четыре и два импульса. Достигается это изменением способа сброса счетчиков в нулевое соетояние , как показано на рис. 6. В этом случае сигналы с вывода ДО счетчика DD1 и вывода 4 счетчика DD2 одновременно подаются на входы логического элемента И , выполненного, например, на микросхеме К176ЛА7 (DD3). На выводе 4 элемента DD3I2 этой микросхемы напряжение высокого уровня появится в момент, когда счетчик DD1 отсчитает четыре, а счетчик DD2, — два импульса, что будет соответствовать двадцати четырем часовым импульсам. Этот сигнал через элементы DD4.1 и DD4.2 поступает на входы R счетчиков и сбрасывает их в нулевое состояние.

Для получения коэффициента деления, равного 30, делитель остается таким же, как делитель на 24, только на вход 1 элемента DD3.1 необходимо подать сигнал с вывода 12 счетчика DD1, а на второй вход этого элемента — с вывода 7 счетчика DD2.

Для обеспечения индикации текущего времени можно воспользоваться одним из способов, описанных в [1, 2]. Задача значительно упрощается, если для этой цели использовать микросхемы типа К176ИЕ4 и 1К176ИЕЗ.

Считаем, что минутные и секундные импульсы получены. Однако в быту кроме визуальной желательна еще и звуковая информация о времени; например, чтобы часы периодически, либо по заданной программе подавали звуковые сигналы. В простейшем случае — это режим будильника. Например, можно сделать так, что утром за 5 мин до назначенного времени будильник дает краткий звуковой сигнал, подготавливая вас к полному просыпанию, а через 5 мин звонит в течение минуты. Это может оказаться особенно полезным несущим дежурство у постели больного, ребенка. В таких ситуациях достаточно бывает сигнала длительностью 0,1... 0,5 с , чтобы проснуться. Можно сделать и так, что сначала будильник станет звонить тиха, через несколько минут громче, а еще через некоторый промежуток времени очень громко, вплоть до включения сирены.