Электронные часы на интегральных микросхемах

Электронные часы предназначены для отсчета времени с точностью до 1 с. Часы могут работать при температуре окружающей среды от —30° до +50° С; при температуре среды +33° С относительная влажность воздуха может достигать 98%. Уход часов. за год не превышает 42 с. Указание времени в них осуществляется шестью индикаторными лампами ИН-4. Часы питаются от сети напряжением 220В и частотой 50 Гц. Потребляемая мощность составляет 10 Вт. Размеры часов — 210X60X170 мм. Масса — 1,3 кг.

Кроме своего прямого назначения, часы можно использовать как генератор импульсов для вторичных часов и программных устройств. Использование в них интегральных микросхем позволяет уменьшить габариты и массу часов, существенно повысить надежность и упростить их изготовление.

Структурная схема часов изображена на рис. 1. Генератором импульсов времени (ГИВ) формируются импульсы с частотой следования 1 МГц, которые поступают на делитель, преобразующий их в секундные импульсы (ДСИ). Эти импульсы подаются на счетчик секундных импульсов (ССИ), коэффициент пересчета которого равен 60. Полученные таким образом минутные импульсы считаются следующим счетчиком (минутных импульсов — СМИ), коэффициент пересчета которого также равен 60. С выхода его часовые импульсы поступают на вход счетчика часовых импульсов (СЧИ) с коэффициентом пересчета 24. Каждый счетчик имеет дешифраторы, напряжения с выходов которых управляют работой цифровых ламп блока индикации.

Принципиальная схема ГИВ показана на рис. 2. Он выполнен по схеме мультивибратора на. микросхеме МС1. В цепи обратной связи мультивибратора включен кварцевый резонатор Пэ 1 с резонансной частотой 1 МГц. С вывода 6 микросхемы снимаются импульсы на ДСИ. ГИВ объединен с блоком питания на одной плате 171.

Блок питания содержит два выпрямителя. Один из них (на диодах Д1—Д4) обеспечивает напряжением питания цифровые индикаторные лампы. Второй выпрямитель (на диодах Д5—Д8) через простейший стабилизатор на транзистор Т 1 питает все микросхемы электронных часов. Импульсы с частотой следования 1 МГц с выхода 4 платы П 1 подаются на вход ДСИ.

Для получения секундных импульсов в делителе применено шесть пересчетных декад. Принципиальная схема одной декады изображена на рис. 3. Она представляет собой двоично-десятичный счетчик с обратными связями, которые обеспечивают коэффициент пересчета 10. Потенциал логического нуля счетчика составляет +0,3В , логической единицы - +4,7 В. Декады имеют граничную частоту пересчета 10 МГц. На той же плате П 2 расположены еще две таких же декады (на рис. 3 они не показаны). Следовательно, для получения необходимого коэффициента пересчета 106 использовано две платы №.

С выхода 5 декад ДСИ секундные импульсы поступают на вход ССИ (см. схему на рис. 4). Он включает в себя одну декаду (МС5—МС8), которая аналогична декаде, приведенной на рис. 3, и счетчик (МС9—МС11) с коэффициентом пересчета 6.

Для уменьшения числа элементов ССИ дешифраторы его работают по принципу чет — нечет, используя анодное разделение четных и нечетных чисел в цифровой индикаторной лампе ИН-4. Сигналы, соответствующие четным и нечетным числам, снимаются с выводов 6 и 8 микросхем МС5 и МС 9 и через транзисторы Т1 и Т2, Т8 и Т9, соответственно, работающие в режиме ключа, управляют ключевыми каскадами в анодных цепях индикаторных ламп.

Выводы 6 и 8 микросхем МС6— МС8, МС10 и МС11 подключены ко входам микросхем МС2 и МС4 дешифраторов. Сигналы с выходов этих микросхем через инвертор на микросхемах МС 1 и МС3, а также с вывода 8 микросхемы МС8 коммутируют через транзисторы Т3— Т7, Т10—Т12 катоды индикаторных ламп.

С выхода 5 ССИ импульсы поступают на вход СМИ, который ничем не отличается от ССИ.

С выхода 5 СМИ импульсы подаются на вход СЧИ, принципиальная схема которого приведена на рис. 5. Он содержит декаду на микросхемах МС5—МС8 с дешифратором на микросхеме МСЗ и инвертором МС 1 , не отличающимися от описанных выше, и счетчик на микросхемах МС9, МС10 с дешифратором и инвертором на микросхеме МС2.

Требуемый коэффициент пересчета (24) достигается за счет введения цепи обратной связи. При наступлении момента, при котором часы должны показать 24 часа, на входы 4 и 5 микросхемы МС11 поступают потенциалы логических единиц и с выхода 6 ее на входы сброса 2 микросхем МС5—МС10 подается уровень логического нуля, который устанавливает СЧИ в исходное состояние.

Для сброса показаний и предварительной установки электронных часов в СЧИ включена микросхема МС 4 .

На рис. 6 изображена схема ключевых каскадов, включенных в цепях анодов индикаторных ламп. На рис. 7 приведена схема соединений всех блоков электронных часов между собой и с индикаторными лампами. Для упрощения начертания схемы цифры ламп показаны по порядку. В действительности же один анод (вывод 10) вызывает свечение четных цифр, а другой анод (вывод 13) — свечение нечетных цифр.

Кнопка Кн 1 , изображенная на схеме рис. 7, служит для сброса показаний и предварительной установки часов. При нажатии на кнопку Кн 1 происходит установка в нулевое состояние всех декад и счетчиков часов, кроме СЧИ, и одновременно переводится в единичное состояние триггер микросхемы МС4 СЧИ. При отпускании кнопки Кн 1 снимается потенциал сброса с декад и счетчиков и одновременно происходит подача одного импульса СЧИ. Таким образом, нажимая и отпуская кнопку Кн 1 , можно установить любой требуемый час.

В часах для получения более стабильной частоты ГИВ применен кварцевый резонатор Б-3. Для повышения температурной стабильности частоты ГИВ желательно в качестве резисторов R2 и R3 применить УЛИ или БЛП. В блоке питания применены электролитические конденсаторы К50-6. Трансформатор блока питания выполнен на сердечнике ШЛ16X20. Обмотка I его содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,15, обмотка II — 2000 витков провода ПЭВ-1 0,1, а обмотка III—140 витков провода ПЭВ-1 0,56.