Дипломная работа: Часы на БИС К145ИК1901
Управление информацией осуществляется микросхемами DD2, DD3, образующими делитель частоты, который делит частоту один герц на четыре. С выхода делителя единичные импульсы длительностью две секунды с вывода 13 микросхемы DD2 поступают на вывод 2 микросхемы К176ИЕ13. Когда на выводе 13 микросхемы DD2 уровень логической единицы переходит в уровень логического нуля, на выводе 12 появляется уровень логической единицы, который подается на вход микросхемы К176ИЕ17 календаря.
При установке показаний часов, а также при необходимости постоянной индикации времени суток или календаря необходимо в течение соответствующих показаний включить тумблер SA1, который запрещает прохождение импульсов частотой один герц и останавливает работу делителя частоты. При включенном тумблере SA1 происходит периодическая смена индикации информации с будильника и дня недели.
Синхронизация установки показания часов с показаниями индикаторов осуществляется на микросхеме DD3. После установки часов отключением тумблера SA1 схема возвращается в исходное состояние.
Транзистор VT8 синхронизирует показания календаря с показаниями индикаторов дней недели, то есть информация о днях недели отображается только во время индикации календаря.
Если нет необходимости периодической индикации дня недели, то схема доработки реализуется всего на двух микросхемах DD2 и DD3. В этом случае в часах остается четыре индикатора HG1 – HG4, которые с периодом две секунды показывают дату и текущее время суток.
Третья схема электронных часов была взята из набора «Старт-7176». В этой схеме основой служит БИС на полевых транзисторах которая обеспечивает все необходимые сигналы для управления индикатором HG1.Отсчет времени происходит с помощью подачи определенной частоты на микросхему кварцевым резонатором, в нем есть корректор для подстройки правильного отсчета времени. Микросхемой управляет посредством девяти кнопок SB1-SB9.
Данные часы работают от сети 220 Вольт 50 Герц, нужное напряжение для питания всех электрических узлов обеспечивает трансформатор. Для нормальной работы электроннолучевого индикатора на катод с трансформатора подается переменное напряжение 4,5 вольта, остальное питание и сигналы подает микросхема. Для питания микросхемы у блока питания стоит выпрямитель и стабилизатор напряжения, с помощью которых БИС обеспечивается питанием -25 вольт.
Для расширения возможностей микросхемы в журнале радио №6 описана приставка-будильник к этим часам, которая представляет звуковой генератор и работает от -9 вольт. Для реализации этой схемы чтобы получить 9 вольт надо: собрать умножитель напряжения, выпрямитель и преобразователь.
Электронные часы, разработанные в данной ВКР, с помощью приставки работают режиме: отсчет и выдача на индикатор значения текущего времени с возможностью его коррекции и обнуления (в часах и минутах, а по специальной команде - в минутах и секундах): обратный отсчет заранее установленного времени с выдачей управляющего сигнала по его истечении с максимальной выдержкой 59мин. 59 сек.; выдача управляющих сигналов при совпадении текущего времени с заранее установленными значениями в двух независимых регистрах (режим “Будильник 1” и “Будильник 2”); остановка индикации текущего времени с продолжением его отсчета.
1.2 Выбор технического решения
Электронные часы, приведенные в журнале “В помощь радиолюбителю” выпуск 106 обладают следующими недостатками:
1. Может случиться, что светящиеся элементы цифр индикаторов смонтированных часов будут мерцать, а пьезокерамический звонок издавать непрекращающиеся беспорядочные звуки. Причина тому – возбуждение микросхемы К1016ХЛ1. Чтобы устранить это явление, надо цепь питания микросхемы заблокировать керамическим конденсатором емкостью 0,047 или 0,068 мкФ, включив его между ее выводами 12 и 15 или параллельно выходу стабилизатора напряжения (конденсатор C7).
2. Обнаруженный в работе часов, - заметный на слух звук невключенного пьезокерамического звонка. Его причина – недостаточное сглаживание пульсаций тока на выходе двухполупериодного выпрямителя VD3-VD6. Для устранения этого явления надо электролитический конденсатор C3 заменить или подключить параллельно ему конденсатор емкостью 5 - 10 мкФ на напряжение не менее 50 В.
3. Большие непроизвольные потери энергии источника питания. Дело в том, что транзисторный преобразователь вместе со стабилизатором напряжения, питающим микросхему и анодные цепи знаковых индикаторов, потребляет от источника напряжением 12 В силу тока, не превышающую 15 мА, а нити накала всех индикаторов – не более 190 мА. Итого округленно 200 миллиампер или, по мощности, 2,4 Вт. Но чтобы напряжение на нитях накала индикаторов было в пределах 0,85 ...1 Вт, питание на них подается через резистор R18, гасящий избыточное напряжение около 11 В. Вот и получается, что большая часть мощности, потребляемой часами от источника питания, бесполезно растрачивается на нагрев этого резистора.
Как избежать эти непроизвольные потери энергии источника питания? Если часы предполагается эксплуатировать в автомобиле и питать их от его аккумуляторной батареи, то на трансформаторе TS1 преобразователя можно предусмотреть дополнительную вторичную обмотку, рассчитанную на непосредственное питание от нее нитей накала знаковых индикаторов. Резистор R18 оказывается лишней деталью, которую удаляют.
Для питания часов в домашних условиях надо, конечно, использовать сетевой блок, рассчитанный на раздельное питание цепей микросхемы и нитей накала индикаторов, что также позволит исключить резистор R18.
В данном проекте не рассматривалась схема вышеуказанных часов, потому что они обладают значительно серьезными недостатками, устранить которые весьма не просто. Кроме того электрическая принципиальная схема таких часов состоит из большого числа старых элементов, найти которые очень трудно.
Схема электронных часов с календарем, приведенная в журнале “В помощь радиолюбителю” выпуск 112, не разрабатывалась потому что, она не доработана и не понятна и, кроме того, состоит из большого количества элементов, таких как транзисторы, резисторы и диоды.
Схема электронных часов, из набора «Стар 7176» была выбрана, потому что: а) она соответствует моему первоначальному желанию собрать ретро часы ; б) основная схема проверена в исправности ; в) часы могут обладать расширенными функциями управления и работы.
2. Устройство цифровых часов
2.1 Принцип работы электронных часов
Для начала хотелось бы рассказать о принципе работы электронных часов, для того что бы понять как ведется отсчет времени и индикация.
Структурная схема изображена в приложении 1. Элементарные часы могут быть реализованы благодаря тому, что имеется возможность получать импульсы со стабильным временным интервалом. Если в некоторый момент начать подавать их на счетчик, то накапливающиеся в нем число соответствует промежутку времени, отсчитанному от указанного монета.
Поэтому основу электронных часов составляет генератор стабильной частоты и счетчики с определенными модулями счета.
Импульсы стабилизированные кварцем генератора поступают на отделитель частоты, на входе которого получаются импульсы с периодом в одну секунду. Они заполняют счетчик СТ1 секундных импульсов, изменяющий модуль счета. Каждый импульс его переполнения увеличивает содержимое счетчика СТ2 с модулем счета. Максимальное число счетчиков СТ1 и СТ2 составляет 59. С поступлением следующего секундного импульса счетчики СТ1 и СТ2 обнуляются и импульс переноса с СТ2 записывает единицу счетчик СТ3. Следующая единица в СТ3 будет записана через минуту. Счетчики СТ3 и СТ4 (десятки минут) имеют модуль счета соответственно равной модулям счета СТ1 и СТ2. С выходом счетчика СТ4 импульсы переноса с периодом в один час заполняют счетчик СТ5 (единицы часов), с которого каждые 10 часов импульсы переноса заполняют счетчик СТ6 (десятки часов), имеющий модуль счета. Максимальное число в счетчиках СТ1 – СТ6 соответствует времени 23 часа 59 минут 59 секунд. Поступающий после этого секундный импульс вызывает пополнение всех счетчиков – устанавливает их в ноль, начинается счет времени следующих суток.
2.2 Описание схемы электрической принципиальной
Электрическая схема часов на БИС К145ИК1901 приведена на чертеже приложении 2. В них микросхема DD1 обеспечивает все необходимые сигналы для управления индикатором HG1. Микросхемой управляет посредством девяти кнопок SB1-SB9.
Данные часы работают от сети (220 Вольт 50 Герц), нужное напряжение для питания всех электрических узлов обеспечивает трансформатор. Для нормальной работы электроннолучевого индикатора на катод с трансформатора подается переменное напряжение 4,5 вольта, остальное питание и сигналы подает микросхема. Для питания микросхемы у блока питания стоит выпрямитель и стабилизатор напряжения, с помощью которых БИС обеспечивается питанием -25 вольт.
Генератор звукового сигнала собран на двух инверторах – элементе DD1.3 и транзисторе VT5. Инвертор DD1.3 охвачен отрицательной обратной связью через резистор R12 , выводящий его на линейный участок характеристики при подаче с выхода элемента DD1.2 лог.1 кабеля генератора срываются, транзистор VT5 закрывается,. Разрешающим сигналом является лог. 0 на выходе элемента DD1.2. Он возникает при лог. 1 из выхода Б1 и Б2 микросхемы DD2.Сигнал будильника прерывается импульсами с частотой 1 Гц, поступающим с выхода S микросхема DD2 . Те же импульсы через транзистор VT4 поступают на аноды разделительных точек индикатора и вызывают их мигание.