Курсовая работа: Опис принципу роботи схем цифрового годинника
Цифрова техніка є областю, що швидко розвивається, імпульснійтехніці. Вона підняла на новий якісний ступінь засобу зв'язку, радіолокацію, викликала появу автоматизованих систем управління підприємствамиі цілими галузями народного господарства, комплексів для обробки різних видів інформації.
Особливо широке застосування знайшли цифрові пристрої в електронно-обчислювальній техніці. Зокрема, цифрові обчислювальні машини (ЦВМ) є в даний час самими універсальними. Всі вузли ЦВМ містять елементи цифрової техніки, за допомогою яких здійснюється запам'ятовування і зберігання інформації, управління обчислювальним процесом, введення і висновок інформації в ЦВМ. Успіхи в області розробки швидкодійних елементів цифрової техніки дозволили створити ЦВМ, виконуючі десятки мільйонів арифметичних операцій в секунду.
Принципово нові можливості відкриває застосування цифрових інтегральних схем в радіомовленні і радіозв'язку. Обробка сигналів цифровими методами дозволяє забезпечити високу точність, стабільність параметрів і отримати характеристики, не досяжні аналоговими методами.
Цифрова схемотехніка інтенсивно упроваджується в радіоприймальну апаратуру. Завдяки використовуванню цифрових пристроїв в радіомовних приймачах забезпечуються принципово нові споживацькі зручності – можливість відображення на дисплеї всієї інформації, необхідної для контролю і експлуатації апаратури
Вельми перспективно упровадження цифрової техніки в телебаченні. Цифрове телебачення дозволяє підвищити якість передачі сигналів завдяки істотному зменшенню накопичень спотворень в цифрових лініях зв'язку в порівнянні з аналоговими, а також за рахунок застосування спеціальних способів кодування, що знаходять і виправляючих помилки передачі інформації.
Крім радио- і телевізійних приймачів цифрова техніка починає швидко проникати в техніку магнітного запису, радіовимірювальну апаратуру, робототехнику, пристрої автоматики і в ігрові автомати.
Використовування цифрових методів радіовимірів дозволяє підвищити точність і автоматизувати процес вимірювань, забезпечити безпосереднє відображення результатів вимірювань в цифровій формі.
На базі цифрових пристроїв можна реалізувати прості автомати з широкими функціональними можливостями. Промисловістю у великих кількостях випускаються дешеві цифрові мікросхеми, окремі серії яких є надзвичайно надійними і не виходять з ладу практично при будь-яких помилках в монтажі радіопристрою. Це також є незаперечною перевагою цифрових інтегральних схем (ЦИС), обуславливающим їх широке застосування.
Тема випускної кваліфікаційної роботи – «Цифровий годинник» була вибрана, тому що:
1) годинник є необхідним предметом в кожному будинку;
2) цифровий годинник більш точний, ніж кварцовий і механічний, вони світяться в темноті, і їх немає необхідності заводити;
3) было бажання зібрати ексклюзивний ретро годинник, не поступливий по функціональності сучасному електронному годиннику;
4) темпи упровадження цифрової техніки у всі галузі науки ростуть нестримно швидко. Цифрові пристрої володіють поряд переваг в порівнянні з аналоговими: більш високою надійністю; стабільністю параметрів при дії чинників, що дестабілізували; високою точністю обробки інформації; значним скороченням трудомісткості і спрощенням операцій регулювання і настройки; можливістю створення мікросхем з дуже високим ступенем інтеграції.
1. Аналіз існуючих технічних рішень
В процесі вибору схеми електронного годинника були розглянуто три електричні принципові схеми, з яких необхідно було вибратиодну більш просту і надійну.
1.1 Опис принципу роботи схем електронного годинника
Так, в журналі "В допомогу радіоаматору" випуск 106 приведена схема електронного годинника з деталей радіоконструктора. На структурній схемі показано, що основою годинника служить велика інтегральна мікросхема DD, що містить блок зразкової частоти кварцового генератора G і оперативнийпристрій ОУ, до якої підключають цифрові індикатори HG1 – HG4, блок управління годинником БУ і акустичний перетворювач HA. Перетворювачнапруги ПН забезпечує живленням всі ланцюги і вузли годинника від одного загального джерела постійного струму напругою 12 В. А оперативнийпристрій, що управляє знакосинтезирующими індикаторами, забезпечує роботу як секундоміра і будильника.
Джерелом живлення може служити акумуляторна батарея напругою12 В (якщо годинник передбачається встановити в автомобілі) або випрямлячз такою ж вихідною напругою постійного струму. Споживаний струм від джерела напругою 12 В не перевищує 200 мА. Точність ходу годинника не гірше ±1 секунда в доба.
На електричній принциповій схемі годинника показано, що джерелом живлення мікросхеми DD1 служить стабілізатор напруги на стабілітроні VD1 і транзисторі VT1. Стабілізована напруга 15 В подається на висновки 15 і 12 мікросхеми. Загальним ланцюгу живлення її є висновок 12. Власна частота кварцового резонатора ZQ1 рівна 32768 Гц. Кнопкові вимикачі SB1 – SB2 утворюють блок управління оперативним пристроєм мікросхеми, який забезпечує управління цифровими індикаторами HG1 – HG4.
Знакосинтезірующий індикатор ВЕРБ – 3А є електронною лампою з катодом прямого напруження (висновки 7, 8), вісьма анодами з окремими висновками (1-6, 10 і 11) і загальною управляючою сіткою (висновок 9). Сім анодів виконано у вигляді вузьких смужок, створюючих стилізовану цифру 8, а восьмий – у вигляді крапки.
В годиннику однойменні аноди – елементи цифрових знаків всіх індикаторів сполучені між собою і підключені до відповідних висновків мікросхеми. На них в певні моменти часу з оперативного пристрою подається закодований сигнал, що синтезує один з елементів цифр. Одночасно на сітки індикаторів подається управляючий сигнал. В результаті одночасної дії сигналів коду і керівника на індикаторах висвічуються цифри від нуля до дев'яти. Індикатори HG1 і HG2 висвічують годинник, а HG3 і HG4 – хвилини поточного часу. Знак крапки в другому індикаторі, відділяючий значення годинника від хвилин, горить постійно.
Натисненням на кнопку SB1 <<К>> блоку управління коректують свідчення індикаторами поточного часу і часу автоматичного включення звукового сигналу будильника. Кнопкою SB5 <<Ч>> встановлюють годинник, а кнопкою SB4 <<М>> – хвилини поточного часу. Кнопка SB2 <<С>> служить для перекладу годинника в режим рахунку секунд поточного часу і на роботу як секундоміра з нульових значень часу. Кнопкою SB3 <<Б>> включають чекаючий режим будильника; при збігу заздалегідь встановленого і поточного часу пьезокерамический дзвінок HA1, підключений до висновку 10 мікросхеми, видає звуковий сигнал частотою близько 2 кГц.
Подстроєчним конденсатором C1, що входить в кварцовий генератор зразкової частоти, можна коректувати точність <<хода>> годинника.
Нитки напруження знакових індикаторів сполучені паралельно і харчуються від загального джерела напругою 12 вольт через гасячий резистор R18. Дільникнапруги R16R17і двоханодний стабілітрон VD2 утворюють середнюточку ниток напруження, щодо якої на елементи індикаторів подається через резистори R4 – R15 негативна напруга для усуненнямерехтіння елементів цифр, що відображаються, що вимикаються.
Трансформатор TS1 і транзистори VT2, VT3 утворюють двотактний перетворювач постійної напруги зовнішнього джерела живлення в змінну напругу частотою близько 2 кГц. Негативна напруга зовнішнього джерела подається безпосередньо на емітери транзисторів, а позитивне – на їх колектори – через обмоткиIII і IV трансформатора TS1. Напруга, що знімається з резистора R20 дільника R19R20, через обмотки I і II подається на бази транзисторів і створює на них позитивний зсув і тим самим забезпечує запуск перетворювача. В результаті дії позитивного зворотного зв'язку між ланцюгами колектора і базового транзисторів пристрій збуджується. При цьому в обмотці V трансформатора наводиться змінна напруга прямокутної форми, яка випрямляється діодами VD3 – VD6, включеними по мостовій схемі, і далі стабілізується стабілітроном VD1 і транзистором VT1.
Друга схема електронного годинника приведена в журналі В допомогу радіоаматору»випуск 112. Це схема електронного годинника з календарем.
В такому годиннику введена індикація днів тижня в буквеному вигляді на семисегментних індикаторах і схема автоматичної зміни інформації на індикаторах, які дві секунди висвічують час доби, а наступні дві секунди – стан календаря.
Інформація про поточний день тижня з висновків 7, 9, 10 мікросхеми К176ИЕ17 календаря перетвориться дешифратором DD1 з двійкового коду в позиційний десятковий 1, 2, 3., 7. На транзисторах VT1 – VT7 сигнал з дешифраторівпосилюється, інвертується і подається на діодний шифратор виконаний на діодах VD1 – VD23, який формує управляючі напругина окремі елементи індикаторів HG1, HG2.
Управління інформацією здійснюється мікросхемами DD2, DD3, створюючими дільника частоти, який ділить частоту один герц на чотири. З виходу дільника одиничні імпульси тривалістю дві секунди з висновку13 мікросхеми DD2 поступають на висновок 2 мікросхеми К176ИЕ13. Колина висновку13 мікросхеми DD2 рівень логічної одиниці переходить в рівень логічного нуля, на висновку 12 з'являється рівень логічної одиниці, який подається на вхід мікросхеми К176ИЕ17 календаря.
При установці свідчень годинника, а також при необхідності постійної індикації часу доби або календаря необхідно протягом відповідних свідчень включити тумблер SA1, який забороняє проходження імпульсів частотою один герц і зупиняє роботу дільника частоти. При включеному тумблері SA1 відбувається періодична зміна індикації інформації з будильника і дня тижня.
Синхронізація установки свідчення годинника з свідченнями індикаторів здійснюється на мікросхемі DD3. Після установки годинника відключенням тумблера SA1 схема повертається в початковий стан.