Материал: Электронные часы с функциями календаря и будильника

Рис. 3 Статическая переключательная характеристика КМОП-инвертора

На рис. 3 приведена статическая переключательная характеристика инвертирующего МОП-элемента - зависимость его выходного напряжения от входного. Как видно из зависимости, переключение элемента происходит при входном напряжении, близком к половине напряжения питания.

Диоды VD7 и VD8 (рис.2) являются неотъемлемой частью МОП-транзисторов, диоды VD1 - VD6 и резисторы R1 и R2 специально вводятся в состав элемента для защиты МОП - транзисторов от статического электричества. При превышении входным напряжением напряжения источника питания открываются диоды VD1 - VD4, что исключает подачу на затворы транзисторов напряжения, превышающего напряжение питания. При снижении входного напряжения до уровня, более низкого, чем потенциал общего провода, открываются диоды VD5 и VD6 [2].

Характеристика и особенности серии К176

Номинальное напряжение питания микросхем серии К176 - 9 В ±5%, однако они, как правило, сохраняют работоспособность в диапазоне питающих напряжений от 5 до 12 В. Диапазон рабочих температур микросхем серии от - 10 до +70 `С. Выходные уровни микросхем при работе на однотипные микросхемы практически не отличаются от напряжения питания и потенциала общего провода. Максимальный выходной ток большинства микросхем не стандартизирован и не превышает единиц миллиампер, что несколько затрудняет непосредственное согласование микросхем этих серий с какими-либо индикаторами и микросхемами ТТЛ-серий.

Напряжение питания на микросхемы подается на вывод с наибольшим номером, общий провод подключается к выводу с вдвое меньшим номером. Исключение составляют микросхемы К561ПУ4, а также микросхемы, требующие для своей работы два источника питания.

При использовании микросхем следует помнить, что защита входов микросхем диодами от статического электричества не является полной. Поэтому при монтаже устройств с микросхемами КМОП необходимо соблюдать следующие правила.

Применение микросхем КМОП-серий имеет свои особенности. Ни один из входов микросхем не может быть оставлен неподключенным, даже если логический элемент в микросхеме не использован. Свободные входы элементов должны бьггь или соединены с используемыми входами того же элемента или подключены к шине питания или к общему проводу в соответствии с логикой работы микросхемы. Напряжение источника питания должно подаваться ранее или одновременно с подачей входных сигналов.

Логика работы микросхем с одинаковым буквенноцифровым обозначением у серий К176, К561, КР1561 и 564 полностью совпадает, совпадают реальные электрические параметры у микросхем серий К561 и 564, хотя паспортные нормы у них различны [3].

Микросхема К176ИЕ12 (рис.4) предназначена для использования в электронных часах. [5]

Рис. 3. Микросхема К176ИЕ12

Она состоит из кварцевого генератора с внешним кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц, 15-разрядного делителя частоты и делителя частоты на 60 с индивидуальными входами сброса и тактирования. При подключении к микросхеме кварцевого резонатора с частотой 32768 Гц, она обеспечивает получение частот 32768, 1024, 128, 2, 1 и 1/60 Гц. Импульсы с частотой 128 Гц формируются на четырех выходах микросхемы и сдвинуты между собой по фазе на четверть периода, их скважность равна 4. Эти импульсы предназначены для коммутации знакомест индикатора часов при динамической индикации. Импульсы с частотой 1/60 Гц подаются на счетчик минут, импульсы с частотой 1 Гц могут использоваться для подачи на счетчик секунд и для зажигания разделительной точки. Частота 1024 Гц предназначена для звукового сигнала будильника.

Микросхема К176ИЕ13 (рис. 5) предназначена для построения электронных часов с будильником. [5]

Рис. 5. Микросхема К176ИЕ13.

Она содержит счетчики минут и часов, регистр памяти будильника, цепи сравнения и выдачи звукового сигнала, цепи динамической выдачи кодов цифр для подачи на индикаторы. Обычно микросхема К176ИЕ13 используется совместно с К176ИЕ12 (рис.6). На выходы Qa-Qd выдается поочередно двоично-десятичный код цифры (единицы и десятки минут и часов), на выходе C генерируется импульс записи в регистр запоминания цифры, а импульс на выходе K может быть использован для гашения индикаторов во время коррекции показаний часов. На выходе HS - выходной сигнал будильника, представляющий из себя импульсы длительностью 488 мкс и частотой повторения 128 Гц. Подача низкого потенциала на вход V переводит выходы Qa-Qd, C в состояние с высоким импедансом.

Рис. 6 Схема включения К176ИЕ12 и К176ИЕ13.

Микросхема К176ИЕ17 (рис.6) предназначена для электронных часов с календарем. [5]

Рис. 7 Микросхема К176ИЕ17.

Она содержит счетчики дней недели, чисел месяца и месяцев. Счетчик чисел считает от 1 до 29-31 в зависимости от месяца, счет дней недели производится от 1 до 7, счет месяцев - от 1 до 12. На выходы Qa-Qd выдается поочередно двоично-десятичный код цифры (единицы и десятки числа и месяца), а на выходах A-C постоянно присутствует двоичный код порядкового номера дня недели. Подача низкого потенциала на вход V переводит выходы Qa-Qd в состояние с высоким импедансом.

Микросхема К176ИД2 (рис. 8) - преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора, включает в себя также триггеры, позволяющие запомнить входной код. [5]

Рис. 7. Микросхема К176ИД2.

Микросхема имеет четыре информационных входа для подачи кода 1-2-4-8 и три управляющих входа. Вход S определяет полярность выходных сигналов: при лог.1 на входе S на выходах лог.0 для зажигания сегментов, при лог.0 на вхо-де S - лог.1 для зажигания. При подаче лог.1 на вход К происходит гашение индицируемого знака, лог.0 на входе К разрешает индикацию. Вход С управляет работой триггеров памяти - при подаче на вход С лог.1 триггеры превращаются в повторители и изменение входных сигналов на входах 1-2-4-8 вызывает соответствующее изменение выходных сигналов. Если же на вход С подать лог.0, запоминаются сигналы, имевшиеся на входах перед подачей лог.0, микросхема на изменение сигналов на входах 1-2-4-8 не реагирует.

Выбор и обоснование принципиальной схемы

Эта схема хороша тем, что в ней используются микросхемы, производящиеся в больших количествах и имеющие множество аналогов. Из-за невозможности мультиплексного управления жидкокристаллическим индикатором данная схема содержит большое количество микросхем.

Описание работы схемы

Предлагаемые электронные часы предназначены для визуальной регистрации информации на 4-разрядном жидкокристаллическом индикаторе с единым общим электродом для всех разрядов ИЖКЦ1-4/14, а именно:

текущего времени суток (минуты и часы);

месяца и числа.

Часы имеют будильник с музыкальным синтезатором, содержат всего 11 микросхем серий К176 и К561 и одну УМС-7.

Генератор импульсов и делитель частоты собраны на микросхеме DD1 К176ИЕ12 и резонаторе ZQ1 с частотой 32768 Гц. На выходах счётчика реализуются коэффициенты счёта: на выходе Q14 (вывод 4) - секундные импульсы; на выходе Q13 (вывод 6) - импульсы с частотой 2 Гц, используемые для установки показаний часов, будильника и календаря; на выходе Q4 (вывод 11) - импульсы с частотой 1024 Гц (для блока звуковой сигнализации); на выходах Т1 - Т4 (выводы 3, 2, 1, 15) - стробирующие импульсы с частотой повторения 128 Гц для управления индикаторами в режиме динамической индикации. Установка всех разрядов в нулевое состояние производится по входу R1 (вывод 5) напряжением высокого уровня. При внешнем соединении выхода Q14 и входа Т2 на выходе 10 выделяются одноминутные импульсы.

Для выполнения функции счётчиков единиц и десятков минут, единиц и десятков часов, узла программирования сигнального устройства применяется интегральная микросхема К176ИЕ13. Внутренний коммутатор обеспечивает поочерёдное подключение счётчиков всех разрядов к пяти информационным выходам микросхемы. Сигналы с них поступают на дешифраторы К176ИД2, представляющие собой регистр памяти и преобразователь двоично-десятичного кода чисел в коды семисегментного индикатора. Интегральная схема К561ЛС2 формирует сигналы управления загрузкой четырёх ИС К176ИД2. Из-за невозможности мультиплексного управления жидкокристаллическим индикатором схема электронных часов содержит большое количество микросхем. Для управления ЖКИ в данной схеме использован фазовый способ, основанный на подключении к сегментам и общему электроду переменного возбуждающего напряжения одной частоты. При поступлении импульсов в противофазе через ЖКИ протекает переменный ток и сегменты возбуждаются.

Микросхема К176ИЕ17 - календарь. В её состав входят следующие узлы: счётчик 40 импульсов - для счёта дней месяца, счётчик 12 импульсов - для счёта месяцев, счётчик 7 импульсов - для счёта дней недели и блок управления. Синхронизацию работы часов и календаря выполняет микросхема К561ТМ2. Начальная синхронизация ИС К176ИЕ12, К176ИЕ13 и К176ИЕ17 производится нажатием кнопки SW0 "Коррекция". Кнопка SW1 служит для вывода информации часов или календаря на ЖКИ. При нажатой кнопке осуществляется установка (перевод) будильника кнопкой SW4, а кнопками SW2 и SW3 соответственно устанавливается число и месяц.

Перевод часов и минут производится нажатием кнопок SW3 и SW2 при положении кнопки SW1, указанном на схеме.

В табл. 1 приведена зависимость изменяемой информации от нажатых кнопок.

Таблица 1

ТВ - текущее время,

Б - будильник,

К - календарь.

Микросхема УМС-7 - устройство музыкального синтезатора, представляющее собой ПЗУ и встроенный НЧ генератор.

Тактовые сигналы частотой 32768 Гц поступают с вывода 13 ИС К176ИЕ12 через делитель на резисторах на вход BQ (вывод 8) УМС-7.

При поступлении на вход 13 ИС сигнала HS с вывода 7 ИС К176ИЕ13 через согласующее устройство на диоде и резисторе включается сигнальное устройство будильника.

Выбор мелодии осуществляется нажатием кнопки P во время воспроизведения мелодии.

Нагрузкой ИС УМС-7 является пьезокерамический звонок ЗП-3, подключённый к выводам 1 и 14 ИС. Питается ИС от источника питания часов +9 В через стабилитрон КС162А напряжением 2,8 В.

Все микросхемы - серии К176 и К561. Вместо УМС-7 можно применить КР1004ХЛ7.

Монтаж и сборку электронных часов желательно производить поблочно, начиная с платы генератора импульсов и счётчиков. После сборки необходимо установить частоту генератора 32768 Гц. Затем приступают к сборке платы индикатора. Сначала впаиваются микросхемы К176ИД2 и К561ЛС2, а потом устанавливается индикатор ЖКИ (в корпусе от прибора комбинированного цифрового 43302). Обе платы для отладки соединяются при помощи гибкого монтажного провода, который потом заменяют на стойки из медного луженого провода диаметром 0,8.1,0 мм, расположив платы одна над другой [1].