частоте кварцевого резонатора необходимо предъявить требование ее кратности числу 2n. Например, микросхема К.176ИЕ5, имеющая в своей структуре 15-разрядный двигатель, предназначена для формирования секундных импульсов при использовании кварцевого резонатора с номинальной частотой 32768 Гц. Наличие у данной микросхемы выхода от 14-го разряда делителя позволяет получить секундные импульсы и при использовании кварцевого резонатора с частотой 16384 Гц.

В случае включения в схему ЗГ резонатора с частотой, отличающейся ог указанных значений, например, 131072 Гц (рис. 19), для формирования последовательности секундных импульсов к делителю микросхемы К176ИЕ5 необходимо добавить делитель на 4, выполненный на двух Д-триггерах микросхемы К176ТМ1.

Е

3 s

5 W« 1

131072Гц

R1

ТТ

Е

Л

Т}2

R2

ТТ

1Гц

L К178ТМ1

Рис. 19. Генератор секундных импульсов на КП6ИЕ5, К176ТМ1

При изготовлении часов с индикацией только часов и минут целесообразно иметь в схеме ЗГ кварцевый резонатор с номинальной частотой, кратной 2n/60, из следующего ряда значений (с округлением до 1 Гц):

Частота кварцевого Число разрядов n резонатора, Гц

Если имеется кварц с частотой от 70 до 130 кГц, то подстройка должна производиться до частоты 131 072 Гц (для секундной последовательности) или до 139810 Гц (для минутной последовательности). В этом случае делители должны иметь 17 или 23 разряда соответственно, что может быть реализовано на микросхемах К176ИЕ5 и К176ТМ1.

При практической реализации ЗГ следует помнить, что точное значение частоты генератора зависит не только-от геометрических размеров пластины кварца, но и от паразитных емкостей реальной схемы его выполнения. Поэтому точную подгонку кварца следует производить в той схеме, где он будет работать. Значение частоты измеряется электронным частотомером, подключенным через конденсатор емкостью 10 - 20 пФ к выводу 11 или 12 (для микросхемы К176ИЕ5) или к 14 (для К176ИЕ12).

Подгонка частоты генератора должна осуществляться с максимальной точностью, так как расхождение частоты в 1 Гц соответствует примерно неточности хода часов 1 с в сутки. Однако при недостаточном опыте в подточке кварцев и в точном измерении частоты генераторов подточку лучше закончить, не доходя до номинальной частоты 10 - 15 Гц. Точное значение частоты при работе кварца в реальной схеме устанавливается в этом случае с помощью под-строечного конденсатора, включаемого последовательно с кварцем. Емкость этого конденсатора в процессе эксплуатации часов можно также изменять при отклонении частоты ЗГ из-за изменения температуры окружающей среды или старения кварца. На частоте 139 кГц с помощью конденсатора, включаемого последовательно с кварцем, можно увеличить частоту на 100 Гц. Если при подгонке кварца частота завышена, то параллельным включением конденсатора Удается ее понизить только на 7 - 10 Гц, при этом ухудшается стабильность ЗГ.

6. БЛОК СЧЕТЧИКОВ

Структурная схема блока счетчиков приведена на рис. 1. Для ее реализации наиболее удобны микросхемы К176ИЕ4 и К176ИЕЗ, так как они имеют коэффициенты деления 10 и 6 соответственно и позволяют при последовательном соединении (рис. 20) производить отсчет секунд (минут). Встроенный в каждую микросхему дешифратор формирует сигналы для управления сегментами одного индикатора. Для установки счетчиков в нулевое состояние кнопкой 57 («Уст. 0») на объединенные входы R через резистор R1 (десятки-сотни килоом) подается напряжение источника питания. В рабочем режиме входы R подключены к корпусу.

Функциональные узлы, построенные по схеме рис. 20 (назовем их счетными секциями), в блоке счетчиков выполняют отсчет единиц и десятков секунд и минут. Для отсчета единиц и десятков часов требуется снизить коэффициент счета рассмотренной счетной секции до 24. С этой целью в ее схему вводится логическая ОС, схемотехнические варианты которой показаны на рис. 21.

В схеме на рис. 21, а в цепь ОС включен логический элемент И (схема совпадения) на диодах VD1, VD2 (КД522) и резисторе R (20 - 30 кОм). Исходными для формирования сигнала ОС являются сигналы с выхода 4 (вывод 3) микросхемы К176ИЕ4 и с выхода 2 (вывод 3) микросхемы К176ИЕЗ. Напомним (см. § 3), что на выходе 4 сигнал получает уровень 1 после четвертого импульса в каждой серии из десяти входных импульсов, а на выходе 2 после второго импульса в каждой серии из шести входных импульсов. Поскольку микросхемы соединены последовательно, то на выходе 2 микросхемы К176ИЕЗ сигнал 1 появляется после 20 импульсов на входе микросхемы К176ИЕ4. Таким образом, после 24 входных импульсов Тчас с периодом 1 ч на выводах 3 обеих микросхем появятся сигналы с уровнем 1. Диоды VD1, VD2 закроются и на входы обнуления счетчиков поступит напряжение высокого уровня.

+95 п/?1

$1 s

Вход

К176ИЕ1

10 а ъ с й е f 9

1

К178№\

fx

Выход 607,

(Ж

к сегментам индикатора, единиц секунд (минут)

птптг

Н еегментам индикатора, десятков секунд (минут)

Рис. 20. Счетная секция секунд (минут)

1Я

fi-

ll

а)

-+96

? К бы Sod и К178ИЕЬ

VD2

К 8ы$аду J

ктивз

1/2 ктлА?

К выводу г Н175МЕЧ -

5

BS1

к выводу K17SHE3

1 *

K17SHE3

Ю

10

K176MEU, H17SHE5

xmflES 8)

Рис. 21. Варианты схем счетной секции часов: а - с диодами в цепи ОС, б - с элементами И-НЕ,

с элементами ИЛИ-НЕ

в

После перевода счетчиков в нулевое состояние на их выходах, в том числе и на выходах 4 и 2, напряжения будут иметь нулевой уровень. Тогда диоды схемы совпадения откроются и счетчики начнут отсчет нового 24-часового интервала. Во всем этом интервале один или оба диода открыты, чем и обеспечивается на установочных входах счетчиков низкий, около 1 В, уровень напряжения. В другом варианте (рис. 21,6) логический элемент И в цепи ОС построен на двух последовательно соединенных элементах И-НЕ микросхемы К176ЛА7. В момент достижения счетчиками К176ИЕ4, К176ИЕЗ состояния, соответствующего 24 ч, на входы логического элемента DD1 поступает сигнал 1 и включает его: на выходе (вывод 10) напряжение получает уровень 0. Элемент DD2 этим сигналом устанавливается в закрытое состояние, которому соответствует высокий уровень выходного напряжения. Появление на выводе 3 микросхемы К176ЛА7 сигнала 1 вызывает обнуление счетчиков.

Заметим, что по аналогичной схеме составляется логический элемент II на основе микросхем К176ЛА8, К176ЛА9. В этом качестве могут быть применены и микросхемы К176ЛЕ5, К176ЛЕ10 и др., содержащие логические элементы ИЛИ-НЕ. Пример реализации элемента И на микросхеме К176ЛЕ5 приведен на рис. 21,s.

Соединение счетных секций производится через контакты переключателей SI, S2, что дает возможность быстрой установки счетчиков в требуемое состояние. В качестве установочной используются последовательность импульсов с выхода генератора секундных импульсов (ГСИ), подключаемая ко входам счетных секций минут и часов (рис. 22,а).

Установка состояний счетчиков контролируется по индикаторам. При возвращении переключателя S1 или S2 в исходное положение возможно ложное срабатывание счетчика из-за разности уровней напряжения на выходах ГСИ и предыдущей счетной секции к моменту переключения, которая воспринимается как дополнительный установочный сигнал. В результате индикатор показывает значение на единицу больше

устанавливаемого. Частичной защитой может служить конденсатор С1 на входе счетной секции. Для устранения такого рода сбоев в схеме на рис. 22,6 между счетными секциями включена .RC-цепь (Rl = = 560 кОм, R2=10 кОм, С1 = 680 пФ), дифференцирующая выходной сигнал предыдущей секции с постоянной времени C1R1/2. Таким способом на входе счетной секции обеспечивается кратковременное отклонение напряжения от постоянного уровня логической 1, который создается источником питания, подключенным ко входу секции.

Счетная секция секунд

ктиЕщ

S1

Г.

Счетная секция минут

\ктиы

ктш

01

й)

+ 98 о

ГСП iK17SHE5

ш

R!

0 четная секция секунд

а

R1

Vri

1+9В

сц2

S1

R2

Счетная секция ми ну 17!

ктиЕ}

R1

R1

R3

Счетная секция часов

\ктт

\ктш\

Рис. 22. Варианты соединения счетных секций:

а - с непосредственной связью, б - с резистивно-емкостной связью

Выход ТСИ, с которого снимаются установочные импульсы, имеет такую же R-цепь и также соединен с источником питания. Поэтому при подключении входа счетной секции к R-выходу ГСИ условия на входе устанавливаемой секции остаются неизменными как в отношении уровня напряжения, так и длительности воздействующих сигналов.

Установка счетчиков в нулевое состояние (обнуление счетчиков) производится кратковременным подключением к их входам R (установки 0) источника напряжения высокого уровня, соответствующего логической 1. В общем случае в часах могут быть предусмотрены два способа обнуления счетчиков - принудительный и автоматический.

В схеме принудительного обнуления (рис. 23,а) ко входам счетчиков кнопочным контактом подключается напряжение источника питания через токо-ограничивающий резистор R1 с сопротивлением десятки килоом. При необходимости в цепь обнуления может быть включена и счетная секция часов, но для этого потребуется внести некоторые изменения в ее цепь ОС: либо включить дополнительный инвертор DD3 и через него подать сигнал установки на вход 2 элемента DD2 (рис. 23,6). Наименьшими будут изменения в схеме включения логических элементов ИЛИ-НЕ: достаточно объединить по одному входу элементов DD1, DD2 (рис. 23,б) и подать на них сигнал установки нуля. Поскольку задержка во времени установления счетчиков серии К176 составляет десятые-доли микросекунды, замыкание кнопочного контакта должно быть кратковременным. В рабочем режиме на входах установки нуля всех счетчиков должен сохраняться нулевой потенциал.

Автоматическое обнуление счетчиков обычно вводится для защиты от помех в цепях питания, а также в тех случаях, когда в часах имеется сигнальное устройство с блоком программирования на основе счетчиков. При включении питания эти счетчики могут установиться в произвольное состояние, проконтролировать которое невозможно, поскольку индикация состояний счетчиков блоха программирования отсутствует.

Счетная се щи я секунд

Счетная секция минут

xr/bHtv--1

-Н176ИЕЧ- К178ЯЕЗ -

г JШина зет. 0

Н/ R1

Jj-C=t--+9Bа)

ГШ

К1?вИЕЗ

Счетная секция часов

1 Т"

ктш

Н во/Воду 5 g К176ИЕ4 -*-

К Выводи j 9 К175ИЕЗ -*-

Н шине Уст. 0

г- &

ш

R выводи У

ктиЕц.

1*-Н еь,воЗам$ Нши»е К17ВИЕЧ, Уст-°

ктиЕЗ

К выводу 3 s ктиЕз

1 (

Ш2

1

Н17ВЛА7

К17СПЕ5

к выВадам £ К178ИЕЙ-, .

К176Ш

8)

Рис. 23. Варианты схем принудительного обнуления:

а - счетчиков секунд и минут, б, в - счетчиков часов с разными логическими элементами в цепи ОС