Тема 1.6 Электронные часы. Электронные часы на микросхемах Издательство Радио и связь, 1985 предисловие

• Название: Электронные часы на микросхемах Издательство Радио и связь, 1985 предисловие
• Дата: 14.12.2022
• Размер: 0.82 Mb.
• Имя файла: Тема 1.6 Электронные часы.doc
• Тип: Документы; #844625
• страница: 2 из 5

Рис. 13. Микросхема К176ИЕ8

Рис. 14. Счетчик с последовательным переносом:

а — функциональная схема, б — временные диаграммы

Счетчик с последовательным переносом строится на Г-триггерах соединени­ем прямого или инверсного выхода предыдущего триггера со счетным входом; последующего. Для реализации такого счетчика могут быть использованы как D-триггеры (К176ТМ1, К176ТМ2), так и JK-триггеры (К176ТВ1). Схема четы­рехразрядного счетчика на D-триггерах и временные диаграммы, иллюстрирую­щие ее работу, приведены на рис. 14. Для реализации этой схемы требуются две микросхемы К176ТМ1 или К176ТМ2.

Коэффициент (модуль) счета равен 2^п, где n— количество триггеров в схе­ме счетчика, т. е. его разрядность. Временные диаграммы показывают, что оп­рокидывание последующего триггера происходит всякий раз, когда состояние предыдущего триггера изменяется с 1 на 0. Сигналы, снимаемые с выходов Q1, Q2, Q3, Q4, имеют период повторения соответственно 2Т₀, 4Г₀, 8Г₀, 16Г₀, где То — период повторения входных сигналов.

Для дешифрования состояния счетчика используются все его выходные сиг­налы одновременно. В таком случае имеет значение, в каком режиме работает счетчик: суммирования или вычитания. В суммирующем счетчике (рис. 14) с приходом на вход Т очередного импульса результат счета в форме комбина­ции выходных сигналов Q4 (старший разряд), Q3, Q2, Q1 увеличивается на единицу. Например, после комбинации 0101, соответствующей десятичной циф­ре 5, следует комбинация 0110 (цифра 6).



Рис. 15. Микросхема К176ИЕ5:

а — разводка выводов, б — структурная схема
В вычитающем счетчике порядок смены состояний обратный. Нетрудно убедиться в том, что если в схеме на рис. 14,а соединить вход каждого по­следующего триггера с прямым выходом предыдущего, то получится счетчик, работающий в режиме вычитания.

По схеме с последовательным переносом построены счетчики, входящие в структуру микросхем К176ИЕ1, К176ИЕ5, КЛ76ИЕ12, К176ИЕ18 и др. Микро­схема К176ИЕ1 представляет собой шестиразрядный счетчик со входом уста­новки в нулевое состояние, информационным входом и шестью прямыми вы­ходами от каждого триггера.

Микросхема К176ИЕ5 (рис. 15,а) состоит из двух счетчиков, в одном из которых девять триггеров, а в другом шесть (рис. 15,6). Помимо счетчиков мик­росхема содержит усилитель-формирователь Ф, который предназначен для вы­полнения функций ЗГ при подключении к его выводам 9, 10 кварцевого резонато­ра и RC-цепи (см. § 5). Встроенный в микросхему усилитель имеет прямой и инверс­ный выходы f_r (вывод 11), f_r (вывод 12), на которых выделяются усиленные по мощности сигналы ЗГ. Эти сигналы.используются при необходимости преобразо­вания низковольтного напряжения источника питания в высоковольтное. Вход .девятиразрядного счетчика связан внутренним соединением с выходом ЗГ. Счет­чик имеет один выход с последнего триггера (вывод 1), на котором выделяют­ся импульсы с частотой следования в 2⁹ раз меньшей, чем частота ЗГ.

При использовании стандартного кварцевого резонатора на частоту 32 768 Гц на этом выходе формируются импульсы с частотой следования 64 Гц, используемые для управления ЖКИ (см. § 8).

На триггерах Тг10 — Тг15 построена схема шестиразрядного счетчика, ко­торый функционально автономен. Он имеет два входа и два выхода. Вход 10 {вывод 2) предназначен для счетных импульсов, вход R(вывод 3) для сигна­ла установки счетчика в нулевое состояние. Выходами счетчика являются выхо­ды триггеров Тг14 (вывод 4) и Тг15 (вывод 5), на которых выделяются импуль­сы с частотой повторения ниже частоты сигналов на входе 10 соответственно в 2⁵ и 2^б раз.



Рис. 16. Микросхемы счетчиков:

а — К176ИЕ12, б — К176ИЕ18
При попарном соединении выво­дов 1, 2 я 7, 6 образуется 15-разряд­ный делитель частоты входных им­пульсов с тремя выходами, на кото­рых реализуются коэффициенты сче­та (деления) 2⁹ (вывод 1), 2¹⁴ (вы­вод 4), 2¹⁵ (вывод 5). Если частота ЗГ 32 768 Гц, то секундные импульсы выделяются на выводе 5, есла 16 384 Гц, то на выводе 4.

Микросхемы К176ИЕ12 (рис. 16,а), К176ИЕ18 (рис. 16,6) пред­ставляют собой более сложные функ-циональные узлы электронных часов и по выполняемым функциям эквивалентны нескольким более простым микросхемам, рассмотренным ранее. В частности, обе микросхемы позволяют реализовать на их основе ЗГ, формируют секундные и минутные сигналы, а также сигналы, необходимые для управления семисегмент-ным катодолюминесцептным индикатором в режиме динамической индикации. Микросхема К176ИЕ12 состоит из трех основных узлов: усилителя-формиро­вателя сигналов ЗГ, 15-разрядного делителя и делителя на 60. Аналогичную структуру с некоторой модификацией внутренних соединений имеет микросхема К176ИЕ18. Задающий генератор на микросхеме К176ИЕ12 реализуется под­ключением к выводам 12, 13 RС-цепи с кварцевым резонатором на частоту 32 768 Гц (см. § 5). На выходе fг (вывод 14) получаются усиленные по мощ­ности колебания ЗГ. Импульсы задающего генератора внутрисхемным соедине­нием подведены ко входу 15-разрядного счетчика, как и у микросхемы К176ИЕ5 (см. рис. 15,б).

На выходах счетчика реализуются коэффициенты счета (деления), указан­ные на условном обозначении микросхемы (рис. 16,я). Сигналы на этих выходах имеют следующее назначение: на выходе 2¹⁵ (вывод 4) — -секундные импульсы; на выходе 2¹⁴ (вывод 6) — импульсы с частотой 2 Гц, используемые иногда для установки показаний часов (основное назначение этого выхода — выделение се­кундных импульсов при использовании кварцевого резонатора на частоту . 1G384 Гц); на выходе 2⁵ (вывод 11) — импульсы с частотой 1024 Гц для блока звуковой сигнализации (см. рис. 3); на выходах Y1 — Y4 (выводы 3, 2, 1, 15) — стробирующие импульсы с частотой повторения 128 Гц для управления сетка­ми многоразрядных катодолюминисцентных индикаторов в режиме динамичес­кой индикации (на рис. 2 сигналы с частотой f₂); вариант использования этих сигналов в серийных часах «Электроника 2-06» показан на рис. 48. Установка всех разрядов в нулевое состояние производится по входу R1 напряжением высокого уровня.

Делитель на 60 имеет два входа: Т2 (вывод 7) для счетных импульсов и R2 (вывод 9) для сигналов установки делителя в нулевое состояние. На вы­ходе 60 (вывод 10) образуются импульсы с частотой следования в 60 раз меньшей, чем частота входных сигналов. При внешнем соединении выхода 2¹⁵ и входа Т2 на выходе 60 будут выделяться импульсы с периодом повторения 1 мин.

Микросхема К176ИЕ18 (рис. 16,6) аналогична К176ИЕ12, но имеет ряд от­личий: оставлен один вход R(вывод 5) для установки делителей в нулевое состояние; устранен вход Т2, поскольку внутренним соединением секундные импульсы поданы на вход делителя на 60; введен управляющий вход V(вы­вод 9), с поступлением на который сигнала 1 на выходе HS(вывод 7) появ­ляется последовательность импульсов 1024 Гц, прерываемая с частотой 1 Гц, предназначенная для блока звуковой сигнализации; введена для управления яркостью свечения индикатора двухуровневая регулировка напряжения на вы­ходах Y1 — Y4 (выводы 3, 2, 1, 15), осуществляемые подачей на вход А (вы­вод 14) одного из двух значений напряжения: 0 или 9 В.

В состав серии К176 входят также и другие многофункциональные микро­схемы: К176ИЕ13, К176ИЕ17 и т. д. Интегральная микросхема К176ИЕ13 при­меняется в электронных часах с динамической индикацией «Электроника 2-06-». Она выполняет функции счетчиков единиц и десятков минут, единиц и десят­ков часов, узла программирования сигнального устройства. Внутренний комму­татор обеспечивает поочередное подключение счетчиков всех разрядов к пяти информационным выходам микросхемы. Сигналы с этих выходов поступают на дешифратор К176ИДЗ. Потребляемая микросхемами счетчиков мощность в ста­тическом режиме не превышает значений:
К176ИЕЗ, КЛ76ИЕ4, К176ИЕ5....... 2,26 мВт;

К176ИЕ2, К176ИЕ8.......... 0,9 мВт;

К176ИЕ12, К176ИЕ18.......... 0,3 мВт;

К176ИЕ13, К176ИЕ17.......... 0,46 мВт.
4. МИКРОСХЕМЫ СЕРИИ К561, К564, К512, К145
Серии К564, К561 близки по функциональному составу и электрическим характеристикам микросхем [8, 9]:
Напряжение источника питания, В..... 3 — 15

Выходное напряжение логического 0, В . . . . 0,01

Выходное напряжение логической 1, В . . . . (U_и.п.-0,01)

Статическая помехоустойчивость, В..... 0,45U_и.п

Статическая мощность, потребляемая одним логичес­ким элементом, мкВт........ 0,1
Основная особенность микросхем указанных серий состоит в том, что они имеют широкий диапазон значений рабочего напряжения питания: от 3 до 15 В. Эта особенность микросхем придает им большую универсальность в при­менении, существенно снижает требования к источникам питания, что упроща­ет их реализацию, позволяет в еще большей степени по сравнению с микро­схемами серии К176 снизить потребляемую мощность. Микросхемы серий К564 и К561 взаимозаменяемы, но имеют разное конструктивное оформление.

В составе серий К564, К561 имеются все микросхемы, необходимые для построения функциональных блоков электронных часов, но они менее приспо­соблены для этой области применения. В частности, в этих сериях отсутствуют дешифраторы-кодопреобразователи с выходами для сигналов управления мно-госегментными индикаторами, счетчики, совмещенные с такими дешифратора­ми в одном корпусе, более сложные микросхемы. Не отражены специфические для электронных часов требования и в микросхемах с повышенной функцио­нальной сложностью. Поэтому использование микросхем этих серий в электрон­ных часах сопряжено с применением сравнительно громоздких схемотехнических вариантов [7], для реализации которых требуется в два-три раза большее число корпусов по сравнению с аналогами на микросхемах серии К176.

Микросхемы серий К.564, К561 при напряжении источника питания 9 В электрически совместимы с микросхемами серии К176. Некоторые микросхемы этих серий взаимозаменяемы не только по выполняемым функциям и электри­ческим характеристикам, но и назначению внешних выводов. К числу таких микросхем относятся (соединены знаком равенства) [4]:
Логические микросхемы . . . К561ЛЕ5=К564ЛЕ5 = К176ЛЕ5

К561ЛЕ6= К564ЛЕ6 = К176ЛЕ6 К561ЛЕ10=К564ЛЕ10=К176ЛЕ10 К561ЛА7 = К564ЛА7=,К176ЛА7 К561ЛА8=К564ЛА8 = К176ЛА8

Триггеры......... К561ТМ2=К564ТМ2 = К176ТМ2

К561ТВ1 = К564ТВ1 = К176ТВ1

Регистры.........К56ШР2 = К564ИР2 = К176ИР2

Дешифраторы.......К361ИД1 = К564ИД1 =К176ИД1
В составе серий К564, К.561 имеются микросхемы, которые могут быть использованы в дополнение к серии К.176 для реализации некоторых функцио­нальных блоков.

Серия К512 состоит из микросхем, представляющих собой делители час­тоты с различными коэффициентами деления, в том числе программируемыми [10]: в частности, делители частоты К512ПС2, К.512ПС7 при использования стандартного кварцевого резонатора на частоту 32768 Гц позволяют получить на выходе секундные импульсы. Микросхемы К512ПС8, К512ПС9 позволяют реализовать на одной микросхеме генератор минутных импульсов, таймер, счет­ные устройства с программируемым коэффициентом деления и ряд других ус­тройств.

Для работы микросхем необходимо напряжение питания 1,35 В (К.512ПС2); 1,5 В (К512ПС7); 4 В (К512ПС8); 6 В (К512ПС9). Следовательно, микро­схемы серий К512 и К176 несовместимы. Значения потребляемой микросхемами статической мощности лежат в пределах от 2,25 (К512ПС7) до 120. мкВт (К512ПС8).

Конструктивно микросхемы выполнены в пластмассовых и металлостеклянных корпусах с числом выводов 5, 14 и 16.

Серия К145, микросхемы которой изготавливаются на основе МДП-транзисторов с индуцированным каналом р-типа, широко применяется в калькулято­рах. В настоящее время серия дополнилась рядом больших интегральных схем, предназначенных для применения в электронных часах. В частности, К145ИК1901 в структурной схеме электронных часов обеспечивает выполнение следующих функций: отсчет и выдачу на индикацию единиц и десятков часов, единиц и десятков минут; отсчет и выдачу на индикацию по вызову единиц и десятков секунд, единиц и десятков минут; установку времени появле­ния звукового сигнала будильника; работу в режиме таймера (ус­тановку, обратный счет и выдачу на индикацию минут и секунд, а также сиг­нала окончания заданного интервала времени); выдачу сигнала установки бу­дильника с дискретностью 1 мин и по вызову информации об установке на ин­дикацию без нарушения хода часов; выдачу и индикацию секундного интервала, выдачу минутного интервала в режиме текущего времени; прерывание сигнала будильника без нарушения режима часов и времени установки; коррекцию пока­зания времени в разрядах секунд и минут.

Вариант принципиальной схемы часов на К145ИК1901 описан в § 15.