содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЛОКИ ЭЛЕКТРОННЫХ ЧАСОВ

5.

ГЕНЕРАТОРЫ СЕКУНДНЫХ И МИНУТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ЧАСОВ НА МИКРОСХЕМАХ

Для формирования импульсной последовательности с периодом повто­рения 1 с (секундных импульсов) в электронных часах обычно используют мик­росхемы, специально предназначенные для этой цели: К176ИЕ5, К176ИЕ12, К176ИЕ18. В структуре указанных микросхем предусмотрены ключевые элемен­ты (инверторы), выполняющие роль усилителей-формирователей и в этом каче­стве составляющие основу ЗГ. На рис. 17 приведены структурная схема К.176ИЕ5 и варианты подключения к ней внешних радиодеталей для образова­ния схемы ЗГ. Рассмотрим приведенные варианты, предварительно заметив, что они не исчерпывают возможность схемотехнических решений этого функцио­нального узла, а представляют собой примеры схем, получивших широкое рас­пространение на практике.

В первых двух вариантах (рис. 17,а,б) ЗГ построен по схеме несиммет­ричного мультивибратора с одной времязадающей RС-цепью. Вместо конден­сатора в цепь положительной обратной связи (ПОС) включается кварцевый ре­зонатор Z. Для обеспечения режима устойчивых автоколебаний вводится цепь отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току, благодаря кото­рой инверторы выводятся на линейный участок характеристики передачи, где они обладают усилительными свойствами.

Рис. 17. Генераторы импульсов на микросхеме К176ИЕ5:

а, б — на основе мультивибраторов, в — на основе задающего генератора с трехточечной схемой

Менее критичной к сопротивлению резистора в цепи ОС является схема второго варианта (рис. 17,6). При необходимости подстройки с целью стабили­зации режима генератора в цепь ОС вводится переменный резистор R2. При использовании низкочастотного кварцевого резонатора с частотой до 100 кГц рекомендуется включение конденсатора С небольшой емкости между входом первого инвертора и корпусом для устранения паразитного высокочастотного самовозбуждения генератора.

Третий вариант (рис. 17,в) ЗГ реализуется по трехточечной схеме, в кото-_кой кварцевый резонатор включается в диагональ резистивно-емкостного моста, подключаемого другой диагональю к инвертору. Инвертор должен работать в режиме усиления. Настройка генератора на частоту кварцевого резонатора производится подбором емкости С2 и с помощью переменного конденсатора СЗ.

Наиболее удобным для совместного применения с микросхемами серии К.176 являются стандартные кварцевые резонаторы на частоту 32 768 Гц. Это объ­ясняется тем, что имеющиеся внутри указанных выше микросхем делители обес­печивают деление частоты ЗГ [_т в 2¹⁵ раз, т. е. в 32 768 раз, что позволяет на выходе микросхем получить секундные импульсы. В микросхеме К176ИЕ5 для этого требуется дополнительное внешнее соединение (рис. 17), в других (К176ИЕ12, К176ИЕ18) необходимость в таком соединении отсутствует.

На рис. 18,а приведена принципиальная схема генератора секундных им­пульсов на микросхеме К176ИЕ5. Здесь и в других схемах на этом рисунке численные данные приведены для варианта применения стандартного кварцево­го резонатора на частоту 32 768 Гц. Микросхемы допускают также использо­вание кварцевого резонатора на частоту 16 384 Гц. Тогда секундные импульсы выделяются на выходе 2¹⁴ (вывод 4). Назначение других выходов и получаемых на них сигналов рассмотрено в § 3.

На микросхемах К176ИЕ12, К176ИЕ18 могут быть реализованы также и ге­нераторы минутных импульсов. Структура этих микросхем по сравнению с К176ИЕ5 дополнена делителем на 60, который в микросхеме К176ИЕ12 имеет отдельный вход Т2 (рис. 18,6).

Рис. 18. Генераторы импульсов на микросхемах серии К176:

а — К176ИЕ5, б — К176ИЕ12, в — К176ИЕ18

Для образования генератора минутных импульсов необходимо выход 2¹⁵ (вывод 4) внешним соединением подключить ко входу Т2 (вывод 7). Минут­ные импульсы выделяются на выходе 60 (вывод 10).

В микросхеме К176ИЕ18 делитель на 60 внешнего входного вывода не имеет. Его вход внутренним соединением подключен к выходу генератора се­кундных импульсов. Таким образом, микросхема К176ИЕ18 при подключении к ее выводам 12, 13 резистивно-емкостной цепи с кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц (рис. 18,б) позволяет получить последовательность секундных (вывод 4), минутных импульсов (вывод 10), а также другие импульсные по­следовательности, назначение которых описано в § 3.

Рассмотренные схемы относятся к варианту применения специальных часо­вых кварцев. При их отсутствии можно воспользоваться кварцем на другую частоту, но при выполнении некоторых условий. Прежде всего следует учиты­вать, что наибольшая частота переключения микросхем серии К176 равна 1 МГц и поэтому собственная частота резонатора не должна превышать это­го значения. При необходимости использовать кварцевый резонатор с более высокой собственной частотой рекомендуются микросхемы серий К561, К564 — дс 2 — 3 МГц, серии К155, К555 — до 10 — 15 МГц. Последние две серии отно­сятся к классу микросхем транзисторно-транзисторной логики (R155) и ТТЛ с диодами Шотки (К555) [4].

Следует также принять во внимание, что герметизированный кварц можно использовать только на номинальной частоте. Если эта частота кратна 10, то для ее деления до 1 Гц целесообразно использовать делители на 10 — микро­схемы К176ИЕ2, К176ИЕ4, К176ИЕ8. Например, если частота кварца равна . 1 МГц, то для реализации генератора секундных импульсов необходимы шесть микросхем делителей на 10.

Практический интерес представляет вопрос о реализации генератора секунд­ных и минутных импульсов на основе кварцевого резонатора, который не гер­метизирован и допускает увеличение рабочей частоты уменьшением длины пластины.

При подгонке частоты кварцевого резонатора целесообразно исходить из того, что наиболее простым и удобным для реализации является схемотехниче­ский вариант генератора секундных импульсов на основе двоичного счетчика с последовательным переносом (рис. 14). Такой счетчик в режиме делителя час­тоты позволяет получить коэффициент деления 2ⁿ, где n — число разрядов (триггеров) делителя. Следовательно, в 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.

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

30 17477

21 34952

22 69905

23 139810

24 279620

25 569240

26 1118480

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.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..