Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

Простые часы на ВЛИ

Автор: uldemir
Опубликовано 09.09.2013.
Создано при помощи КотоРед.

Как можно не поздравить РадиоКота с восьмилетием и не вручить традиционные часы. Эти часы на более новых индикаторах - вакуумно-люминесцентных (ВЛИ) и собраны на уникальных микросхемах выпускавшихся советской промышленностью - К176ИЕ3, К176ИЕ4 и К176ИЕ18. Зарубежные аналоги отсутствуют. Так как эти микросхемы специально предназначены для изготовления часов, маловероятно придумать с ними что-либо, что хоть отдалённо не будет напоминать ранее опубликованную конструкцию. Собственно, исходя из критерия примененности счетчиков К176ИЕ3/4 и микросхемы дающей тактовые минутные импульсы, можно считать, что прообразом этой схемы является схема опубликованная в сборнике “В помощь радиолюбителю” выпуск 1089 на стр.38 (авторы В.Г.Ковалёв. О.Н.Лебедев). Отличием от этой конструкции можно считать возможность использования для установки времени кнопок с замыкающим контактом (а не переключающим, как у прототипа), так же более надёжный сброс счетчика часов при наступлении полночи. Изменена схема питания, отказавшись от намотки или приобретения громоздкого сетевого трансформатора, взамен которого нужно будет намотать маленький импульсный трансформатор. Но, пожалуй, обратимся к схеме:

Сердцем часов является тактовый генератор, собранный на микросхеме DD1 К176ИЕ18 по совершенно типовой схеме с использованием кварцевого резонатора на частоту 32768 Гц, часто известный под названием “часовой кварц”. К генератору относятся сопротивление R1 вводящее логический элемент внутри микросхемы в усилительный режим, R2 ограничивающий мощность на кварцевом резонаторе, а так же конденсаторы C1, C2, являющиеся нагрузкой кварцевого резонатора. С помощью этих конденсаторов можно настроить точность генератора, чтобы часы шли по-точнее. Импульсы созданные этим генератором поступают внутри этой же микросхемы на счетчики-делители, которые делят эту частоту до 1024Гц (вывод 11), 2Гц (вывод 6) и до секундных импульсов (вывод 4). Далее, эти секундные импульсы поступают на делитель до 60, на выходе которого (вывод 10) наличествуют минутные импульсы (40 секунд лог.0, 20 секунд лог.1).

Эти минутные импульсы минуя элемент исключающее-ИЛИ DD7.2 поступают на счетчик единиц минут DD2, с выхода переноса которого, импульсы поступают на счетчик DD3. Счетчик DD2 выполнен на микросхеме К176ИЕ4, которая является десятичным счетчиком с дешифратором в семисегментный код. DD3 выполнен на микросхеме К176ИЕ3, которая аналогична микросхеме К176ИЕ4, но считает не до 10, а до 6. Таким образом, эти две микросхемы вместе образуют счетчик до 60 и делят минутные импульсы до часовых.

Аналогично минутным, эти импульсы минуя элемент DD7.1, поступают на следующую пару счетчиков DD4 и DD5, которые должны считать уже часы. Однако, часов в сутках далеко не 60, а только 24. Для того чтобы эти счетчики считали только до 24, необходим узел выполненный на микросхеме DD8. Микросхемы К176ИЕ4/3, помимо вывода переноса, имеют так же выход, на котором устанавливается лог.1 при достижении счетчиком значения 4, для К176ИЕ4, или 2, для К176ИЕ3. Таким образом, когда счетчик досчитает до 24-х, на обоих этих выходах возникнет уровень лог.1, который подаётся на вход логического элемента И-НЕ DD8.2 на выходе которого, в этом случае, появится лог.0. Этот сигнал проинвертировав можно было бы подать на входы сброса этих счетчиков (как по сути и сделано в прототипе), но это решение не достаточно надёжно. Имеется множество свидетельств, что много лет работающие нормально аналогичные часы изредка (но как всегда, в самый не подходящий момент), то убегают на 4 часа вперед, то отстают (а то и, вообще, зацикливаются на участке 20-24 часа). Причиной этого является различная скорость сброса этих микросхем, и стоит одной микросхеме сброситься раньше, как условие сброса снимается и вторая микросхема не успев выполнить сброс, остаётся в предыдущем состоянии. Для этого необходимо импульс сброса несколько “затянуть”. Это выполняет триггер выполненный на элементах DD8.1, DD8.3. При поступлении лог.1 на оба входа DD8.2, на её выходе появляется лог.0, который опрокидывает триггер в состояние, при котором на выводе 3 появляется лог.1, сбрасывающий счетчики. Триггер в таком состоянии будет находиться до тех пор, пока на вывод DD8.3 не поступит уровень лог.0. Так как этот вывод подключен к микросхеме К176ИЕ18 на котором наличествуют импульсы с частотой 1024Гц, то это событие произойдёт через 488 (примерно) микросекунды после наступления полуночи. Таким образом импульс сброса будет растянут на такую же величину, которая вполне достаточна, чтобы обе микросхемы успели сброситься. А так как следующее изменение счетчика часов не ожидается в течении этого времени (даже при ручной установке времени), то на правильность счета такая задержка влиять не будет.

Этих микросхем достаточно, чтобы считать время. Но, изредка, необходимо это время, либо установить, либо корректировать. Для этого служат кнопки S1-S3 и микросхема DD6. При нажатии кнопки S1, уровень лог.1 подаётся на вход сброса микросхемы DD1, который переводит все счетчики-делители и счетчик секунд в исходное состояние и удерживаются в нём, пока этот уровень присутствует на входе. К сожалению, у этой микросхемы есть один недостаток, заключающийся в том, что убрав активный уровень со входа сброса, счетчик секунд сразу устанавливается в состояние 1. Таким образом, первая минута будет на одну секунду короче всех остальных (только 59 секунд, а не 60). Для того, чтобы обойти эту проблему, кнопку сброса надо отпускать не с началом шестого сигнала точного времени, а спустя одну секунду.

Кнопки S2 и S3 предназначены для установки минут и часов, соответственно. Для того, чтобы при нажатии кнопки из-за дребезга контактов счетчики не перескакивали на неизвестное число вперед, применён следующий способ обработки нажатия кнопок. На тактовые входы триггеров DD6.1 и DD6.2 поступают импульсы с интервалом в пол-секунды. По каждому фронту этих импульсов триггер переходит в состояние соответствующее уровню на входе, к которому поключена кнопка. Если кнопка не нажата, то на вход через резистор R4 (или R5, для установки часов) поступает лог.0 и триггер находится в сброшенном состоянии и на остальную схему никак не влияет. Если же кнопка будет нажата, то триггер установится в единичное состояние (на выводе 13 для установки минут или 1 для установки часов появится уровень лог.1). Этот уровень, используя элемент исключающее-ИЛИ DD7.1 или DD7.2, будет подан на вход соотвествующего счетчика. Чтобы вернуть триггер в исходное состояние, используется тот же сигнал частотой 1024Гц, который был использован для сброса триггера сбрасывающего счетчики часов в полночь. Но так как для сброса триггеров DD6 требуется уровень лог.1, этот сигнал проходит через инвертор выполненный на элементе DD8.4.

Питание часов производится от стабилизированного источника питания напряжением 12в подключенного к разъёму X1. Диодный мост B1 предназначен для защиты от переполюсовки. Это напряжение пройдя линейный стабилизатор DA1 преобразуется в напряжение 5в, которое и подаётся для питания микросхем через диод VD5. Так как потребление цифровой части при питании 5в составляет менее 10мкА, к разъёму SL1 можно подключить источник резервного питания через защитный диод (скажем, 3 элемента типа АА) или ионистор, таким образом обеспечивая бесперебойный ход часов при отсутствии основного питания. Диод VD6 и резистор R8 предназначены для установки уровня напряжения соотвестствующему лог.1 при наличии основного питания и лог.0 при отсутствии его. Эта цепь отключает кнопки (они перестают действовать) при отсутствии основного питания, чтобы нечаянно не сбить время.

Так как для питания вакуумно-люминесцентных индикаторов необходимо еще два напряжения: накала, который для ламп ИВ-11 составляет 1.45в, и анодное, которое должно быть порядка 27-30 вольт. Это напряжение формируется из 12 в при помощи трансформатора T1. Генератор выполненный на микросхеме DA2 поочередно открывает транзисторные ключи VT15.1 и VT15.2 с частотой около 30кГц. На вторичных обмотках между выводами 9 и 6 трансформатора формируется напряжение накала, а между выводами 7 и 9 напряжение, которое после выпрямления диодным мостом, собранным на диодах VD1-VD4, подаётся на аноды, сетки и катоды индикаторов.

Схема управления индикаторами приведена на рисунке. В качестве ключей применены p-канальные полевые транзисторы.Так как для их открытия необходимо подать отрицательное напряжение на затвор по отношению к истоку, исток подключен к положительной шине питания и канал открывается когда на выходе микросхемы появляется низкий логический уровень.

Если не задаваться целью получить минимальное потребление от резервного источника питания, то можно применить и биполярные транзисторы структуры p-n-p. Пример включения их приведён на рисунке ниже.

Четыре индикаторные лампы подключенные к счетчикам К176ИЕ3 и К176ИЕ4 отображают часы и минуты. Пятая лампа предназначена для индикации разделителя: черточки (или другого символа, по желанию) между часами и минутами. Можно применить как еще одну такую же лампу, так и лампу меньшего размера (например, ИВ-6, ИВ-3) или специально предназначенную для таких целей ИВ-1. Так как напряжение накала у другого типа лампы может отличаться, то излишек гасится на резисторе R7. Величина этого резистора рассчитывается по закону Ома: R=U/I, где U - напряжение которое надо погасить, I - ток накала выбранной лампы. Для ИВ-6 имеем напряжение накала 1в, ток накала 50мА, следовательно, надо погасить 1.45-1= 0.45в. Таким образом сопротивление резистора 0.45в/0.05А=9 Ом (выбираем ближайший номинал из стандартного ряда 9.1 Ом). Мощность рассеиваемая резистором считается по формуле P=U*I (0.45*0.05=0.0225 - можно использовать резистор МЛТ-0,125). Анод этой лампы подключается прямо к выводу 4 микросхемы К176ИЕ18 без транзисторного ключа, так как эта микросхема позволяет такое включение. Разделительная черточка должна вспыхивать с периодичностью один раз в секунду.

Часы можно собрать на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита. Фотошаблон, расположение перемычек и деталей находятся в приложенном архиве. Однако, это только ориентировочный чертёж, так как, можно применить другие детали и тогда плату нужно будет скорректировать под свои компоненты.

Микросхемы К176ИЕ3, К176ИЕ4 заменить ничем иным не удастся. Микросхему К176ИЕ18 можно заменить на К176ИЕ12, но тогда придётся немного изменить разводку: 14-й вывод отсоединить от общего провода и оставить висеть в воздухе, 9-й вывод соединить с 5-м выводом, а 7-й соединить с 4-м. Индикатор нужно будет подключить уже через ключ, аналогичный тем, через которые подключены все остальные лампы. К176ТМ2 допускается заменить на К176ТМ1 без изменения разводки. А так же эту и все оставшиеся цифровые микросхемы можно заменить на зарубежные аналоги. Транзисторы в анодных ключах ламп можно использовать любые p-канальные полевые транзисторы с изолированным затвором с напряжением сток-исток не менее 30 вольт и напряжением отсечки затвора Vgs не более 3в (обычно они позиционируются как управляемые логическими уровнями). Но, как уже упоминалось, жертвуя резервным питанием и добавив по одному резистору можно применить практически любые биполярные транзисторы структуры p-n-p, хоть КТ361Б. Транзисторы в преобразователе надо выбирать по низкому сопротивлению канала в отрытом состоянии и на ток стока не менее 1А. Диоды выпрямителя анодного напряжения можно заменить на 1n4148.

Самая сложная деталь, трансформатор преобразователя, изготавливается с использованием сердечника типоразмера EFD20 без зазора и материала N87 или N97 от Epcos или 3F3 от Ferroxcube. Расчет трансформатора вёлся с большим запасом из соображения получить более точное соотношение витков первичной обмотки и накальной. Для намотки используется 10-контактный каркас под этот сердечник. Сначала мотается первичная обмотка сразу в два провода диаметром 0.25 мм. Если использовать именно такой провод, то эти обмотки уложатся ровно в два слоя. Начала двух проводов соединяются с контактами 2 и 3, и производится намотка первого слоя в котором должно уместиться 22 витка. После чего делается прокладка и мотаются оставшиеся 22 витка. При переходе на второй слой провода должны перекреститься как показано на схематическом рисунке (бледные цвета соответствуют первому слою, яркие - второму).

 

После изоляции этой обмотки мотаются обмотки накала. Каждая обмотка мотается лентой из 3 проводов. И самое важное - обмотки необходимо разместить равномерно по ширине каркаса. Здесь толщина провода не особенно влияет. Можно мотать и более толстым, с меньшим числом жил, проводом, соблюдая суммарное сечение провода. Лишь бы обмотки влезли на каркас.

Фазировка обмоток на схеме указана условно. Её необходимо соблюдать только для накальных обмоток. Для остальных обмоток взаимная фазировка не требуется.

Третья, анодная обмотка, проблем вызвать не должна. Главное, опять же, равномерно распределить обмотку по всей ширине каркаса.

Пожалуй, стоит добавить, что правильно собранное устройство в настройке не нуждается и начинает работать сразу. Необходимо только, подстроечным конденсатором C1 отрегулировать точность хода.

При эксплуатации часов, может показаться избыточной яркость индикаторов, особенно, в тёмное время суток. Можно попробовать воспользоваться возможностью, предоставляемой микросхемой К176ИЕ18. Для этого, необходимо сетки ламп соединить с выходами Т1-Т4 (произвольно) этой микросхемы. Тогда, изменяя логический уровень на 14-м выводе будет изменяться ширина импульса открывающего лампу, тем самым уменьшая её яркость.


Файлы:
Архив с фотошаблоном и расположением элементов


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

6 2 4
1 0 0