Електронний годинник на інтегральних мікросхемах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Зміст

Вступ

1. Аналіз існуючої проблеми

2. Опис використаної елементної бази для розробки електронного годинника

3. Структурна схема її устрій

4. Розробка електричної принципової схеми та опис

5. Аналіз і налагодження схеми з використанням програми Electronics Workbench

Висновок

Список використаної літератури

Перелік умовних позначень, символів,скорочень

EWB В Вт Сек. Хв. Год. Од. Дес. кОм мА	- electronics workbench - вольт - ватт -секунд -хволин -годин -одиниці -десятки -кило Ом -мега ампер

Вступ

Годинники, засновані на підрахунку періодів коливань від стабільного кварцового генератора за допомогою лічильників дільників і виведенням показань на електронний дисплей електро-люмінесцентної-вакуумний, світодіодний або рідкокристалічний допомогою дешифраторів. Перші електронні годинники робилися на окремих лампах потім транзисторах і мікросхемах. Потім були зроблені і наручний електронний годинник володіють світодіодним дисплеєм, але вони могли показувати час дуже недовго: занадто ненажерливими виявлялися світлодіоди, потім використовували властивості рідких кристалів орієнтуватися в зовнішньому електричному полі і пропускати світло з одним напрямком поляризації. Будучи поміщеним між двома поляризаторами, світло від зовнішнього джерела зовсім поглинався системою поляризатор-рідкий кристал-поляризатор-відбивач за наявності електричного поля ставав темним і утворював елемент зображення. У результаті цього було значно знижено енергоспоживання, і заміна елементів живлення відбувається набагато рідше. У сучасні електронні годинники вбудований як правило мікроконтроллер, і у годинника з'явилося багато сервісних функцій (будильники, мелодії, календарі тощо), але мікроконтроллер так само продовжує вважати періоди коливань все того ж кристалу кварцу.

Зауваження: Існують також електронний годинник, засновані на принципі підрахунку періодів частоти живильної мережі, у багатьох країнах існують дуже жорсткі вимоги до стабільності частоти, але все-таки при коливанні навантаження частота мережі може змінюватися, і точність такого годинника не може вважатися нормальною, хоча для багатьох людей вона є достатньою.

Пропонована курсова робота ставить на меті познайомити радіолюбітелів з технічною реалізації електроного годинника на інтегральних мікросхемах к176 з напругою живлення в 9В і розрядністю пристроя ГГ-ХХ-СС, та показати накопичені знання з цієї теми протягом виконання курсової роботи.

1. Аналіз існуючої проблеми

Останні роки відзначені масовим наповненням ринку всілякої автоматизованої апаратурою самого різного призначення і самої різної складності від пластикової платіжної картки до холодильника, автомобіля і найскладніших установок. Це стало можливим завдяки мікроконтролера (МК) Мікроконтролери входять в усі сфери життєдіяльності людини, їх насиченість у нашому оточенні росте з року в рік. Те що здавалося нам 5 років тому казкою зараз цілком можливо завдяки стрімкому розвитку технології виробництва електронних компонентів. Та п'ять років тому ми вже знали про суперкомп'ютери суперпроцессори суперАЦП і т.д. Ну а що ж зараз а зараз "ВСЕ В ОДНОМУ Корпус "і це жорстока правда. Раніше, винахіднику електронних схем доводилося мати справу з" купою "електронних компонентів, розміщуючи з величезною працею все на друкованій платі розміром метр на метр і при випробуванні кип'ятити чайник на той же платі (це про що витрачається енергію), в наш час розробнику електронної апаратури не загрожують вище зазначені складності, точніше чим більше грошей тим менше складнощів.

Але з'являються нові незручності інформаційного суспільства є такі як:

Фірми виробляють мікроконтролери ATMEL, INTEL, ZILOG, MICROCHIP, "і з радістю для патріотів" Ангстрем, scenix, здається можна продовжувати нескінченно. Кожна з перелічених фірм крім Ангстрем має більше 100 видів різних за призначенням мікроконтролерів, а кожний мікроконтролер не менш 200 сторінок технічних описів і характеристик плюс до цього на англійською мовою, крім ангстрем. Обери свій девіз сучасного суспільства.

Засоби розробки програмного забезпечення для мікроконтролерів у кожної фірми своє, а що стосується мов програмування звичайно асемблер самий старий, добрий, всім зрозумілий, ну а що через рік перерахуємо деякі, "C,

PASCAL, JAVA, DELPHI, C + +, + TURBO, + VISUAL "знову можна продовжувати нескінченно.

В даний час серійно випускаються електронний годинник для самих різних застосувань і з різним оформленням: наручні, настільні, на стінні, автомобільні, спортивні і т. д. По комплексу основних відображувачів: інформативності, функціональним можливостям, точності ходу, енергенергетичних ресурсів і надійності електронний годинник значно превосходять механічні та електронно - механічні годинники. Накопичено значний досвід зі створення радіоаматорських зразків часов з цифровою індикаціей на мікроелектронної основі.

Рис.1.1

Розробка радіоелектронних пристроїв вимагає високої точності і глибокого аналізу. Еlесtrоnісs Workbench може застосовуватися як заміна дорогого устаткування що дозволяє робити велику кількість аналізів радіоелектронних пристроїв, що займає досить багато часу при стандартних методах розробки.

Еlесtrоnісs Workbench містить у собі велику кількість моделей радіоелектронних пристроїв найбільш відомих виробників, таких як Motorolla.

Еlесtrоnісs Workbench простий у звертанні і не вимагає глибоких знань у комп'ютерній техніці.

2. Опис використаної елементної бази для розробки електронного годинника

Рис.2.1

Мікросхема К176ІЕ12 (рис.2.1) являє собою більш складну функціональний вузлел електронних годинників і по виконуваних функцій еквівалентні декільком більш простим мікросхем, розглянутим раніше. Зокрема, обидві мікросхеми дозволяють реалізувати на їх основі ЗГ, формують секундні і хвилинні сигнали, а також сигнали, необхідні для управління семісегментним катодолюмінесцептним індикатором в режимі динамічної індикації. Мікросхема К176ІЕ12 складається з трьох основних вузлів: підсилювача формувача сигналів ЗГ, 15-розрядного дільника і дільника на 60. Запросах генератор на мікросхемі К176ІЕ12 реалізується підключенням до висновків 12, 13 RС-ланцюга з кварцовим резонатором на частоту 32 768 Гц.На виході fг виходять посилені по потужності коливання ЗГ. Імпульси генератора, що задає внутрішньосхемного з'єднанням підведені до входу 15-розрядного лічильника.

На виходах лічильника реалізуються коефіцієнти рахунку (ділення), вказані на умовному позначенні мікросхеми. Сигнали на цих виходах мають наступне призначення: на виході 215 (висновок 4) -секундні імпульси; на виході 214 (висновок 6) - імпульси з частотою 2 Гц, що використовуються іноді для встановлення показань годин (основне призначення цього виходу - виділення секундних імпульсів при використанні кварцового резонатора на частоту. 1G384 Гц); на виході 25 (висновок 11) - імпульси з частотою 1024 Гц для блоку звукової сигналізації на виходах Y1 - Y4 (виводи 3, 2, 1, 15) - стробірующіе імпульси з частотою повторення 128 Гц для управління сітками багаторозрядних катодолюмінісцентних індикаторів у режимі динамічної індикації (сигнали з частотою f2); варіант використання цих сигналів у серійних годинах «Електроніка 2-06» показано на рис. 48. Установка всіх розрядів в нульове стан проводиться по входу R1 напряженіемвисокого рівня.

Дільник на 60 має два входи: Т2 (висновок 7) для лічильних імпульсів і R2 (висновок 9) для сигналів установки дільника в нульове стан. На виході 60 (висновок 10) утворюються імпульси з частотою проходження в 60 разів меншою, ніж частота вхідних сигналів. При зовнішньому з'єднанні виходу 215 і входу Т2 на виході 60 будуть виділятися імпульси з періодом повторення 1 хв.

Рис. 2.2 Мікросхема К176ІЕ4: Рис. 2.3 Мікросхема К176ІЕЗ:

а - принципова схема, б - відповідність а - принципова схема, б -часові позначень виходів мікросхеми та2 сегментів діаграми сигналів на виходах індикаторів (висновок 3) та 6 (висновок 2)

По розглянутому принципом, як уже зазначалося, побудовано багато мікросхеми лічильників-дільників серії К176. Мікросхема К176ІЕ4 (рис. 2.2, а) складається з двох виконаних в одному кристалі функціональниех вузлів: пятіразрядного лічильника і дешифратора його станів з перетворенням вихідного коду лічильника в семіелементний код для управління сегментами індикатора. Виходи дешифратора для зручності позначають тими ж символами, що і сегменти індикатора (рис. 2.2,б). Які формуються на цих виходах сигнали будемо називати сегментними. Для порушення сегмента відповідний йому сегментний сигнал повинен мати рівень 1.

При необхідності за допомогою керуючого сигналу на вході V (висновок 6) можна інвертувати сегментні сигнали. Для цього на вхід V слід подати напругу з рівнем логічної 1. У звичайному режимі роботи мікросхеми напруга на цьому вході дорівнює 0. Для забезпечення управління РКІ, що вимагає змінної напруги, на вхід V подається послідовність імпульсів з частотою 64 Гц.

Мікросхема К176ІЕ4 має ще два виходи, які позначені цифрами 4 і 10. Вихід 4 (висновок 3) - вихід четвертого розряду лічильника, який на схемі рис. 10, а позначений Q4, а вихід 10 (висновок 2) - це вихід Q5 останнього розряду лічильника. Зміни напружень на цих виходах у процесі роботи мікросхеми наведені на рис. 10,6. Як видно, це однакові за формою і тимчасовим характеристикам сигнали, один з яких Q4 змінює свій рівень з 0 на 1 після четвертого вхідного сигналу (саме на це вказує цифра 4 на умовному позначенні виходу), а інший Q5 - після п'ятого, так що взаємний зсув цих сигналів дорівнює одному періоду повторення вхідних імпульсів. Вихід 10 використовується для отримання сигналів з частотою проходження в 10 разів меншою, ніж частота вхідних імпульсів.

Для установки нульового стану лічильника необхідно на вхід R подати напругу високого рівня, яке потім повинно бути знято і під час роботи лічильника мати рівень 0.

Мікросхема К176ІЕЗ (рис. 2.3, а) за структурною схемою аналогічна К176ІЕ4. Відмінність полягає в тому, що пятіразрядний лічильник в процесі роботи приймає шість станів з десяти можливих. Такий режим лічильника забезпечений внутрішніми зв'язками, які виключають чотири «зайвих» стану: після шостого вхідного імпульсу всі тригери у схемі лічильника скидаються в нульове стан. У результаті на виході 6 (висновок 2), який є виходом останнього тригера Q5, формується імпульсна послідовність з частотою повторення в шість разів меншою, ніж частота вхідних сигналів (рис. 2.3,б). На виході 2 (висновок 3), який є виходом другого тригера Q2, виходить послідовність імпульсів з такою ж, як на виході 6, частотою повторення, але відрізняються за формою: напруга на цьому виході змінює свій рівень з 0 на 1 після другого імпульсу в кожній серії з шести імпульсів на вході.

Сигнали з виходів 4 і 2 в мікросхемах відповідно К176ІЕ4 і КД76ІЕЗ використовуються як сигнали ОС, що встановлюють лічильники одиниць і десятків годин в нульове стан по досягненні ними станів, відповідних 24г.

3. Структурна схема та її устрій

електронний годинник інтегральна мікросхема

В основу побудови електронних годинників покладено спосіб вимірювання та індикації часу, який полягає в перерахунку імпульсів, які формуються високостабільним генератором, і відображенні результатів перерахунку електронним індикатором.

Структурна схема електронного годинника (рис. 3.1) включає генератор секундних імпульсів, блок лічильників, блок дешифраторів, блок установки і корекції, індикатор, блок живлення. Генератор секундних імпульсів виробляє імпульси напруги з частотою проходження 1 Гц, тобто з періодом повторення 1 с. Він складається з генератора, що задає ЗГ, стабілізованого кварцовим резонатором Z, перетворювача гармонійних коливань в імпульси і дільника частоти їх слідування до 1 Гц. Підстроювання частоти ЗГ проводиться змінним конденсатором С.

На практиці широко застосовується спосіб побудови ЗГ на основі мультівібратор з кварцовим резонатором в колі зворотного зв'язку У цьому варіанті відпадає необхідність у спеціальному формувачі імпульсів, оскільки сигнали на виході мультівібратор мають форму імпульсів прямокутної форми.

Риc. 3.1 Структурна схема електронного годинника

Блок лічильників призначений для відліку часових інтервалів. Він складається з послідовно включених лічильників-дільників, з яких перший і другий виробляють відлік одиниць і десятків секунд відповідно, третій і четвертий - одиниць і десятків хвилин, п'ятий і шостий - одиниць і десятків годин.

При введенні календаря блок доповнюється лічильниками днів тижня і чисел місяця. На вхід блоку лічильників надходять імпульси з частотою слідованя 1 Гц. Така низька частота вхідних сигналів дозволяє вибирати для побудови лічильників мікросхеми з малим швидкодією і з можливо меншою споживаною потужністю.

Кожен лічильник-дільник складається з кількох послідовно включених тригерів і характеризується коефіцієнтом рахунку, значення якого визначається місцем даного лічильника в структурній схемі блоку. Так, лічильники одиниць секунд і хвилин мають коефіцієнт рахунку 10. У лічильників десятків секунд і хвилин коефіцієнт рахунку дорівнює 6. Отже, загальний коефіцієнт рахунку кожної з перших двох пар лічильників становить 60. Це означає, що на виході другого лічильника формуються імпульси з періодом повторення 1 хв, а на виході четвертого - з періодом повторення 1 ч.

Останні два лічильника в блоці призначені для відліку одиниць і десятков годин. Тому їх загальний коефіцієнт рахунку має бути дорівнює 24. Для забезпечення цього значення в схемі з'єднань лічильників передбачена логічна зворотний зв'язок (ОС). В одному з можливих варіантів реалізації ланцюг ОС включає схему збігу, на входи якої надходять сигнали з певних виходів лічильників, а що формується цією схемою сигнал впливає на входи скидання лічильників у нульовий стан.

Для початкової установки і коригування показань годин на їхній пристрій вводиться спеціальний блок. У найпростішому варіанті цей блок поставляется собою електронний комутатор з кнопковим управлінням, який здійснює підключення виходу генератора секундних імпульсів до входів одиниць хвилин і годин. При цій комутації установка необхідних станів лічильників хвилин і годин зі швидкістю 1 Гц.

У більш складному виконанні блок установки і корекції включає логічний вузол, що забезпечує при наявності календаря автоматичну коригування лічильників числа днів. Зазначена функція блоку установки і корекції є типовою для наручних електронних годинників, більшість моделей яких забезпечені автоматичним календарем на рік, а деякі, наприклад «Електроніка Б5-205», автоматичним календарем на 100 років з програмою, що передбачає корекцію свідчень чисел з урахуванням високосних років.

Блок дешифраторів виконує перетворення двійкових сигналів на виходах лічильників в сигнали управління індикаторами. Блок дешифраторів може бути побудований за принципом статичної або динамічної індикації. Відповідно до принципу статичної індикації дешифратор включається на виході кожного з лічильників.

У сучасних вимірювальних приладах, в тому числі до електронному годиннику, широко застосовують багатосегментні індикатори, принцип дії яких заснований на електронних явища у вакуумі та газовому середовищі (електровакуумні), у твердому тілі (напівпровідникові), у рідких кристалах (жид-дрібнокристалічний). Для управління багатосегментний індикатором необхідний такий дешифратор, який перетворює вхідний код, що відображає стан лічильника, у вихідний код для управління багатосегментний (у більшості випадків семісегментним) індикатором.

До вихідних сигналах дешифраторів, тобто до їх вихідним струмів і напруг, повинні бути пред'явлені вимоги, що забезпечують надійне включення індикаторів. У разі застосування мікроелектронних дешифраторів слід зіставити їх електричні характеристики з параметрами керуючих впливів обраних індикаторів.

При невідповідності можливостей дешифраторів вимогам до сигналів управління індикатором в структурній схемі годин передбачається додатковий блок сполучення. Нерідко в якості елементів сполучення приміняються транзисторні ключі, кожен з яких підключений своїм входом до виходу дешифратора і виконують роль підсилювача-формувача сигналів з необхідними характеристиками. Вихід ключа з'єднаний із сегментом індикатора. Функціональні вузли сполучення зазвичай виконують на мініатюрних дискретних транзисторах, або на основі мікросхем, що містять набір транзисторів, або на мікросхемах підсилювачів-формувачів, що випускаються в складі ряду серій.

Індикатор електронних годинників представляє собою або сукупність електросветових приладів, число яких визначає розрядність індикатора, або споруджений у вигляді єдиного багаторозрядного приладу (плоский індикатор).

Вказана можливість катодолюмінісцентних приладів дозволяє підключити їх безпосередньо до виходів мікросхем з напругою живлення 9 В, до числа яких належать мікросхеми серії К176.

Накальние індикатори, робота яких заснована на принципі освітлювальної лампи розжарювання, споживають від джерела керуючих сигналів значний струм. Тому при використанні дешифраторів, виконаних у вигляді мікросхем, між ними і накальнимі індикаторами включаються підсилювачі-формувачі. Накальние індикатори застосовують у тих випадках, коли необхідна велика яскравість світіння знаків в умовах сильного стороннього освітлення.

Напівпровідникові (світлодіодні) індикатори працюють при порівняно невеликих напругах (одиниці вольт), але споживають значний тон (десятки міліампер). Ця особливість світлодіодних індикаторів змушує застосовувати елементи спряження у тих випадках, коли використовуються КМПД-мікросхеми, наприклад серії К176. З мікросхемами транзисторних-транзисторної логіки серії К.155 напівпровідникові індикатори сумісні, тобто можуть управлятися сигналами з виходів мікросхем.

За розмірами знаків напівпровідникові індикатори значно поступаються катодолюмінісцентним і накальним і тому використовуються у годинах з невеличку габаритами.

Для великогабаритних електронних годинників розпочато випуск плоских багаторозрядних індикаторів на рідких кристалах. Мале споживання потужності і плоска конструкція рідкокристалічних індикаторів (ЖКИ) дозволяють створити електронний годинник з невеликою товщиною корпусу і з високою інформативністю, тобто значним обсягом одночасно відображається на індикаторі інформації. Разом з тим РКІ вимагають харчування змінним напругою, зокрема прямокутної форми, з частотою повторення десятки герц і амплітудою 4 - 10 В. Ця особливість індикаторів обумовлює необхідність формування відповідних сигналів, що дещо ускладнює функціональну схему годин за рахунок додаткових перетворювальних елементів. В даний час ведуться роботи зі створення РКІ з більш високою інформативністю, ніж існуючі, і з енергетичними характеристиками, що забезпечують їхню сумісність з низьковольтними КМОН-мікросхемами [3].

Інша особливість РКІ полягає в-тому, що формуються ними знаки видимі тільки при зовнішньому освітленні або при підсвічуванні індикатора зсередини. Реалізація другого варіанта індикатора пов'язана, очевидно, з додатковим ускладненням конструкції годин, збільшенням споживаної ними потужності і, як наслідок, скороченням терміну служби автономних джерел живлення.

Блок індикації електронних годинників споживає значну частину потужності від джерела живлення. Тому для зниження загальної споживаної потужності, що особливо важливо для пристроїв з обмеженим енергоресурсом, нерідко передбачається можливість відключення індикаторів від джерела напруги живлення.

В останні роки при розробці великогабаритних електронних годинників, зокрема настільного типу, все ширше використовується принцип динамічної індикації. Особливість таких годин полягає в тому, що дешифрування станів лічильників і формування коду управління індикатором здійснюється за допомогою одного дешифратора. Входи цього дешифратора автоматично підключаються електронним комутатором по черзі до виходів кожного лічильника. Переключення дешифратора зі швидкістю f2, достатньо високою, щоб мерехтіння знакових розрядів індикатора не було помітним, тобто використовується інерційність зорового сприйняття людини.

Принцип динамічної індикації дозволив застосувати плоскі багаторозрядних (під розрядом в індикаторах розуміється одне знакомісць) катодом-люмінесцентні індикатори з невеликим числом зовнішніх висновків. У таких приладах однойменні сегменти всіх розрядів об'єднані та мають загальний зовнішній висновок. Керуюча сітка кожного розряду виведена також на окремий висновок, що дозволяє виробляти вибірку потрібного розряду подачею на його сітку напруги з високим рівнем.



Рис. 3.2 Структурна схема годин з динамічною індикацією

Робота блоку динамічної індикації відбувається наступним чином.

Після підключення дешифратора до одного з лічильників на його виходах, позначених на (рис. 3.2) так само, як і сегменти індикатора, формується кодова комбінація сигналів. Ці сигнали надходять на сегменти знаків всіх розрядів одночасно. Однак висвічується тільки той знак, на керуючій сітці якого присутній позитивний потенціал. З надходженням чергового тактового імпульсу комутатор проводить підключення дешифратора до сусіднього лічильнику. На виходах дешифратора формується нова комбінація сегментних сигналів. Для її відображення знаком відповідного розряду на сітку цього розряду надходить керуючий сигнал. Отже, для забезпечення безпомилкової індикації, щоб сіткові і сегментні імпульси мали однакову тривалість і були суворо синхронізовані. Для почергового висвічування знаків керуючі імпульси повинні надходити на сітки розрядів з певним взаємним зсувом у часі. Пра частотах повторення сегментних і сіткових імпульсів десятки - сотні герц світіння всіх знаків індикатора спостерігається як безперервне.

Використання динамічної індикації дозволяє зменшити число елементів структурної схеми годин і таким чином спростити її, а також знизити енергоспоживання.

4. Розробка електричної принципової схеми та опис

При використанні мікросхеми К176ІЕ12 в годинах їхня схема спрощається. Наведена схема одного з можливих варіантів годин. Запросах кварцовий генератор зібраний на мікросхемі DDI і кварцові резонатори Z1 і працює на частоті 32 768 Гц. Конденсатором СЗ можна здійснювати грубу підстроювання частоти, конденсатором С2-точну. Безпосередньо до виходу кварцового генератора в мікросхемі DDI підключений вхід 15-розрядного дільника частоти. З його виходу S імпульси з частотою 1 Гц надходять на вхід З дільника частоти на 60, розташованийного в тій же мікросхемі DDI. З виходу М імпульси з періодом в 1 хв надходять на вхід З лічильника одиниць хвилин DD3, з його виходу Р на вхід лічильника десятків хвилин DD4 і далі на лічильник одиниць годин DD5 і десятків годин DD6. При досягненні лічильником DD6 стану 2 (20, 21, 22, 23 години) на виході 2 DD6 з'являється 1, а при досягненні лічильником DD5 стану 4 (24 години) такий самий сигнал з'являється на вихід 4 DD5. Дві лог. 1 на входах DD2.3 забезпечують появу 0 на виході DD2.3 і лог. 1 на виході DD2.4, яка, вступаючи на входи скидання R мікросхем DD5 і DD6, встановлює їх в 0.

Для узгодження з вакуумними люмінесцентними індикаторами HG1-HG4 застосовані ключі на МОП-транзисторах з індукованим каналом р-типу, що входять до складу зборок DAI - DA6. Необхідно полярність вихідних сигналів мікросхем DD3-DD6 (лог. 0 на запалювання сегментів, -9 В на затворах транзисторів збірок щодо їх витоків і підкладок) забезпечує підключення входів S цих мікросхем до джерела живлення +9 В.

Встановлення часу в годинах може здійснюватися лише в моменти, відповідні цілим годинам. Для установки використовують кнопку SB1 і тригер DD2.1 і DD2.2, службовець для придушення брязкоту контактів кнопки. При натисканні на кнопку SB1 на виході DD2.2 з'являється сигнал лог. 1, який встановлює подільники мікросхеми DDI та лічильники хвилин DD3 і DD4 в 0. На виході Р лічильника DD4 з'являється лог. 0, але на вхід З лічильника DD5 надходить лог. 1 через діод VD2. Після відпускання кнопки на вхід З лічильника DD5 надходить лог. 0, в результаті чого показання лічильника годин збільшуються на одиницю. Натискаючи та відпускаючи кнопку відповідне число разів, можна встановити будь-який показання лічильника годин. Останній раз слід відпустити кнопку через одну секунду після шостого сигналу повірки часу. Подача сигналу скидання на входи R мікросхеми DDI забезпечує перемикання лічильника одиниць хвилин в стан 1 рівно через 1 хв після шостого сигналу повірки часу.

В годинниках застосовано бестрансформаторних харчування від мережі аналогічно попереднім конструкціям.

Напруга з стабілітрон VD4 через діод VD5 надходить на висновки харчування мікросхем (приблизно 9 У відносно загального проводу). Повний напругу зі всього ланцюжка стабілітронів (близько 25 В) подається на перетворювач напруги, зібраний на транзисторах VT1-VT3 за схемою з зовнішнім збудженням. В якості вхідного сигналу перетворювача використовується сигнал з частотою 32 768 Гц з виходу контролю частоти До мікросхеми DDI. На транзисторі VT1 зібраний каскад, підсилюють вхідний сигнал до повної напруги живлення, транзистори VT2 і VT3- емітерний повторювач, що пропускає обидві напівхвилі вхідного сигналу на трансформатор Т1. Напруга з вторинної обмотки трансформатора подається на нитки напруження індикаторів HG1-HG4. Діод VD9 захищає емітерний перехід транзістора VT1 від зворотного напруги.

В годинниках застосовані конденсатори К73-17 на 250 В (С6, С7), К.52-1 (С8, С9), КМ6 (СП, С12), КМ5а (С5, СЮ, С13), КЮ-17 (CI, С4), КТ4-256 (С2, СЗ), резистори КІМ (R1) і МЛТ (решта). Кварцовий резонатор Z1 - від наручних годин. Кнопкою SB1 служить мікроперемикач МП7, навпроти штока якого в корпусі годин просвердлені отвори. Трансформатор Т1 намотаний на кільці з фериту 600НН КЮХ Х6Х5. Первинна обмотка містить 100 витків дроту ПЕЛШО-0, 1, вторинна - 14 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,35 мм.

Годинники зібрані на двох двосторонніх друкованих платах. Розташування провідників на платах наведено на рис. 13, габаритні розміри плат 115X65 мм і 115X27, 5 мм. Розташування деталей на платах і з'єднання плат між собою показано на рис. 14. Отвори в платах в основному мають діаметр 0,8 мм, отвори для встановлення стабілітронів і конденсаторів С2, СЗ і С8-1, 2 мм, кутові кріпильні отвори -2,2 мм.

Кварцовий резонатор і мікроперемикач закріплені на платі хомутиками з дроту діаметром 0,6 мм, впаяні у друковану плату, трансформатор установленпрі допомогою гвинта М2 з гайкою.

Конденсатори С2 і СЗ для зручності підстроювання встановлені з боку, протилежній стороні установки решти деталей. При установці С2 і СЗ висновки роторів конденсаторів необхідно з'єднати з загальним проводом плати.

Резистор R5 встановлений у мережній вилці.

Годинники зібрані в корпусі, склеєному з прозорого темно-зеленого органічного скла. Друкована плата з основними елементами кріпиться гвинтами М2 до двох Бобишки з органічного скла, приклеєним до верхньої і бічних стінок корпусу. Між собою плати з'єднані двома куточками з латуні товщиною 1 мм.

Оскільки елементи на платах монтують досить щільно, рекомендується індикаторні лампи встановлювати в останню чергу. При установці індикаторів друковані плати повинні бути скріплені між собою.

Налагодження правильно зібраних годин нескладно. Перше включення слід виробляти, користуючись замість мережі регульованим джерелом постійного струму на напругу 25... 30 В. Встановивши на джерелі мінімальне вихідна напруга і з'єднавши між собою висновки конденсаторів С6, С7, включають мережеву вилку в джерело. Полярність включення довільна. Далі, плавно підвищуючи напруга живлення, контролюють споживаний струм. При напрузі близько 25 В струм стрибком збільшується від 0 до 25 мА - це почали працювати кварцовий генератор і перетворювач напруги, через приблизно 0,5 з ток збільшується до 50 мА - прогрілися катоди індикаторів, індикатори почали світитися. Якщо струм підвищується плавно лише при збільшенні напруги понад 26... 27 В (відкриваються стабілітрони), а індикатори не світяться, слід перевірити подачу напруги на мікросхеми, наявність змінної напруги на виході К DDI, колекторі VT1, на обмотках Т1.

Якщо індикатори засвітилися, перевіряють правильність роботи лічильника годин, для чого багато разів.

Годинники зібрані на двох двосторонніх друкованих платах. Розташування провідників на платах наведено на рис. 13, габаритні розміри плат 115X65 мм і 115X27, 5 мм. Розташування деталей на платах і з'єднання плат між собою показано на рис. 14. Отвори в платах в основному мають діаметр 0,8 мм, отвори для встановлення стабілітронів і конденсаторів С2, СЗ і С8-1, 2 мм, кутові кріпильні отвори -2,2 мм.

Кварцовий резонатор і мікроперемикач закріплені на платі хомутиками з дроту діаметром 0,6 мм, впаяні у друковану плату, трансформатор установленпрі допомогою гвинта М2 з гайкою.

Конденсатори С2 і СЗ для зручності підстроювання встановлені з боку, протилежній стороні установки решти деталей. При установці С2 і СЗ висновки роторів конденсаторів необхідно з'єднати з загальним проводом плати.

Резистор R5 встановлений у мережній вилці.

Годинники зібрані в корпусі, склеєному з прозорого темно-зеленого органічного скла. Друкована плата з основними елементами кріпиться гвинтами М2 до двох Бобишки з органічного скла, приклеєним до верхньої і бічних стінок корпусу. Між собою плати з'єднані двома куточками з латуні товщиною 1 мм.

Оскільки елементи на платах монтують досить щільно, рекомендується індикаторні лампи встановлювати в останню чергу. При установці індикаторів друковані плати повинні бути скріплені між собою.

Налагодження правильно зібраних годин нескладно. Перше включення слід виробляти, користуючись замість мережі регульованим джерелом постійного струму на напругу 25... 30 В. Встановивши на джерелі мінімальне вихідна напруга і з'єднавши між собою висновки конденсаторів С6, С7, включають мережеву вилку в джерело. Полярність включення довільна. Далі, плавно підвищуючи напруга живлення, контролюють споживаний струм. При напрузі близько 25 В струм стрибком збільшується від 0 до 25 мА - це почали працювати кварцовий генератор і перетворювач напруги, через приблизно 0,5 з ток збільшується до 50 мА - прогрілися катоди індикаторів, індикатори почали світитися. Якщо струм підвищується плавно лише при збільшенні напруги понад 26... 27 В (відкриваються стабілітрони), а індикатори не світяться, слід перевірити подачу напруги на мікросхеми, наявність змінної напруги на виході К DDI, колекторі VT1, на обмотках Т1.

Якщо індикатори засвітилися, перевіряють правильність роботи лічильника годин, для чого багато разів натискають і відпускають кнопку SB1. Роботу лічильника хвилин перевіряють, від'єднавши вхід З DD3 від виходу М DDI і підключивши його до виходу S тойже мікросхеми.

Переконавшись в нормальній роботі годин, подбірают'сопротівленіе резистора R7.

Для цього до годинників підключають свежезаряженний акумулятор за схемою рис. 12, годинник включають у мережу (звичайно, знявши перемичку з С6 і С7) і вимірюють напругу на діоді VD8. Воно повинно бути замикаючим по відношенню до діоди і складати 0,1... 1 В. Опір резистора R7 в кілоомах вибирають в 30 разів більше виміряного напруги у вольтах. В годинниках цілком можливий застосування акумулятора на менше напругу, наприклад з п'яти елементів від тієї ж батареї 7Д-0, 1. Така «укорочена» батарея уміщається над стабілітрони VD4, VD6, VD7, що істотно зменшує габарити годин.

Опір резистора R7 складає в цьому випадку близько 75 кОм.

Замість мікросхем К168КТ2В можна використовувати К168КТ2Б, К190КТ2, К190КТ1. При використанні мікросхеми К176ІЕ12 в годинах їхня схема спрощено- тається. На рис. 12 наведена схема одного з можливих варіантів годин. Запросах кварцовий генератор зібраний на мікросхемі DDI і кварцові резонатори Z1 і працює на частоті 32 768 Гц. Конденсатором СЗ можна здійснювати грубу підстроювання частоти, конденсатором С2-точну. Безпосередньо до виходу кварцового генератора в мікросхемі DDI підключений вхід 15-розрядного дільника частоти. З його виходу Sскають і відпускають кнопку SB1. Роботу лічильника хвилин перевіряють, від'єднавши вхід З DD3 від виходу М DDI і підключивши його до виходу S тойже мікросхеми.

Переконавшись в нормальній роботі годин, подбірают'сопротівленіе резистора R7.

Для цього до годинників підключають свежезаряженний акумулятор за схемою рис. 12, годинник включають у мережу (звичайно, знявши перемичку з С6 і С7) і вимірюють напругу на діоді VD8. Воно повинно бути замикаючим по відношенню до діоди і складати 0,1... 1 В. Опір резистора R7 в кілоомах вибирають в 30 разів більше виміряного напруги у вольтах. В годинниках цілком можливий застосування акумулятора на менше напругу, наприклад з п'яти елементів від тієї ж батареї 7Д-0, 1. Така «укорочена» батарея уміщається над стабілітрони VD4, VD6, VD7, що істотно зменшує габарити годин.

Опір резистора R7 складає в цьому випадку близько 75 кОм.

Замість мікросхем К168КТ2В можна використовувати К168КТ2Б, К190КТ2, К190КТ1.

У перетворювачі напруги можливість застосування транзисторів серій КТ361, КТ313, КТ3107, КТ3108 (VT1, VT2), КТ315, КТ3102, КТ3117 (VT3) та інших відповідної структури, що допускають напругу колектор - емітер не менше 30 В. Для транзистора VT1 п21Е повинен мати значення не менше 100.

В якості індикаторів HG1-HG4 можна використовувати будь-які люмінесцентні індикатори. Вторинну обмотку трансформатора Т1 слід перерахувати відповідно до напругою напруження застосовуваних індикаторів. Гнучкі висновки індикаторів можуть бути впаяні безпосередньо в спеціально призначені для цього контактні площадки основний друкованої плати.

Оскільки при застосуванні індикаторів інших типів змінюється споживаний годинами струм, для забезпечення струму через стабілітрони VD6, VD7 в діапазоні 10... 15 мА ємність конденсаторів С6 і С7 слід підбирати при номінальній напрузі мережі і включених індикаторах.

Добре відрегульовані годинник забезпечують точність ходу не гірше за 2 с в місяць.

Схема знаходиться у приложені на форматі А.

Потребляємість мікросхем:

К176ИЕЗ, КЛ76ИЕ4, К176ИЕ5....... 2,26 мВт;

К176ИЕ2, К176ИЕ8......................... 0,9 мВт;

К176ИЕ12, К176ИЕ18......................0,3 мВт;

К176ИЕ13, К176ИЕ17..................... 0,46 мВт.

Підрахунок споживчого cтруму та потужності

Струм підраховуется за формулою (1.1)

I=U/R (1.1)

Де I - сила струму, А;

U - напруга, В;

R - опір електричному струму, Ом.

Загальна сила струму визначаєтся за формулою (1.2):

I=I₁+I₂+….+I_n (1.2)

Де I - загальна сила струму,мА;

I_1, I₂, I_n- сила струма окреміх елементів,мА.

I₁= 100(мА)

I₂=4*75= 300 (мА)

I₃= 25*4=100 (мА)

I₄=0,4*4=1,6(мА)

Iзаг =+300+25+100+1,6= 425 (мА)

Потужність визначается за формулою (1.3)

P=I*U (1.3)

Де P- потужність, Вт;

I-Сила струму, А;

U- Напруга, В.

Загальна потужність визначается за формулою(1.4)

P=P₁+P₂+…Pn (1.4)

Де P- Загальна потужність;

P₁,P₂ P_n- потужність окреміх елементів.

P₁= 300 * 10^-3 * 9= 2,7(Вт)

P₂= 100*10^-3*9= 0,9(Вт)

P₃= 100*10^-3*9= 0,9 (Вт)

P₄=0,0003*4+0,0001=0,00121(Вт)

P= 2,7+0,9+0,9+0,00121 = 4,5(Вт)

5. Аналіз і налагодження схеми з використанням програми Electronics Workbench

При розробці схеми годинника я використав сучасну програму для розробки принципіальних схем радіоелектронного устаткування, через складність і об'ємність виконаної роботи.

Розробка радіоелектронних пристроїв вимагає високої точності і глибокого аналізу. Еlесtrоnісs Workbench може застосовуватися як заміна дорогого устаткування що дозволяє робити велику кількість аналізів радіоелектронних пристроїв, що займає досить багато часу при стандартних методах розробки.

Еlесtrоnісs Workbench містить у собі велику кількість моделей радіоелектронних пристроїв найбільш відомих виробників, таких як Motorolla.

Еlесtrоnісs Workbench простий у звертанні і не вимагає глибоких знань у комп'ютерній техніці.

При виготовленні своєї схеми, я зіткнувся з проблемою у пошуку аналогів до елементів використаних у схемі, тому шо це зайняло дуже богато часу. А також в процесі моделювання самої схеми, через малу кількість матеріалу відносно 6 - розрядного годинника.

Висновок

У ході виконання курсової роботи я придбав навички розробки принципових схем та практичного їх застосував в виконанні курсового завдання. Освоїв початкові знання роботи в середовищі ELECTRONICS WORKBENCH, також ознайомився з принципами програмування і прошивки мікроконтролера. Переконалися, що даний курсовий проект функціональний і придатний до експлуатації.

Список використаної літератури

1. «Электронные наручные часы -- микроэлектронное устройство и изделие бытовой техники»/О.В. Сопов, Ю.П. Докучаев, В.Г. Маранц и др. Сер. 2. Полупроводниковые приборы, 2008, вып. 5, 6, с. 254.

2. Калашников В. И., Щербинин И. И. «Электронные часы.» -- М.: Знание, 1981. -- 64 с.

3. Белогорцев А.Ф.,.Гочияев Б.Р., Кормич О.Е. «Крупногабаритные электронные часы.», 1980, вып. 4, с. 46.

4. «Аналоговые и цифровые интегральные схемы»Под ред. С.В. Якубовского. -- М.: Сов. радио, 2009. -- 336 с.

5. «Справочник по интегральным микросхемам.» -- 2-е изд., перераб. и доп./Под ред. Б.В. Тарабрина. -- М.: Энергия, 2010. -- 816 с.

6. «Микросхемы и их применение: Справ. Пособие»В.А. Батушев, В.Н. Вениаминов, В.Г. Ковалев и др. -- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1983. -- 272 с.

7. Горшков С. «Электронные часы на ИМС МОП-структуры». -- М.: ДОСААФ, 1981, вып. 74, с. 66.

8. Котемякин А.Н. Микромощные КМДП ИС серии К564. -- «Электронная промышленность» 2009, вып. I, с. 35.

9. Чернуха Б.Н. Микросхемы серии К512. -- «Электронная промышленность» 2008, вып. 4, с. 3.

Размещено на Allbest.ru