Схема: есть (ATmega8)
Плата:есть ( Sprint-Layout 6)
Прошивка:есть
Исходник: eсть
Описание: eсть
Особенности: датчик температуры,будильник, миниатюрный индикатор, эффекты разделителей, эффекты смены цифр, датчик освещенности, есть платы для нескольких индикаторов.
Схема:
Предисловие
Толчком к созданию описанных ниже часов стала покупка на радиорынке по смешной цене одного из самых маленьких отечественных многоразрядных вакуумно-люминсцентных индикаторов (ВЛИ) - индикатора ИВ-21, имеющего 8 цифровых и один служебный разряд в колбе длиной всего лишь 70мм и диаметром 15мм.
Вообще говоря, мне не очень-то нравятся ВЛИ по сравнению с газоразрядными индикаторами (ГРИ, или иностранное NIXIE), однако, мимо этого индикатора я пройти не смог - уж больно красиво он выглядел. Смотрите сами: почти всю колбу занимает подложка из розовой керамики, на которой люминофором нанесены семисегментные разряды, причём сегменты эти имеют не совсем обычную форму, как, например, в светодиодных индикаторах. Поверх сегментов расположены ячеистые сетки, которые при взгляде под определённым углом выглядят золотистыми (к сожалению, фото ниже не может этого передать).
Однако, миниатюрность индикатора влечёт за собой множество проблем. Цель создания часов на ВЛИ и ГРИ - не просто сделать прибор для отображения времени. Для этого можно использовать и обычные светодиодные индикаторы, которые лучше по многим параметрам, да и не требуют, например, высоких напряжений и сложных схем управления. Тут важна эстетика, внешний вид готовой конструкции. На корпус часов в таком случае обычно тратится огромное количество времени, часто даже больше, чем на изготовление электроники.
Если поместить такой индикатор, как ИВ-21, в огромный корпус, ни о какой эстетике не может идти и речи. К тому же, индикатор должен быть на виду, а не стоять за зелёным стеклом, как в калькуляторе - какой тогда во всём этом смысл? За стеклом выглядят почти одинаково и ВЛИ, и светодиодные индикаторы. Не стоит забывать также и о надёжном креплении - нельзя просто так взять и припаять лампы за выводы с одной стороны, не закрепив никак вторую сторону. Поэтому в корпусе должны быть какие-нибудь подставки с обеих сторон, крепящие индикатор. Это сразу делает корпус весьма громоздким.
Наконец, было найдено компромиссное решение: сделать часы без корпуса в привычном понимании этого слова. Было решено в основании часов расположить две горизонтальные печатные платы, на которых разместить основную часть схемы часов, а индикатор закрепить с помощью двух вертикальных плат, подключающихся к верхней горизонтальной штыревыми разъёмами.
Итак, с внешним видом часов определились. Теперь перейдём к схеме.
Начнём с начала, то есть с питания.
От источника питания требуется сформировать 3 напряжения: +5В для питания логической части часов, -22В для катода ИВ-21 и ~2,4В для питания накала лампы (подогревателя). С первым и третьим напряжениями всё ясно. Объясню, зачем нужно именно отрицательное напряжение для катода. Существует два варианта управления ВЛИ, у которых напряжение на анодах-сегментах и сетках относительно катода превышает напряжение питания логической части - так называемые схемы с "нижним" и "верхним" питанием логической части.
Ниже немного теории, куда же без неё!
"Нижнее" питание подразумевает, что общий провод логической части имеет одинаковый потенциал с катодом индикатора. При этом на аноды следует подавать высокое (по отношению к напряжению питания логики) напряжение порядка +(20-30)В. Для этого необходимы преобразователи уровня на каждый анод и каждую сетку индикатора, которые преобразуют +5В с выхода логической части в +(20-30)В на анодах и сетках. Есть три варианта схемы таких преобразователей. Первый - самый простой - использовать специализированную микросхему для управления ВЛИ. Однако, такие микросхемы обычно дороги и труднодоставаемы. Второй - подключить все аноды и сетки к +(20-30)В через резисторы номиналом 10-30кОм и с помощью транзисторных ключей на одном NPN-транзисторе каждый замыкать эти аноды и сетки на общий провод. Этот вариант плох тем, что на резисторе неактивного анода или сетки падает всё анодное напряжение, что вызывает его (резистора) нагрев и даёт лишнюю нагрузку на источник анодного напряжения. Наконец, третий вариант - использовать двухтранзисторные ключи на паре транзисторов NPN+PNP. В этом варианте нет ничего плохого, кроме того, что на каждый ключ нужно 2 транзистора и минимум 3 резистора. Таких ключей нужно для ИВ-21 17 штук, 8 на сегменты и 9 на сетки. Это всё займёт очень много места на печатной плате, что никуда ни годится, если нужно сделать часы как можно меньше (индикатор-то маленький!).
Схема варианта с "нижним" питанием (упрощённая, многое не показано):
"Верхним" называется вариант питания, когда +5В питания логической части - это анодное напряжение, т.е. на активном аноде (сетке) присутствует напряжение +5В (относительно общего провода логической части). Для зажигания индикатора требуется напряжение порядка 20-30В на анодах относительно катода, а для этого на катод нужно подать отрицательный потенциал. Теперь для управления анодами и сетками достаточно всего лишь каскада с ОЭ на PNP-транзисторе.
Схема варианта с "верхним" питанием (также упрощённая):
Исходя из вышесказанного, было выбрано "верхнее" питание.
На схеме ниже упрощённо изображён узел получения запирающего напряжения на неактивных анодах и сетках:
На этом с теорией закончили. Переходим к практике.
Сохраненный архив статьи.
Я же хочу поведать о своем опыте создания миниатюрных часов на ВЛИ или, как их еще называют, VFD.
Заинтересовал меня проект вот этими тремя изображениями на форуме:
Идея корпуса хороша, тем более что ИВ-18 у меня самого есть, для подобного проекта. Диаметр колец 22мм!
Конечно без трансформатора при такой миниатюризации обойтись сложно. В добавок ко всему, автор применил связку КФ1211ЕУ1 + IRF7303.
КФ1211ЕУ1 в наших краях достать проблематично, что не обрадовало.
Сердечник для трансформатора стоит сущие копейки и, главное, его можно купить в магазине на Украине и в России:).
Получается вот такой миниатюрный источник(диаметр колечка сердечника 1см):
Надо попытаться проверить работу сего чуда!
Самые распространенные у меня SVE 9SS03 (установлен в кассовом апарате Samsung 250), SVE 11MS21(установленный в кассе от Datecs) и SVE-10MS14(из кассы Samsung 350). Каждого шт по 10. Второй и третий 11 и 10 разрядные отпали, т.к. схема для 9 разрядного индикатора и что либо менять в прошивке(окромя нумерации) не собирался, поэтому часы я собирал на SVE 9SS03 .
Размер индикатора 9см на 2 см. Размер цифры 8мм.
В результате мы должны получить миниатюрные часы и питанием от USB под монитор персоналки .
Специально под этот проект я заказал цифровые транзисторы
DTA114 на али ,
что позволило развести плату в одном слое.
В схеме переставлены под плату назначение выводов мк, использован другой источник.
Плата односторонняя с несколькими перемычками под SMD.
Не сложная.
Сборка начинается с Источника питания и последующей проверкой оного.
Без накальной нагрузки, желательно, не включать.
Провод для трансформатора взят из сгоревших экономок
Скрин расчета в ExcellentIT:
Реально:
Первичка 2х5 - 0.3
Вторичка 2х35 - 0.1
Накальная 2х1 - 0.3 + токограничительные резисторы 7,4 Ома.
Изготавливаем челнок, наматываем на него около 1-1.5м провода и виток к витку наматываем анодную обмотку. У меня дело занимает минут 15.
Добрый вечер хабражители.
Многих заинтересовала моя идея часов на вакуумно люминесцентных лампах.
Сегодня я расскажу как создавались эти часы.
Индикаторы
Главную роль, занимают, газоразрядные индикаторы. Я использовал ИВ-6. Это люминисцентный семисегментный индикатор зелёного цвета свечения(На фотографиях вы увидите синеватый оттенок свечения, это искажается цвет при фотографировании, из-за наличия ультрафиолетовых лучей). Индикатор ИВ-6 выполнен в стеклянной колбе с гибкими выводами. Индикация осуществляется через боковую поверхность баллона. Аноды прибора выполнены в виде семи сегментов и десятичной точки.Можно применить индикаторы ИВ-3А, ИВ-6, ИВ-8, ИВ-11, ИВ-12 или даже ИВ-17 с незначительными изменением схемы.
В первую очередь, хочется отметить, откуда можно найти лампы, которые выпускались в 1983 году.
Митинский рынок. Много и разных. В коробочках и на платах. Простор для выбора есть.
Другим городам сложнее, может повезет и Вы найдете в местном радио магазине. Такие индикаторы стоят во многих отечественных калькуляторах.
Можно заказать с Ebay, Да Да, Русские индикаторы на аукционе. В среднем 12$ за 6 штук.
Управление
Управляет всем микроконтроллер AtTiny2313 и часы реального времени DS1307.Часы, при отсутствия напряжения, переходят в режим питания от батарейки CR2032(как на материнской плате ПК).
По заявлению производителя, в таком режиме они проработают и не собьются в течении 10 лет.
Микроконтроллер работает от внутреннего генератора 8МГц. Не забудьте выставить fuse bit.
Установка времени производится одной кнопкой. Долгое удержание, инкриминирование часов, затем инкриминируются минуты. Трудностей с этим нет.
Драйверы
В качестве ключей на сегменты, я поставил KID65783AP. Это 8 «верхних» ключей. Я сделал выбор в сторону этой микросхемы, только потому, что она у меня была. Эта микросхема, очень часто встречается в платах индикации стиральных машин. Ни что не мешает заменить ее на аналог. Или подтянуть сегменты резисторами 47КОм к +50В, а популярной ULN2003 прижимать к земле. Только не забудьте инвертировать выход на сегменты в программе.Индикация сделана динамическая, поэтому на каждый разряд добавлен брутальный транзистор КТ315.
Печатная плата
Плата выполнена методом ЛУТ , про эту технологию можно почитать у товарища DIHALT . Часы выполнены на двух платах. Чем это обоснованно? Даже не знаю, просто мне так захотелось.Блок питания
Изначально трансформатор был на 50Гц. И содержал 4 вторичных обмотки.1 обмотка - напряжение на сетке. После выпрямителя и конденсатора 50 вольт. Чем оно больше тем ярче будут светится сегменты. Но не более 70 вольт. Ток не менее 20мА
2 обмотка - для смещения потенциала сетки. Примерно 10-15 вольт. Чем меньше оно, тем ярче светятся индикаторы, но так же сильнее начинают светится «не включенные» сегменты. Ток тоже 20мА.
3 обмотка - для питания микроконтроллера. 7-10 вольт. I = 50мА
4 обмотка - Накал. Для четырех ламп ИВ-6 надо задать ток 200мА, это примерно 1.2 вольта. Для других ламп ток накала другой, так что учтите этот момент.
В последствии, я заменил трансформатор на импульсный. Рекомендую взять за основу блок питания для галогеновых ламп, на самую малую мощность. Останется только домотать обмотки на нужные напряжения.
Возможно, получится так, что для накала 1 витка мало, а 2 много. Тогда мотаем 2 витка и ставим последовательно токоограничивающий резистор на 1-5 Ом
Вот такой «электронный трансформатор» с открытой крышкой
Могу предложить вариант изготовления блока питания из неисправной энергосберегающей лампы. Описал я его , кому стало интересно - загляните.
Прошивка
Прошивка написана на языке С в среде CodeVisionAvr.Кто возьмется повторить - пишите в личку, вышлю и.hex и исходник.
На этом все.
P.S. Материал может содержать орфографические, пунктуационные, грамматические и другие виды ошибок, включая смысловые. Автор будет благодарен за сведения о них ©
UPD:
По просьбе добавляю еще пару фотографий.
Довольно давно назрела идея сменить у себя старые часы - ни точностью хода, ни особым внешним видом они не отличались. Идея то есть, а вот со стимулом - то времени нет, то желания делать из стандартного новодела китайцев... в общем полный швах. И вот, однажды, по дороге домой, зайдя в один магазинчик торгующий неликвидами, на глаза попалась витрина с радиолампами времен СССР. Среди всего прочего заинтересовала сиротливо лежащая в уголке лампочка ИВ-12. Помня реплики продавца в прошлом: "все что есть - на витрине", даже без энтузиазма спросил. … "Чудо, чудо, свершилось чудо!" - обнаружилось, что этих индикаторов у них аж целая коробка! Блин, нет бы раньше.... в общем закупился я;)
В предвкушении вернувшись домой первым делом подал на них напряжение - работают! Вот, вот он пинок под мохнатый хвост, вот он стимул видеть у себя это чудо в действии - работа закипела.
Техзадание:
1. Собственно часы;
2. Будильник;
3. Встроенный календарь (учитываем число дней в феврале, в т.ч. в високосном году) + просчет дня недели;
4. Автоматическая регулировка яркости индикатора.
В схеме ничего нового и сверхъестественного: часы реального времени DS1307, динамическая индикация, несколько кнопок управления, все это под управлением ATmega8.
Для замера освещенности в комнате применен фотодиод ФД-263-01, как наиболее чувствительный из доступных. Правда у него со спектральной чувствительностью косяк есть небольшой - пик чувствительности находиться в инфракрасном диапазоне и как следствие он на отлично чует свет солнца/ламп накаливания, а люминесцентных ламп/светодиодного освещения - на троечку.
Анодные/сеточные транзисторы - BC856, PNP с максимальным рабочим напряжением 80в.
Для индикации секунд поставил завалявшийся меньший по габаритам ИВ-6, так как оный имеет и меньшее напряжение накала - гасящий резистор на 5,9Ом ему в помощь.
Под сигнал будильника - пьезоизлучатель со встроенным генератором HCM1206X.
Плата разведена под: резисторы 390К 1206 габаритом, остальные 0805, транзисторы в SOT23, стабилизатор 78L05в SOT89, защитные диоды в SOD80, трех вольтовая батарейка 2032, ATmega8 и DS1307 в DIP корпусе.
От блока питания вся схема потребляет по линии +9в до 50мА, накал - 1,5в 450мА, накал относительно земли находиться под потенциалом -40в, потребление - до 50мА. Итого в сумме максимум 3Вт.
Панельку под индикаторы достать не удалось - слишком уж дефицитная даже под заказ вещица, в замен использовал "втулки" от пары разломанных разъемов модемного кабеля RS-232. "Хвост" у них отрезаем - выходит компактней родных панелек. (прим. - посадочное место сверлите аккуратней, пятачки маленькие)
Первые пробы:
Точность хода кварцевого генератора DS1307 оставляет желать лучшего - после промывки платы и подбора емкостей обвязки кварца удалось добиться что то около +/-2 сек в сутки. Точнее - частота плывет от температуры, влажности и положения планет - совсем не то, что хотелось. Помозговав немного над проблемой, решился - заказал микросхемку DS32KHZ - довольно популярный термокомпенсированный кварцевый генератор.
Выпаиваем кварц и на освободившееся место на кусочке текстолита удобно размещается этот зверек. Подключение - теперь уже проводками к рядом расположенной DS1307.
Генератор не зря такой дорогой - с ним по справочнику производитель обещается повысить точность часов до +/- 0,28 сек в сутки. В реальности же при допустимых режимах питания и температурном диапазоне мне не удалось увидеть изменение частоты от внешних факторов. В тестовом режиме, в условии комнаты часы проработали около недели, 2 дня из которых они пребывали в летаргическом сне кормясь от штатной батарейки - спустя погрешность если верить службам точного времени не превышала... +0,043 сек в сутки!!! Вот оно счастье! Точнее увы, за такой короткий срок измерить не удалось.
Сборка корпуса:
После сбора корпуса и "причесывания" прошивки у часов осталось 3 кнопки: условно назовем их "А" "В" "С".
В нормальном состоянии кнопка "С" отвечает за переключение режима с отображения времени "часы - минуты" на дату "число - месяц", секундный индикатор при этом отображает день недели, деле на год, далее в режим "минуты - секунды", по четвертому нажатию - в первоначальное состояние. Кнопка "А" при этом быстрый переход в отображение времени.
Из режима "часы - минуты" кнопка "А" переключает по кругу в режим "настройка будильника" / "настройка времени, даты" / "настройка яркости индикатора". При этом кнопка "В" - переключает по разрядам, а "С" - собственно изменяет выбранный разряд.
Режим "настройка будильника", буква А (Alarm) на среднем индикаторе означает что будильник включен.
Режим "настройка времени, даты" - когда выбран разряд "секунды" кнопка "С" - округляет их (с 00 до 29 сбрасывает их в 00, с 30 до 59 сбрасывает в 00 и добавляет +1 к минуте).
В режиме "настройка времени, даты" на выводе SQW м/с DS1307 меандр 32,768кГц - необходим при подборе кварца/емкостей к генератору, в остальных режимах на нем 1Гц.
Режим "настройка яркости индикатора": "AU" - автоматический, показывает измеренную освещенности в у.е. ;) "US" - ручная настройка в тех же единицах.
Фух, вроде ни чего не забыл.
А. Ануфриев, И. Воробей
С ИНДИКАЦИЕЙ НА ИВ-22
Электронные часы с индикацией времени газоразряд-ными индикаторами типа ИН требуют применения боль-шого числа высоковольтных транзисторов П307…П309, КТ605 или специальных микросхем повышенной степени интеграции, дешифрующих код двоичных счетчиков в десятичный одновременно коммутирующих катоды ин-дикаторных ламп. Все эти элементы не всегда доступны радиолюбителям. Кроме того, индикаторы типа ИН об-ладают рядом недостатков. Для их питания требуется источник высокого напряжения 180…200 В, что повыша-ет трудоемкость изготовления сетевого трансформатора блока питания, также они имеют малый обзора и затрудненную различаемость цифр при ярком внеш-нем освещении.
От всех этих недостатков свободны электронные часы с индикацией времени на вакуумных люминисцентных индикаторах типа ИВ. Цифры в индикаторах такого типа формируются из семи сегментов, высвечиваемых в определенных сочетаниях. Все аноды-сегменты располо-жены в баллоне в одной плоскости, что повышает угол обзора индицируемых цифр 120…140°, хорошо раз-личимых даже при ярком свете. Приятное зеленое све-чение сегментов позволяет использовать электронные часы в домашних условиях вместо ночника.
Часы выполнены на микросхемах серии 217 и 155. их работы определяется нестабильностью кварцевого резонатора и в данном случае составляет около 10 с в . Отсчет времени обеспечивается с точностью до 1 с с помощью шести индикаторных ламп ИВ-22. Часы питаются от сети переменного тока напря-жением 220 В. Потребляемая не превышает 7 Вт (при отключенной индикации 5 Вт). Электронные часы позволяют производить ручную коррекцию их хода по сигналам точного времени, предварительную -новку счетчиков минут и часов без нарушения связи входной устанавливаемого счетчика с выходом предыдущего, отключать индикацию времени без нару-шения счета. Предусмотрены автоматическое уменьше-ние яркости свечения индикаторов в ночное время суток и подача звукового сигнала будильника в заранее уста-новленное время.
Принципиальная схема электронных часов приведена на рис. 1. Они включают в себя кварцевый генератор на микросхеме D1 и резонаторе Z1, делитель частоты с коэффициентом деления 105 (D4… D8), счетчики секунд (У 1.1), минут (У1.2) и часов (У2), узел звуковой сигна-лизации (S7… S10, D11… D15, V21… V26, В1), генераторы одиночных импульсов (D2, D3 и D9, D10) и -тания (77, V1… V16, А1).
Вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой следования 100 кГц. С вывода 11 микросхемы D1 импульсы генератора поступают на -литель частоты, преобразующий их в секундные им-пульсы. Делитель частоты выполнен на пяти микросхе-мах 155ИЕ1 (D4… D8), представляющих собой десятич-ные счетчики с коэффициентом пересчета 10. С выхода делителя частоты (вывод 5 микросхемы D8) импульсы с частотой следования 1 Гц поступают на счетчик се-кундных импульсов У 1.1 и в узел звуковой сигнализа-ции для модуляции тонального сигнала будильника. Счетчик секундных импульсов (рис. 2) состоит из счет-чика единиц секунд (микросхемы D5… D10) с коэффициентом пересчета 10 и счетчика десятков секунд (ми-кросхемы D11… D14) с коэффициентом пересчета 6. На выходе секундного счетчика формируются импульсы с периодом следования 1 мин. Эти импульсы, дважды ин-вертируемые элементами D3.1 и D3.2 (см. рис. 1), посту-пают на вход счетчика минутных импульсов. Для предварительной установки счетчика минут на микросхемах D2, D3 собран генератор одиночных импульсов, позво-ляющий избавиться от влияния «дребезга». Механиче-ское контактов обычно сопровождается рядом кратковременных переходов от замкнутого со-стояния к разомкнутому. Дребезг может привести к -мированию пачки импульсов вместо желаемого одиноч-ного импульса или перепада напряжения.
Инверторами микросхемы D2 образован RS триггер. Нулевой , прикладываемый при нажатии кноп-ки S2 к одному из входов триггера, устанавливает его в одно устойчивое состояние, а при отпускании - в дру-гое. В момент отпускания кнопки S2 на входе счетчика минут появляется отрицательный перепад напряжения, изменяющий его состояние на единицу. Однако так будет только тогда, когда на входе 8 элемента D3.2 присутствует уровень логической единицы, а на выходе се-кундного счетчика соответственно уровень нуля.
Для того чтобы можно было установить счетчик ми- при любом выходном напряжении секундного счет-чика, не вводя дополнительной коммутации, использо-ваны вход 4 элемента D3.1 и интегрирующая цепочка R6 C8. Когда на выходе секундного счетчика присутству-ет высокий логический уровень, введение цепочки R6 C8 позволяет в момент отпускания кнопки S2 задерживать уровень логического нуля на входе 4 элемента D3.1 и получать одновременно на обоих входах элемента D3.2 уровень логической единицы. При этом на выходе эле-мента D3.2 формируется отрицательный импульс, изме-няющий состояние счетчика минут.
Рис. 1. Принципиальная схема электронных часов
Рис. 1. Принципиальная схема электронных часов (окончание)
Рис. 2. Принципиальная схема счетчика секунд или минут
Рис. 3. Принципиальная схема счетчика единиц и десятков часов
Принципиальная схема счетчика минут У1.2 анало-гична схеме счетчика секунд У 1.1 (см. рис. 2). Отличие заключается лишь в том, что в минутном счетчике вы-ходы микросхем D1… D4 соединены с переключателями S7… S8 предварительного набора времени будильника. В счетчике секунд эти связи не используются.
На выходе счетчика минут формируются импульсы с периодом следования 1 ч, которые через аналогичный рассмотренному выше (см. рис. 1) генератор одиночных импульсов (D9, D10) поступают на вход часового счет-чика У2, состоящего также из счетчиков единиц (микро-схемы D5… D10) и десятков часов (микросхемы D11… D12) (рис. 3).
Счетчики, состояния которых индицируются на семи-сегментных индикаторах, можно собрать по любой схе-ме, однако наиболее удобны такие, которые для дешифрации требуют логические элементы с наименьшим числом входов и позволяют обойтись без ключевых тран-зисторов, а также пока еще дефицитных микросхем ИЕ, ИД. В настоящее время среди радиолюбителей распро-странены микросхемы 155 и 217 серий. На них собрано немало конструкций и отдельных узлов, описанных в журналах «Радио», в сборниках «В помощь радиолюби-телю» и др. Многие радиолюбители пытаются решить вопрос реализации различных цифровых устройств на RS триггерах, не имеющих счетного входа, так как за-частую из-за ограниченного их применения они бывают наиболее доступны в радиолюбительской практике.
Счетчики предлагаемых электронных часов разраба-тывались с учетом всех этих соображений. Все они от-личаются лишь емкостью и количеством логических элементов в дешифраторах, поэтому достаточно рассмот-реть работу одного из них - счетчика единиц секунд или единиц минут (см. рис. 2). Особенностью счетчика явля-ется построение его на триггерах с раздельной установ-кой состояния «О» и «1» (микросхемы D6… D10) с -пользованием только одного триггера со счетным входом (D5). Триггер со счетным входом не участвует в деле-нии частоты входных импульсов и нужен только как вспомогательное для управления установкой иного устойчивого состояния RS триггеров (микро-схемы D6… D10), объединенных в кольцевой сдвигающий регистр. RS триггеры переключаются в состояние только при поступлении на все входы 5 уровня логической единицы и наличии хотя бы на одном вхо-де R логического нуля (за исключением специального входа R, используемого для сброса триггера в ноль). И наоборот, при поступлении единичного уровня на все входы R и наличии хотя бы на одном входе 5 логиче-ского нуля триггер устанавливается в нулевое состояние. Если же и на одном из входов S и на одном из вхо-дов R сохраняется уровень логического нуля при измене-нии потенциалов на других входах, связанных с первыми по И, состояние триггера не изменяется.
Рис. 4. Временные диа-граммы, иллюстрирую-щие работу пятиразряд-ного регистра
При построении связей между входами и выходами триггеров, как показано на рис. 2, условия для установ-ки каждого RS триггера в нужное состояние создаются соответственно предыдущим и входным (D5) триггерами, а для установки первого RS триггера { D6) - триггера-ми D5 и D10.
Как видно из рис. 4, на котором приведены времен-ные диаграммы, иллюстрирующие работу пятиразрядно-го регистра, триггер D5 переключается спадом каждого положительного импульса, поступающего на его счетный вход, и управляет установкой всех RS триггеров сначала в единичное состояние, а затем в нулевое. Первыми пятью входными импульсами триггеры D6… D10 пооче-редно устанавливаются в единицу, а пять последующих импульсов вновь возвращают их в нулевое состояние. В момент переключения в нулевое состояние последнего триггера регистра на его выходе формируется импульс переноса единицы в старший разряд.
Сигналы с выходов регистра преобразуются дешиф-ратором на логических элементах с открытым кол-лекторным выходом (Dl, D2, D3.1, D3.2). С выходов дешифратора снимаются сигналы для управления бу-дильником и сегментного цифрового индикатора. Форми-рование цифр осуществляется гашением неиспользуемых сегментов. Цифра на каждом выходе дешифратора соот-ветствует состоянию регистра, при котором на данном выходе формируется уровень логического нуля. Соеди-ненные с этим выходом диоды преобразователя десятич-ного кода в семисегментных индикаторов (диоды VI.., V14, V23… V26, резисторы R1… R7) через открытый вы-ходной транзистор инвертора шунтируют неиспользуе-мые аноды-сегменты индикатора, уменьшая анодное на-пряжение на этих сегментах примерно до 1 В. В резуль-тате они гаснут и формируется соответствующая данно-му состоянию регистра цифра. Диоды V23… V28 из схемы счетчика секунд можно исключить. Они необходимы только в счетчике минут для предотвращения взаимного влияния выходов дешифратора на время подачи звуко-вого сигнала будильника.
Счетчик десятков часов (см. рис. 3) построен на двух триггерах (микросхемы D11, D12). Первый из них - универсальный JK триггер, второй - триггер с раздель» ной установкой состояний 0 и 1. Когда оба триггера находятся в нулевом состоянии, высокий уровень с ин-версного выхода RS триггера (D12) поступает на базу ключевого транзистора V28 и отпирает его. На коллек-торе транзистора V28 уменьшается до уров-ня логического нуля, и на индикаторе Н2 высвечивается цифра 0. Транзистор V28 применен для того, чтобы не устанавливать дополнительную микросхему, в которой будет использован только инвертор. С приходом на вход триггера D11 первого импульса со счетчика еди-ниц часов оба триггера устанавливаются в единицу. Низкий уровень появляется на выходе элемента D3.3, и формируется цифра 1. С приходом второго входного импульса триггер D11 возвращается в нулевое состоя-ние, а триггер D12 остается в единице, так как на его входы 3 и 7 с инверсного выхода подан потенциал -гического нуля. В этом состоянии счетчика с инверсно-го выхода триггера D11 и прямого выхода триггера D12 на входы инвертора D3.4 поступают единичные уровни напряжения. На выходе инвертора D3.4 появляется по-тенциал логического нуля, а на индикаторе Н2 форми-руется цифра 2.
На микросхеме D14 и транзисторе V29 выполнен формирователь импульса сброса часового счетчика в полночь. После прихода на вход часового счетчика два-дцати импульсов на входы Зяб элемента D14.1 посту-пают уровни логической единицы и подготавливается к работе устройство сброса. Когда же после двадцать четвертого импульса уровень единицы появляется на прямом выходе триггера D9 счетчика единиц часов, на выходе элемента D14.1 возникает уровень нуля. В ре-зультате включается ждущий мультивибратор на эле-менте D14.2 и транзисторе V29. На коллекторе транзи-стора V29 формируется отрицательный импульс, который устанавливает счетчик часов в нулевое состояние.
На микросхемах D4, D13, D15 (см. рис. 3) выполнено устройство автоматического уменьшения яркости свече-ния цифровых индикаторов в ночное время. В 22 часа с выходов элементов D1.3 и D3.4 на выходы инверторов D13.1, D13.2 будут поданы, сигналы логического нуля. На выходе элемента D13.3 появится отрицательный пе-репад напряжения, который установит D15 в единицу. С вывода 9 триггера D15 уровень по-ступит на базу транзистора V13 блока питания (см. рис. 1). Транзистор V13 откроется и зашунтирует стабилитроны Vll, V12. В результате выходное напря-жение стабилизатора « + 27 В» упадет до 9 В, и яркость свечения индикаторов уменьшится. В 05 часов аналогич-ным образом на выходе элемента D4.3 (см. рис. 3) по-явится отрицательный перепад напряжения, который установит триггер DJ5 в исходное состояние, и свечения цифр увеличится. Введение устройства управ-ления яркостью потребовалось из-за очень яркого свече-ния индикаторов в ночное время. Время, в течение ко-торого индикаторы светятся с меньшей яркостью, выбра-но произвольно. Его можно изменить, подключив входы инверторов D4.1, D4.2, D13.1, D13.2 к соответствующим выходам дешифраторов.
Чтобы увеличить цифровых индикато-ров, можно выключать индикацию времени. Для этой цели служит кнопка S11 (см. рис. 1) с независимой фик-сацией. При ее нажатии выключаются анодное напряже-ние + 27 В и напряжение накала индикаторных ламп.
После электронных часов в электросеть триггеры счетчиков могут установиться в любое произ-вольное состояние. Для сброса счетчиков в ноль служит кнопка S5, при нажатии которой шины «Уст. 0» счет-чиков секунд, минут и часов соединяются с общей шиной, имеющей нулевой потенциал. Одновременно вхо-ды R микросхем D4… D8 делителя частоты отсоединяют- от общей шины, что равносильно подаче на них еди-ничного уровня, и делитель частоты также устанавлива-ется в нулевое состояние.
С помощью кнопки S4 производится ручная коррек-ция хода часов по сигналам точного времени. Коррекцию производят следующим образом.
Перед началом шестого сигнала нажимают кноп-ку S4. При этом делитель частоты, счетчики секунд и минут устанавливаются в нулевое состояние и будут находиться в , пока будет наж-ата кнопка S4, Если перед нажатием кнопки S4 на выходе счетчика минут был уровень логической единицы (часы отставали), то в момент ее нажатия на часовой счетчик поступит отри-цательный перепад напряжения, изменяющий его состоя-ние на единицу. Если же на выходе счетчика минут на-ходился уровень логического нуля (часы спешили), то никакого импульса на его выходе не формируется и ча-совой счетчик остается в прежнем состоянии. С началом шестого сигнала кнопку S4 отпускают, и с этого момента продолжат отсчет времени.
В состав электронных часов входит еще будиль- (см. рис. 1), включающий в себя переключатели предварительного набора времени S7… S10, инверторы D12, D13, схему совпадения D14, ждущий мультивибра-тор D11, генератор тонального сигнала D15 и двухкас-кадный УНЧ (транзисторы V24… V26). При достижении на часах времени, набранного переключателями S7… S10, на все входы инвертора D14 поступят единичные уровни, и на его выходе напряжение упадет до нуля. Транзистор V22 запрется, перестанет шунтировать стабилитрон V23, и на усилитель НЧ с эмиттера транзистора V21 будет подано напряжение питания 4-9 В. Одновременно с вы-вода элемента D15.1 уровень логической единицы посту-пит на вход 8 элемента D15.2, и начнет работать муль-тивибратор (инверторы D15.2, D15.3), вырабатывающий импульсы частотой около 1 кГц. Они кратковременно прерываются импульсами ждущего мультивибратора (инверторы DILI, D11.2), поступающими на вход 5 эле-мента D15.3 с частотой 1 Гц. Запуск ждущего мультиви-братора осуществляется спадом секундных импульсов с делителя частоты через дифференцирующую цепочку C11 R17. необходим для расширения длительности импульсов, поступающих с выхода -теля частоты. Длительность этих импульсов около 5 мкс и недостаточна для непосредственной модуляции колеба-ний основного мультивибратора. С выхода 11 элемента D15.3 колебания генератора поступают на вход УНЧ и преобразуются громкоговорителем В1 в тональный зву-ковой сигнал, прерываемый с частотой 1 Гц. Потенцио-метром R22 регулируется громкость звукового сигнала. По истечении 1 минуты изменится состояние счетчика минут. В результате на выходе элемента D14 появится уровень логической единицы, транзистор V22 откроется и напряжение на выходе параметрического стабилизато-ра (транзистор V21 и стабилитрон V23), питающего усилитель УНЧ, уменьшится до 0. Одновременно на вход 4 элемента D11.1 и вход 8 элемента D15.2 посту-пит уровень логического нуля, срывающий мультивибраторов. Выключение напряжения питания УНЧ необходимо для устранения шумов, воспроизводи-мых громкоговорителем. При необходимости подачи зву-кового сигнала включается с помощью кнопоч-ного выключателя 53. Диоды V17… V20 служат для защи-ты входов микросхем D12, D13 от попадания на них на-пряжения + 27 В со счетчиков минут и часов.
Необходимые для работы часов питающие напряже-ния формируются в блоке питания (см. рис. 1). На -ционном усилителе А1 и транзисторах V7, V8 выполнен основной стабилизатор для питания микросхем. Стаби-лизатор на транзисторе V14 и стабилитроне V15 пред-назначен для питания только микросхем 217 серии, требующих два источника постоянного напряжения. На-пряжение питания операционного усилителя, обеспечи-вающее его нормальную работу, создается двумя выпрямителями - основным (диодная
Рис. 5: а - аналог счетного триггера на элементах И-НЕ; б - аналог R . S триггера на элементах И-НЕ
Трансформатор 77 выполнен на сердечнике ШЛ16X25. Обмотка I содержит 2420 витков провода ПЭВ-2 0,17, обмотки II и IV соответственно 60 и 306 -ков провода ПЭВ-1 0,23, обмотки III и V соответственно 86 и 12 витков провода ПЭВ-1 0,8.
В блоке питания вместо транзисторов П701 можно применить транзисторы серий КТ801, КТ807, КТ904 (V9, V14), П702 (V8) или любые другие мощные тран-зисторы, например серий КТ802, КТ902. Транзистор V8 устанавливают на радиатор площадью около 30 см2. Его закрепляют на задней стенке часов, изолируя от кор-пуса с помощью слюдяной прокладки и изоляционных втулок. Транзистор V9 также устанавливается на радиа-тор площадью 5 см2. В качестве радиаторов можно использовать дюралюминиевые пластины П-образной формы.
Счетчики электронных часов можно собрать на -кросхемах других серий, например 133 и 155, представляющих собой JK или D триггеры. Возможно построе-ние счетчиков на двух – и трехвходовых элементах И-НЕ, входящих в состав 217, 133, 155 и других серий микро-схем. Аналоги примененных в часах триггеров со счет-ным входом и триггеров с раздельной установкой со-стояний «О» и «1», выполненные на элементах И-НЕ, показаны на рис. 5 а, б. Примеры счетчиков, выполнен-ных на JK триггерах (микросхемы 2ТК171, 155ТВ1, 133ТВ1) и на D-триггерах (микросхемы 133ТМ2, 155ТМ2), показаны на рис. 6 а, б.
Рис. 6: а - трехразрядного ре-гистра на JK триггерах; б - схема трехразрядного реги-стра на D триггерах
В качестве цифровых индикаторов в электронных ча-сах можно применить индикаторы ИВ-6 без каких-либо изменений в блоке питания, а также ИВ-ЗА, ИВ-8, уменьшив напряжение накала до 0,8 В и заменив стаби-литроны V10…У 12 на Д814А.
Электронные часы выполнены на печатных платах. При установке микросхем на печатную плату следует руководствоваться рекомендациями, приведенными в сборнике «В помощь радиолюбителю», вып. 70, 1980, с. 32 и журнале «Радио», 1978, № 9, с. 63.
Налаживание электронных часов начинают с провер-ки правильности монтажа. Затем включают питание и проверяют выходные напряжения стабилизаторов в бло-ке питания. Подстроечным резистором R11 (см. рис. 1) устанавливают напряжение на эмиттере транзистора V8 равным 5,5 В. При установке исправных элементов все остальные узлы электронных часов должны начать функционировать сразу и в налаживании не нужда-ются.
При проверке делителя частоты следует иметь в ви-ду, что длительность его выходных импульсов очень мала и поэтому наблюдать их непосредственно можно только с помощью специального осциллографа (напри-мер, С1-70). Об исправности делителя частоты судят работе первого триггера счетчика единиц секунд. Если в каждую секунду времени триггер переходит из одного устойчивого состояния в другое, то делитель частоты функционирует правильно.
ББК 32.884.19
Рецензент кандидат технических наук А. Г. Андреев
В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 83 / В80 Сост. Н. Ф. Назаров. - М. : ДОСААФ, 1983. - 78 с, ил. 35 к.
Приведены описания конструкций, принципиальные схемы и мето-дика расчета их некоторых узлов. Учтены интересы начинающих и квалифицированных радиолюбителей.
Для широкого круга радиолюбителей.
2402020000 - 079
В————— -31 - 83
072(02)-83
ББК 32.884.19
В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ
Выпуск 83
Составитель Николай Федорович Назаров
Редактор М. Е. Орехова
В. А. Клочков
Художественный редактор Т. А. Хитрова
Технический редактор 3. И. Сарвина
Корректор И. С. Судзиловская
Сдано в набор 01.02.S3. Подписано в печать 01.06.83. Г - 63726. Формат 84Х108 1/32.
Бумага глубокой печати. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. п. л. 4,2. Уч.-изд. л. 4,18. 700 000 экз. (1-ый з- 1 - 550 000). № заказа 3 - 444. 35 к. Изд. № 2/г - 241, Ордена «Знак Почета» Издательство 1?9П0, г. Москва, И-110, Олимпийский просп. 22 Головное предприятие республиканского производственного объединения «Полиграфкнига». 252057, Киев, ул. Довженко, 3
Схема часов на люминесцентных лампах
Многие хотят и интересует схема часов на вакуумных индикаторах старых советствих времен. Ну и есть конечно масса в этом интересного.Часы в ретро стиле ,и ночью видно сколько время.Можно так же вставить диоды под низ,и будет как подсведка.И так приступим к рассмотрению данной схемы.
Главную роль, занимают, газоразрядные индикаторы . Я использовал ИВ-6. Это люминисцентный семисегментный индикатор зелёного цвета свечения(На фотографиях вы увидите синеватый оттенок свечения, это искажается цвет при фотографировании, из-за наличия ультрафиолетовых лучей). Индикатор ИВ-6 выполнен в стеклянной колбе с гибкими выводами. Индикация осуществляется через боковую поверхность баллона. Аноды прибора выполнены в виде семи сегментов и десятичной точки.
Можно применить индикаторы ИВ-3А, ИВ-6, ИВ-8, ИВ-11, ИВ-12 или даже ИВ-17 с незначительными изменением схемы.
В первую очередь, хочется отметить, откуда можно найти лампы, которые выпускались в 1983 году.
Митинский рынок. Много и разных. В коробочках и на платах. Простор для выбора есть.
Другим городам сложнее, может повезет и Вы найдете в местном радио магазине. Такие индикаторы стоят во многих отечественных калькуляторах.
Можно заказать с Ebay, Да Да, Русские индикаторы на аукционе. В среднем 12$ за 6 штук.
Управление
Управляет всем микроконтроллер AtTiny2313 и часы реального времени DS1307.
Часы, при отсутствия напряжения, переходят в режим питания от батарейки CR2032(как на материнской плате ПК).
По заявлению производителя, в таком режиме они проработают и не собьются в течении 10 лет.
Микроконтроллер работает от внутреннего генератора 8МГц. Не забудьте выставить fuse bit.
Установка времени производится одной кнопкой. Долгое удержание, инкриминирование часов, затем инкриминируются минуты. Трудностей с этим нет.
Драйверы
В качестве ключей на сегменты, я поставил KID65783AP. Это 8 «верхних» ключей. Я сделал выбор в сторону этой микросхемы, только потому, что она у меня была. Эта микросхема, очень часто встречается в платах индикации стиральных машин. Ни что не мешает заменить ее на аналог. Или подтянуть сегменты резисторами 47КОм к +50В, а популярной ULN2003 прижимать к земле. Только не забудте инвертировать выход на сегменты в программе.
Индикация сделана динамическая, поэтому на каждый разряд добавлен брутальный транзистор КТ315.
Печатная плата
Плата выполнена методом ЛУТ. Часы выполнены на двух платах. Чем это обоснованно? Даже не знаю, просто мне так захотелось.
Блок питания
Изначально трансформатор был на 50Гц. И содержал 4 вторичных обмотки.
1 обмотка - напряжение на сетке. После выпрямителя и конденсатора 50 вольт. Чем оно больше тем ярче будут светится сегменты. Но не более 70 вольт. Ток не менее 20мА
2 обмотка - для смещения потенциала сетки. Примерно 10-15 вольт. Чем меньше оно, тем ярче светятся индикаторы, но так же сильнее начинают светится «не включенные» сегменты. Ток тоже 20мА.
3 обмотка - для питания микроконтроллера. 7-10 вольт. I = 50мА
4 обмотка - Накал. Для четырех ламп ИВ-6 надо задать ток 200мА, это примерно 1.2 вольта. Для других ламп ток накала другой, так что учтите этот момент.
