ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ (занятие №11)

На этом занятии мы попытаемся сделать простые электронные часы, но сначала необходимо познакомиться с новой микросхемой — специализированной часовой микросхемой К176ИЕ12 (рисунок 1).

 Эта микросхеме содержит в себе мультивибратор и два счетчика, при помощи которых можно получить набор стабильных импульсов, следующих с частотой 1 Гц (период — 1 секун­да), 2 Гц, 1/60 Гц (период —1 минута) , 1024 Гц, а также четыре импульсных сигнала частотой 128 Гц, сдвинутых по фазе относительно друг друга на четверть периода.

Типовая схема включения этой микросхемы показана на рисунке 2 (для простоты цепи питания не показаны, но плюс питания нужно подавать на 16-й вывод, а минус на 8-й). 

 

Поскольку микросхема формирует все основ­ные временные периоды для электронных часов, то чтобы обеспечить высокую точность, частота её задающего мультивибратора стабилизирована кварцевым резонатором Z1 на 32768 Гц. Это стандартный часовой резонатор, резонаторы на такую частоту применяются почти во всех электронных часах отечественного и зарубежного производства. Подстроечные конденсаторы С2 и СЗ могут отсутствовать, они нужны для очень точной установки хода часов. Обратите внимание на сопротивление резистора R1 — 22 Мегаома, вообще, сопротивление этого резистора может быть от 10 до 30 Мегаом (10-30 миллионов Ом)

С выхода мультивибратора, импульсы по внутренним цепям микросхемы поступают на её первый счетчик. Эпюры импульсов на его выходах показаны на рисунке 2 справа. Видно, что на выходе S1 есть симметричные импульсы частотой 1 Гц, то есть период 1 се­кунда. Импульсы с этого выхода можно подать на вход счетчика секунд. Импульсы частотой 128 Гц служат для динамической индикации, но на этом занятии мы динамическую индикацию изучать не будем.

   Второй счетчик микросхемы (верхний) имеет коэффициент деления 60, и он служит для получения импульсов частотой 1/60 Гц, то есть импульсов, следующих с периодом в 1 минуту. На вход этого счетчика (вывод 7) подают импульсы частотой 1 Гц (секундные), он их частоту делит на 60 и на его выходе получаются минутные импульсы.

Принципиальная схема электронных часов показана на рисунке 3.

 Микросхема D5 — это микросхема К176ИЕ12, она, в этих часах используется только как источник секундных и минутных импульсов. Часы построены по упрощенной схеме — без индикации секунд, только минуты и часы. Роль индикатора секунд выполняют два светодиода VD3 и VD4, которые мигают с частотой 1 Гц. Кнопочные переключатели S1 и S2 служат для установки времени, нажимаем на S1 и показания счетчика минут будут меняться с частотой 1 Гц, нажимаем S2 и так же быстро будут меняться показания счетчиков часов. Таким образом, этими кнопками можно настроить часы на текущее время.

Рассмотрим работу схемы. Секундные импульсы с вывода 4 D5 поступают на вход её счетчика с коэффициентом деления 60 через вывод 7. На выходе этого счетчика (вывод 10) получаются импульсы, следующие с периодом в одну минуту. Эти импульсы через контакты не нажатой кнопки S1 поступают на вход С счетчика - дешифратора D1 — К176ИЕ4 (смотри занятие №10), который считает до десяти. Через каждые десять минут на выходе Р этого счетчика формируется полный импульс переноса. Таким образом получается, что импульсы на выходе Р D1 следуют с периодом в 10 минут. Эти импульсы поступают на вход счетчика D2 — К176ИЕЗ (смотри занятие №10), который считает только до 6-ти.

В результате оба счетчика D1 и D2 считают, вместе взятые, до 60, и импульсы на выходе Р счетчика D2 будут следовать с периодом в один час. А индикаторы Н1 и Н2, будут, соответственно, показывать единицы и десятки минут.

    Таким образом, на выходе Р D2 (вывод 2 D2) у нас получаются импульсы, следующие с периодом в один час. Эти импульсы через контакты кнопки S2, которая находится в ненажатом состоянии, поступают на вход счетчика единиц часов, выполненного на микросхеме D3 — К176ИЕ4. С выхода Р D3 импульсы, с периодом в 10 часов поступают на счетчик десятков часов на микросхеме D4 — К176ИЕЗ. Эти оба счетчика, вместе, могли бы считать до 60-ти, но в сутках всего 24 часа, поэтому их общий счет ограничен до 24-х. Сделано это таким образом : как мы знаем, из занятия №10, микросхемы К176ИЕ4 имеют вывод 3, на котором появляется единица в тот момент, когда число импульсов, поступивших на вход С счетчика достигает четырех. Микросхема К176ИЕЗ (занятие №10) имеет такой же вывод 3, но единица на нем появляется в тот момент, когда на вход С этой микросхемы поступает второй импульс.

Получается, что для того чтобы ограничить счет до 24-х нужно подать логическую единицу на входы R всех счетчиков в тот самый момент, когда на выводах 3 обоих счетчиков D3 и D4 будут единицы. Для этого служит схема, собранная на двух диодах VD1 и VD2 и резисторе R5. Логический уровень на входа R счетчиков зависит от соотношения сопротивлений резистора R5 и диодов VD1 и VD2. Когда, на выводе 3 хотя бы одного из счетчиков D3 и D4 присутствует ноль, хотя бы один из этих диодов открыт и он, как бы, замыкает на минус питания вход R, и по этому на входах R получается логический нуль. Но когда будут единицы на выводах 3 и счетчика D3 и счетчика D4, тогда оба диода будут закрыты, и напряжение от плюса источника питания через R5 поступит на входы R счетчиков и установит их в нулевое состояние. В результате дальше "23-59" счетчики часов считать не смогут. И в момент перехода от "23-59" к "24-00" обнулятся и вместо "24-00" покажут "00-00". А затем счет начнется снова.

    Установка времени производится кнопками S1 и S2. При нажатии на S1 вход С счетчика D1 переключается с вывода 10 D5 на вывод 4 D5, и на вход D1 вместо минутных импульсов подаются секундные, в результате показания индикаторов минут будут меняться с периодом в одну секунду. Затем, когда таким образом будет установлены нужные показания минут S1 отпускают и часы работают как обычно. Точно так же устанавливается текущее время часов при помощи S2. При нажатии на S2 вход С D3 переключается с выхода Р D2 на выход S1 D5 и вместо часовых импульсов на вход С D3 поступают секундные.

Для питания часов используется сетевой адаптер от 8-битной телевизионной игровой приставки типа "Денди", или другой источник напряжением 7-10В. Диод VD5 служит для за­щиты микросхем от неправильного подсоеди­нения источника. Например, если перепутать полюса и на анод VD5 вместо плюса подать минус, то диод ток не пропустит на микросхемы и они не пострадают, а если бы его не было то ток на микросхемы пошел бы и они могли бы выйти из строя. Если вы уверены, что никогда полюса не перепутаете, то диод VD5 можно заменить проволочной перемычкой.

Часы смонитированы на одной печатной плате из фильгированного стеклотекстолита с односторон­ней фольгировкой. Для изготовления платы нужно взять кусок фольгированного тексталита размерами 80X80 мм и толщиной 1,5-2 мм, и перенести на него рисунок печати, показан­ный на рисунке 4.

 Сделать это можно так : возмите этот журнал, и заложите в него кусок стеклотексталита так, чтобы он со стороны фольги был накрыт этой страницей, именно рисунком 4. Чтобы было точное совпадение рисунка с куском стеклотексталита по всем угол­кам. Затем при помощи кернера или шила проко­лите на рисунке дырочки в тех местах где должны быть монтажные отвер­стия, с усилием, так чтобы на фольге оста­лись заметные метки.Затем вынь­те кусок стеклотексталита из журнала и при помощи сверла диаметром 1-1,5 мм и сверлильной машинки про­сверлите в этих отмеченных мес­тах отверстия.

После этого за­чистите фольгу от окислов при по­мощи мелкой шку­рки (но не про­трите её насквозь).

   Теперь нужно на­рисовать дорожки. Можно использо­вать для таких дел автомобильную нитроэмаль. Раз­бавить её раство­рителем,так чтобы можно было рисовать тонкие дрожки и рисовать их от руки при помощи перьевой ручки (которую, обычно, макают в чернильницу). Поскольку краска быстро застывает периодически перо нужно макать в растворитель. Существуют и другие способы.

Если несколько дорожек случайно слились вместе в этом нет ничего страш­ного. Подождите когда краска застынет и при по­мощи лезвия от безопас­ной бритвы разделите их.

После того как краска высохнет плату нужно погрузить в ванночку для фотопечати заполненную раствором хлорного железа (хлорное железо продается на радиорынках и в магазинах для радиолюбителей). при помощи изолированной проволоки (в полихлор­виниловой или другой пластмассовой изоляции) закрепите плату так, чтобы она висела в ванночке вниз фольгой но не касалась её дна.

Когда фольга везде где нет краски стравится выньте плату и промойте её в проточной воде. А затем при помощи растворителя смойте с неё краску. Прочистите отверстия для выводов и плата будет готова к монтажу.

Монтажная схема показана на рисунке 5. 

Волнистыми линиями показаны монтажные провода, которые паяются на плате.

Светодиодные индикаторы АЛС321Б можно заменить на АЛС335Б. Светодиоды АЛ307 могут быть любыми, например АЛ 102. Транзистор КТ315 можно заменить на КТ3102 и паять его соблюдая цоколевку. Конденсатор СЗ типа К50-35 или аналогичный импортный, может иметь емкость от 470 до 2200 мкФ. Кварцевый резонатор — любой часовой на 32768 Гц, например резонатор от электронных карманных часов "Миракле" китайского производства. Кнопки S1 и S2 — любые с переключающими контактами, например МК-1. Диоды КД521 можно заменить на КД522, КД503, КД510, Д223, КД102, КД103, Д9. Диод Д226 можно заменить на Д237, КД208, КД209, Д7, КД105.

Никакой настройки не требуется, важно не наделать ошибок при монтаже.

При отсутствии кварцевого резонатора часы можно сделать с RC-генератором, формирую­щим секундные импульсы, но точность хода таких часов будет невысокой. Часть схемы часов, в которую вносятся изменения показана на рисунке 6. На элементах микросхемы D6 — К561ЛЕ5 собран   мультивибратор, вырабатывающий импульсы частотой 1 Гц. Из содержимого микросхемы D5 используется только счетчик-делитель на 60. На его вход (вывод 7) теперь поступают импульсы от нового мультивибратора.

Точность хода устанавливают поворотом движка подстроечного резистора R2 (резистор типа СП).

При отсутствии хлорного железа можно травить плату в растворе медного купороса и поваренной соли. Раствор приготовляют таким образом : в ванночку наливают около стакана горячей воды (60-70°С). Затем в ней растворяют три столовых ложки соли, и после полного растворения добавляют две столовые ложки медного купороса. Все размешивают при помощи деревянной палочки и в этот раствор помещают плату.

Травление будет идти медленнее чем в хлорном железе, но за сутки-двое плата протравится.