Часы на к176. Электронные часы на интегральных микросхемах серии к176. Схема электрическая самодельных часов с термометром

Специализированная часовая микросхема К176ИЕ12. 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 С3 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 внизу. 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.

Рис.3
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 - К176ИЕ3.

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 К176ИЕ3 (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.

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 игровой приставки, или другой источник напряжением 7-10В. Диод VD5 служит для защиты микросхем от неправильного подсоединения источника.

РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЧАСОВ НА МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К176

9.

ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЧАСОВ НА МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К176

Простейшие часы настольного или настенного типа. Структурная схе-ма представлена на рис. 30. Часы содержат генератор минутной последова-тельности импульсов, счетчики, дешифраторы и цифровые индикаторы минут » часов. Первоначальная установка времени производится подачей импульсов с частотой следования 2 Гц на вход счетчика десятков минут. Установка «нуля» осуществляется подачей положительного перепада на делители генератора им-пульсов и на счетчик единиц минут. Таким образом, точная установка времени часов возможна каждые 10 мин. При достижении показаний, соответствующих 24 ч, счетчики единиц и десятков часов устанавливаются в нулевое состояние отдельной схемой.

Принципиальная схема часов представлена на рис. 31. Часы реализованы на пяти микросхемах. Генератор минутной последовательности импульсов вы-полнен на микросхеме К176ИЕ12. Задающий генератор использует кварцевый резонатор РК-72 с номинальной частотой 32768 Гц. Кроме минутной микросхема позволяет получить последовательности импульсов с частотами следования 1, 2, 1024 и 32768 Гц. В данных часах используются последовательности импуль-сов с частотами следования: 1/60 Гц (вывод 10) - для обеспечения работы счетчика единиц минут, 2 Гц (вывод 6) - для первоначальной установки вре-мени, 1 Гц (вывод 4) - для «мигающей» точки. При отсутствии микросхемы К176ИЕ12 или кварца на частоту 32768 Гц генератор может быть выполнен на: других микросхемах и кварце на другую частоту. Варианты таких генераторов рассмотрены в § 5.

Счетчики и дешифраторы единиц минут и единиц часов выполнены на мик-росхемах К176ИЕ4, обеспечивающих счет до десяти и преобразование двоич-ного кода в семиэлементный код цифрового индикатора. Счетчики и дешифра-торы десятков минут и десятков часов выполнены на микросхемах К175ИЕЗ, обеспечивающих счет до шести и дешифрирование двоичного кода в код цифро-вого индикатора. Для работы счетчиков микросхем К176ИЕЗ, К176ИЕ4 необхо-димо, чтобы на выводы 5, 6 и 7 подавался логический 0 (напряжение, близкое к 0 В) или эти выводы были соединены с общим проводом схемы. Выводы(вывод 2) и входы (вывод 4) счетчиков минут и часов соединяются последова-тельно.

Рис. 30. Структурная схема простейших часов настольного (настенного) типа

Рис. 31. Принципиальная схема простейших часов настольного (настенного) типа

Установка 0 делителей микросхемы К176ИЕ12 и микросхемы К176ИЕ4 счетчика единиц минут осуществляется подачей на входы 5 а 9 (для микросхе-мы К176ИЕ12) и на вход 5 (микросхемы К176ИЕ4) положительного напряже-ния 9 В кнопкой S 1 через резистор R 3. Первоначальная установка времени ос-стальных счетчиков осуществляется подачей на вход 4 счетчика десятков ми-нут с помощью кнопки S 2 импульсов с частотой следования 2 Гц. Максималь-ное время установки времени не превышает 72 с.

Схема установки 0 счетчиков единиц и десятков часов при достижении зна-чения 24 выполнена на диодах VD 1 и VD 2 и резисторе R 4, реализующих ло-гическую операцию 2И. Установка в 0 счетчиков происходит тогда, когда на анодах обеих диодов появится положительное напряжение, что возможно толь-ко при появлении числа 24. Для создания эффекта «мигающей точки» импульсы с частотой следования 1 Гц с вывода 4 микросхемы К176ИЕ12 подаются на точку индикатора единиц часов или на сегмент г дополнительного индикатора.

Для часов целесообразно использовать семиэлементные люминесцентные цифровые индикаторы ИВ-11, ИВ-12, ИВ-22. Такой индикатор представляет собой электронную лампу с оксидным катодом прямого накала, управляющей сеткой и анодом, выполненным в виде сегментов, образующих цифру. Стеклян-ный балон индикаторов ИВ-11, ИВ-12 цилиндрической, ИВ-22 - прямоугольной формы. Выводы электродов у ИВ-11 - гибкие, у ИВ-12 и ИВ-22 - в виде ко-ротких жестких штырей. Отсчет номеров ведется по часовой стрелке от укоро-ченного гибкого вывода или от увеличенного расстояния между штырями.

На сетку и на анод должно подаваться напряжение до 27 В. В данной схе-ме часов на анод и сетку подается напряжение +9 В, так как использование более высокого напряжения требует дополнительно 25 транзисторов для согласования выходов микросхем, рассчитанных на питание 9 В с напряжением 27 В, подаваемым на сегменты анодов цифровых индикаторов. Снижение на-пряжения, подаваемого на сетку и анод, уменьшает яркость свечения индика-торов, однако она остается на достаточном для большинства случаев приме-нения часов уровне.

Если указанных индикаторов нет, то можно использовать индикаторы типа ИВ-ЗА, ИВ-6, имеющие меньшие размеры цифр. Напряжение накала нити катода лампы ИВ-ЗА 0,85 В (потребляемый ток 55 мА) ИВ-6 и ИВ-22 - 1,2 В (ток 50 и 100 мА соответственно), у ИВ-11, ИВ-12 - 1,5 В (ток 80 - 100 мА). Один из выводов катода, соединенный с токопроводящим слоем (экраном), ре-комендуется соединять с общим проводом схемы.

Номера выводов наиболее распространенных цифровых люминесцентных ин-дикаторов и соответствующих им выводов микросхем приведены в табл. 1. Обозначение сегментов индикатора русскими и латинскими буквами показано на рис. 31.

Таблица

Питающее устройство обеспечивает работу часов от сети переменного тока 220 В. Оно создает напряжение +9 В для питания микросхем и сеток ламп, а также переменное напряжение 0,85 - 1,5 В для накала катода и ламп индика-торов.

Питающее устройство содержит понижающий трансформатор с двумя вы-ходными обмотками, выпрямитель и фильтрующий конденсатор. Трансформатор и выпрямитель использован от питающего устройства ПМ-1, предназначенно-го для детских электрофицированных игрушек. Дополнительно устанавливается конденсатор С4 и наматывается обмотка для питания накальных цепей като-дов ламп. При напряжении накала катода 0,85 В необходимо намотать 17 вит-ков, при напряжении 1,2 В - 24 витка, при напряжении 1,5 В - 30 витков про-водом ПЭВ-0,31. Один из выводов соединяется с общим проводом (- 9 В), второй - с катодами ламп. Последовательное включение катодов ламп не ре-комендуется.

Конденсатор С4 емкостью 500 мкФ кроме уменьшения пульсаций питающе-го напряжения позволяет обеспечить работу счетчиков часов (сохранение вре-мени) примерно в течение 1 мин при выключении сети, например, при перено-се часов из одной комнаты в другую. Если возможно более длительное выклю-чение напряжения сети, то параллельно конденсатору следует включить батарейку «Крона» или аккумулятор типа 7Д-0Д с номинальным напряжение». 7,5 - 9 В.

Конструктивно часы выполнены в виде двух блоков: основного и питаю-щего. Основной блок имеет размеры 115X65X50 мм, питающее устройстве» 80X40X50 мм. Основной блок установлен на подставке от письменного при-бора.

Электронный секундомер может быть собран по схеме часов, приведенной на рис. 30. Отличие заключается лишь в том, что генератор выдает секундную последовательность импульсов, а также в схеме установки 0. Секундомер мо-жет иметь любое число разрядов, но в большинстве применений достаточно до 10 мин, что обеспечивается тремя счетчиками и тремя индикаторами.

Принципиальная схема секундомера приведена на рис. 32. Генератор се-кундной последовательности импульсов выполнен на интегральной микросхеме ИМС1 К176ИЕ5 и кварце на частоту 32768 Гц. Импульсы с периодом следова-ния 1 с подаются через переключатель SI в положении «Пуск» на вход 4 микросхемы ИМС2, которая обеспечивает счет импульсов до десяти и индика-цию единиц секунд. Далее производится счет и индикация десятков секунд и единиц секунд и единиц минут (микросхемы ИМСЗ, ИМС4). В положении «Стоп» поступление секундных импульсов на вход ИМС2 прекращается и на индика-торах отображается число секунд и минут, прошедших с момента пуска се-кундомера.

При повторной установке переключателя в положение «Пуск» контактами S 2 производится автоматическая установка нуля всех счетчиков схемы секун-домера. Для этого на входы установки нуля (вывод 3 микросхемы К176ИЕ5 и выводы 5 микросхем К176ИЕЗ, К176ИЕ4) подается импульс сброса, сфор-мированный цепочкой R 3, С4, R 4. Затем начинается счет секунд. В качестве пе-реключателей S 1 и S 2 может быть использован сдвоенный тумблер МТДЗ, сдвоенный кнопочный переключатель ПДМ-2-1 или любая кнопка с двумя па-рами контактов на замыкание.

Автомобильные часы могут быть выполнены по аналогичной схеме и будут отличаться лишь типом цифровых индикаторов и питающим устройством. Прин-ципиальная схема автомобильных часов приведена на рис. 33.

В простейших автомобильных часах целесообразно применять цифровые индикаторы ИВ-6. Для повышения яркости свечения индикаторов в данной схеме используется все напряжение, создаваемое генератором автомобиля при работающем двигателе (13,2 - 14,2 В), а питание микросхем осуществляется через стабилизатор, обеспечивающий напряжение 9 В. Это потребовало разде-ления цепей питания микросхем и индикаторов, причем общий провод микро-схем не должен соединяться с «массой» автомобиля. Кроме этого, для лучшей различимости цифр желательно часы размещать в глубине приборного щитка автомобиля, чтобы исключить внешнее прямое освещение индикаторов.

Рис. 32. Принципиальная схема электронного секундомера

Рис. 33. Принципиальная схема автомобильных часов

В данной схеме питание цепей накала катодов ламп осуществляется от по-стоянного напряжения бортовой сети автомобиля. Напряжение 1,2 В получа-ется с помощью гасящего резистора сопротивлением 60 Ом. Питание сеток ламп осуществляется параллельно через резистор R 8. Напряжение 9 В для пи-тания микросхем создается за счет стабилизатора напряжения VD 3, R 5, при-чем общий провод микросхем соединяется с катодом стабилитрона. Остальные элементы (генератор минутных импульсов, установка нуля, установка времени, установка нуля при 24 ч) аналогичны элементам, установленным в часах, при-веденных на рис. 31.

Конструктивно часы выполнены на плате из фольгированного гетинакса размером 90X50 мм. Цифровые индикаторы установлены перпендикулярно пла-те. Лампы закрывают плотной черной бумагой с отверстием размером 20Х Х60 мм, чтобы видны были только индицируемые цифры часов. Затем часы ус-танавливают в щиток автомобиля. В нижней части щитка крепят отдельно кноп-ки SJ и S 2, а также тумблер включения индикации S3. Так как при выклю-ченной индикации часы потребляют менее 1 мА, то при регулярной эксплуата-ции автомобиля (например, летом) целесообразно часы не отключать полно-стью, а только выключить индикацию. В этом случае время будет сохраняться.

Вероятно, любой радиолюбитель (особенно старшего поколения) согласится с тем, что электронные часы для него не просто самоделка, а полезное для всей семьи изделие. В начале своей радиолюбительской деятельности каждый радиолюбитель (и я, естественно, тоже) собрал по несколько часов. Но это было давно, когда электронные часы, причём даже в самом простом и примитивном корпусе, а то и вовсе без него, были чем-то удивительным...

Когда в середине 90-х годов промышленность выпустила набор "Старт", в котором было всё необходимое для часов, включая печатную плату, бум по их изготовлению побил все рекорды. У нас в общежитии института радиоэлектроники часы без корпусов, собранные из него, висели на всех стенах.

Но те времена безвозвратно прошли. Сегодня торговля предлагает такой широкий выбор разнообразнейших часов что вроде ничего оригинального уже и не придумаешь. Про самодельный корпус, сравнимый с промышленным, я вообще промолчу. Изготовить его под силу далеко не каждому. Именно поэтому я больше не планировал браться ни за какие часы.

Однако около года назад я увидел в Интернете фотоснимок часов с газоразрядными индикаторами ИН-16 (рис. 1). Несмотря на то что такие индикаторы уже давно морально устарели, часы выглядели интересно, необычно и очень ностальгически. Взяться за изготовление подобных часов меня побудили три обстоятельства. Во-первых, интересный внешний вид. Во-вторых, корпус изготовить очень просто. А в-третьих, газоразрядные индикаторы у меня с давних пор были и предназначались именно для часов. Но тогда делать на них часы я не стал, потому что появился набор "Старт" с его большим и изумительным индикатором ИВЛ1-7/5, по сравнению с которым газоразрядные индикаторы выглядели неказистыми.

Рис. 1. Часы с газоразрядными индикаторами ИН-16

Но вот колесо истории совершило очередной поворот, часы на газоразрядных индикаторах стали считаться "ретро" и вошли в моду. Теперь магический оранжевый цвет и простая форма цифр газоразрядных индикаторов смотрятся оригинально, а в темноте даже завораживающе.

Естественно, возник вопрос - собирать часы на микроконтроллере или обычных часовых микросхемах? Конечно, часы на микроконтроллере обладают более широкими возможностями. Они могут показывать и год, и месяц, и день недели, могут иметь несколько будильников, управлять электроприборами и ещё много чего. Но поскольку я задумал "ретрочасы", то решил, что будет правильно, чтобы они были "ретро" и внутри.

Несмотря на кажущуюся сложность, разработанные часы просты в изготовлении и налаживании, потому что собраны на специализированных "часовых" микросхемах. Эти микросхемы у многих лежат на полке - выбросить жалко, а применить некуда. Если же их нет в старых запасах, то они всё ещё имеются в продаже и стоят недорого. Высоковольтные транзисторы и диоды можно выпаять из неисправных энергосберегающих ламп. Поэтому стоимость комплекта деталей для таких часов минимальна. Повторить их могут практически все желающие.

Схемы часов на "часовых" микросхемах хорошо известны радиолюбителям. Но в известных конструкциях не предусмотрена индикация секунд, а часы и минуты отображаются на светодиодных или вакуумных люминесцентных индикаторах. Поэтому пришлось согласовать "часовые" микросхемы с газоразрядными индикаторами и добавить блок индикации секунд.

В результате получилось устройство, состоящее из четырёх плат: счёта времени (схема на рис. 2), индикации часов и минут (схема на рис. 3), высоковольтных ключей и питания (схема на рис. 4), счёта и индикации секунд (схема на рис. 5). Одноимённые входные и выходные цепи этих плат следует соединить между собой.

Рис. 2. Схема платы счёта времени

Рис. 3. Схема индикации часов и минут

Рис. 4. Схема высоковольтных ключей и питания

Рис. 5. Схема счёта и индикации секунд

Микросхемы К176ИЕ12 (DD2) и К176ИЕ13 (DD3) разработаны именно для совместной работы в часах. Не стану подробно описывать назначение всех выводов этих микросхем - эту информацию можно найти в десятках, если не сотнях источников. Остановлюсь только на некоторых, необходимых для понимания схемы часов и их налаживания начинающими радиолюбителями.

Микросхема DD2 вырабатывает секундные и минутные импульсы. Они поступают на микросхему DD3, которая содержит счётчики минут, часов и регистр памяти будильника с устройством включения звуковой сигнализации в заданное время.

К выводам 12 и 13 микросхемы DD2 подключён кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 32768 Гцс элементами, необходимыми для работы с ним внутреннего генератора микросхемы. Такой резонатор так и называют - "часовой". Конденсатор C1 необходим для точной подстройки частоты генератора, от которой зависит точность хода часов. На выводе 14 микросхемы DD2 эту частоту можно проконтролировать частотомером.

Входы начальной установки счётчиков микросхемы DD2 (выводы 5 и 9) соединены с соответствующим выходом (выводом 4) микросхемы DD3. При нажатии на кнопку коррекции времени SB1 сигнал с микросхемы DD3 обнулит эти счётчики. Он же через преобразователь уровня на транзисторе VT20 поступает на входы начальной установки счётчиков единиц секунд DD6 и десятков секунд DD8 (рис. 5).

Индикация часов и минут в рассматриваемом устройстве - динамическая. Это означает, что каждый индикатор включён только в том интервале времени, когда на выводах 13, 14, 15, 1 микросхемы DD3 установлен код цифры, которая должна отображаться именно на этом индикаторе. Сигналы с выводов 3, 1, 15, 2 микросхемы DD2, управляющие поочерёдным включением индикаторов HG1-HG4, поступают на высоковольтные ключи, собранные на транзисторах VT9-VT12, VT14, VT15, VT17, VT18 (см. рис. 4). Эти ключи подают высокое напряжение положительной полярности на аноды индикаторов. Но поскольку они инвертируют управляющие сигналы, их перед подачей на ключи необходимо инвертировать ещё раз. Для этого предназначены инверторы DD1.1 - DD1.4 (см. рис. 2).

На выводе 4 микросхема DD2 генерирует секундные импульсы, идущие на её же вход С (вывод 7). Эти же импульсы через преобразователь уровня на транзисторе VT19 (рис. 5) поступают на вход счётчика единиц секунд на микросхеме DD6. Сигнал с выхода 8 (вывода 11) этого счётчика поступает на вход счётчика десятков секунд на микросхеме DD8. Сигналы с выходов разрядов обоих счётчиков поданы на высоковольтные дешифраторы DD7, DD9 и далее на индикаторы HG5, HG6. Таким образом, индикация единиц и десятков секунд не динамическая, а статическая.

Секундные импульсы поданы и на вход высоковольтного ключа на транзисторе VT8, который управляет неоновой лампой HL1. В окончательной версии часов от мигающей каждую секунду точки я отказался, но не стал удалять соответствующий узел из схемы. Возможно, что кто-нибудь захочет, чтобы в его часах такая точка была.

У использованного мной варианта добавления к часам счётчика и индикатора секунд есть одна особенность. Поскольку счётчики К155ИЕ2 и К155ИЕ4 изменяют своё состояние по спадам входных импульсов, переключение секунд происходит на полсекунды позже, чем переключение минут счётчиком микросхемы DD3. Впрочем, это заметно лишь при смене 59-й секунды нулевой. Я не счёл это недостатком. Пусть думают, что так и должно быть, часы ведь не обычные, а "ретро".

Вывод 6 микросхемы DD3 - вход сигнала коррекции показаний часов. Выход звукового сигнала будильника - вывод 7. С него сигнал поступает на усилитель мощности на транзисторах VT6 и VT7 и далее на излучатель звука HA1.

Как уже упоминалось, с выводов 13, 14, 15, 1 микросхемы DD3 код цифры поступает через преобразователи уровней (транзисторы VT1-VT4) на информационные входы запоминающего регистра - счетверённого D-триггера DD4. Запись в этот регистр происходит по сигналу с вывода 12 микросхемы DD3, прошедшему через преобразователь уровня на транзисторе VT5.

Для управления работой часов предназначены кнопки SB1-SB4 и кнопочный выключатель SA1 (им включают и выключают звуковой сигнал будильника). Кнопки SB2 и SB3 служат для установки соответственно минут и часов, а кнопка SB4 - для установки времени срабатывания будильника. При нажатой кнопке SB4 индикаторы показывают это время. Чтобы изменить его, необходимо нажимать на кнопки SB2 и SB3, не отпуская кнопку SB4.

Кнопка SB1 позволяет откорректировать показания часов, для чего её следует нажать за несколько секунд до фактического окончания текущего часа. При этом счёт времени прекратится. Внутренние счётчики минут и секунд микросхем DD2 и DD3, а также счётчики DD6 и DD8 будут обнулены. Если число минут в момент остановки было менее 40, значение в счётчике часов микросхемы DD3 не изменится, в противном случае оно увеличится на единицу. По сигналу точного времени кнопку SB1 следует отпустить, после чего счёт времени будет продолжен.

К сожалению, при нажатой кнопке SB1 остаётся включённой цифра на каком-либо индикаторе. Чтобы не усложнять часы, я не стал делать узел гашения всех индикаторов, посчитав, что это нельзя считать недостатком ретрочасов. Впрочем, в них можно добавить такой узел, собрав его по схеме, приведённой на рис. 24 в .

Как уже было отмечено, в предлагаемых часах индикация часов и минут - динамическая, а секунд - статическая. Чтобы яркость индикаторов HG5 и HG6 не отличалась от яркости индикаторов HG1-HG4, номиналы резисторов R25 и R26 в цепях анодов индикаторов HG5 и HG6 увеличены до 150 кОм.

Вследствие недостатка места в корпусе часов я выполнил их блок питания по бестрансформаторной схеме. Поэтому все детали часов находятся под напряжением сети. При их налаживании следует соблюдать особую осторожность .

Если при повторении конструкции в корпусе найдётся место для понижающего трансформатора, рекомендую применить трансформаторный блок питания. Вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на напряжение около 12 В при токе нагрузки 150...200 мА. При этом из схемы исключают конденсатор C8, резистор R9 и стабилитрон VD7.

Ещё один вариант - использовать выносной стабилизированный импульсный блок питания на 9 или 12 В. Такие блоки обычно по конструкции подобны зарядным устройствам для сотовых телефонов, их применяют повсеместно. При использовании блока питания на 12 В из схемы исключают конденсатор C8, резистор R9, диодный мост VD6 и стабилитрон VD7. Выходное напряжение блока питания, соблюдая полярность, подают на конденсатор C9. Если применён блок питания на 9 В, из схемы исключают, кроме перечисленных в предыдущем абзаце элементов, также транзистор VT13, резистор R14 и стабилитрон VD9, а анод диода VD10 соединяют с плюсовым выводом конденсатора C9.

Большая ёмкость конденсатора C10 позволяет часам идти ещё некоторое время после отключения напряжения в сети. Диод VD10 отсекает от конденсатора C10 другие цепи, позволяя ему расходовать запасённую энергию только на питание микросхем DD1-DD3. При указанной на схеме ёмкости 2200 мкФ часы продолжают работать более 10 мин. Этого вполне достаточно, чтобы не только предотвратить сбои показаний, но и, например, перенести часы из одной комнаты в другую. В статье имеются экспериментальные данные о зависимости продолжительности хода часов от ёмкости этого конденсатора.

Если всё-таки необходимо резервное питание, изучите статью - её автор предлагает несколько вариантов. А если не нравится звучание имеющегося в часах будильника, можно собрать другой по схемам из и . В есть даже вариант будильника на микросхеме музыкального синтезатора УМС .

На рис. 6 показаны печатные платы, на которых собраны часы. Их чертежи я не привожу, потому что и схема часов, и печатные платы неоднократно изменялись и дорабатывались. Например, когда я решил добавить в часы индикатор секунд, то не стал разрабатывать новую плату, а просто прикрепил дополнительную к имеющейся плате индикаторов часов и минут. Были изменения и в других платах. Поскольку часы делались в одном экземпляре, перерабатывать печатные платы с учётом изменений я не стал.

Рис. 6. Печатные платы, на которых собраны часы

Вместо микросхемы К176ИЕ12 можно использовать К176ИЕ18, но схема её включения отличается.

Вместо микросхемы К176ЛА7 в описанных часах допустимо применить К176ЛЕ5, причём никаких изменений схемы не потребуется. Только не забудьте, что такая замена станет невозможной, если будет решено делать узел гашения индикаторов по схеме из статьи .

Вместо счетверённого D-триггера К155ТМ7 можно использовать К155ТМ5. Применение микросхемы К155ТМ7 объясняется лишь тем, что она была у меня в наличии. Её я и установил в часы, оставив инверсные выходы триггеров свободными.

Многие детали можно взять из электронных балластов неисправных энергосберегающих ламп. Из него взят, например, малогабаритный оксидный конденсатор C7. Его ёмкость может лежать в пределах 2,2...10 мкФ. Применяемые в балластах транзисторы МЕ13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 можно использовать взамен КТ605А. Из отечественных транзисторов для их замены подойдут КТ604А. Можно также применить две транзисторные сборки К166НТ1А, что несколько усложнит разработку печатной платы, но зато уменьшит её габариты. Наконец, из неисправных балластов можно взять диоды 1N4007, которые заменят все диоды в часах (кроме стабилитронов). Из них же можно собрать и диодный мост вместо КЦ407А.

Из отечественных диодов в качестве замены диодов КД102Б подойдут дру гие маломощные кремниевые диоды с допустимым обратным напряжением 300 В и более, например, КД104А, КД105Б-КД105Д. Диоды КД102А в рассматриваемом случае могут быть заменены любыми маломощными кремниевыми диодами. Если позволяют размеры платы, вместо диодного моста КЦ407А можно применять КЦ402 или КЦ405 с любыми буквенными индексами.

Транзисторы КТ315Г и КТ361Г могут быть заменены транзисторами тех же серий с любыми буквенными индексами или другими кремниевыми маломощными транзисторами соответствующей структуры с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 15 В.

Вместо транзистора КТ815Г пригодны транзисторы серий КТ815, КТ817, КТ819 с любыми индексами. Однако транзисторы серии КТ819 из соображения габаритов лучше применять в пластмассовом корпусе (без индексаМ).

Поскольку на вход стабилизатора напряжения 5 В поступает напряжение 12 В, транзистор VT16 выделяет значительное количество тепла. Поэтому он должен иметь теплоотвод, который может быть любой конструкции. Например, алюминиевой пластиной толщиной несколько миллиметров и площадью не менее 15...20 см 2 . Кнопки SB1-SB4 - любые, умещающиеся в корпус часов. Вместо кнопочного выключателя SA1 можно с тем же условием применить любой движковый или рычажный выключатель. Звуковой излучатель HA1 - телефонный капсюль сопротивлением не менее 50 Ом. Если позволяет место в корпусе, можно использовать малогабаритную динамическую головку, подключив её через выходной трансформатор от любого транзисторного приёмника. При этом громкость сигнала будильника существенно возрастёт.

Гасящий конденсатор C8 составлен из трёх конденсаторов К73-17 ёмкостью 1 мкФ на постоянное напряжение 630 В, соединённых параллельно. Их можно расположить в любом свободном месте корпуса. Имейте в виду, что не все конденсаторы пригодны для работы в качестве гасящих. Например, нельзя применять конденсаторы БМ, МБМ, МБГП, МБГЦ-1, МБГЦ-2 . Если позволяют размеры корпуса, можно использовать конденсаторы МБГЧ или К42-19 на напряжение не менее 250 В или МБГО на напряжение не менее 400 В.

К изготовлению корпуса часов следует подойти со всей тщательностью, поскольку от него зависит впечатление, которое будут производить часы на друзей и знакомых. Далее я указываю размеры своих часов. Естественно, их можно менять.

Возьмите ровную, хорошо отполированную деревянную планку шириной 50 мм и толщиной 5 мм. Отпилите от неё две детали длиной по 200 мм и две детали длиной по 70 мм. Рекомендую использовать ножовку по металлу с более мелкими, чем у ножовки по дереву, зубьями. Постарайтесь пилить строго под прямым углом. Затем, применяя любой клей для дерева (например, ПВА), склейте каркас. Его внешние размеры - 200x80 мм.

Для изготовления светящегося дна необходима пластина органического стекла толщиной не менее 5 мм. Разметьте прямоугольник размером, как у получившегося каркаса, и также ножовкой по металлу, стараясь пилить строго под прямым углом и не останавливаясь, выпилите его. Отполируйте торцы пластины и приклейте получившееся дно к каркасу клеем "Момент".

На задней стенке корпуса установите кнопки SB1-SB4 и выключатель SA1, просверлите в ней отверстия для держателя плавкой вставки FU1 и сетевого шнура. Не забудьте и про вентиляционные отверстия.

Самая ответственная часть работы - изготовление верхней крышки часов из тонированного стекла. Самостоятельно вырезать такую крышку, да ещё с отверстиями под индикаторы, сможет далеко не каждый, поэтому я рекомендую обратиться в ближайшую стекольную мастерскую. Они есть в любом, даже самом маленьком городе. Там вырезают стёкла для окон, зеркала, делают аквариумы. Просто принесите туда точные размеры крышки и точно укажите центры и диаметры отверстий под индикаторы.

Вполне удовлетворительный результат получится, если сделать крышку из органического стекла, но внешний вид часов будет несколько иным. Зато такую крышку можно изготовить и самому.

Особо стоит остановиться на деталях, которые придадут изготовленным часам ещё больший шарм. Это синие светодиоды подсветки индикаторов снизу и светодиодная лента жёлтого свечения, подсвечивающая заднюю кромку дна корпуса часов. Типов светодиодов и лент великое множество и можно применять практически любые. Если у кого-нибудь возникнет сомнение, что светодиоды должны быть именно синими, а лента именно жёлтой, не стану спорить. На вкус и цвет товарищей нет. Можно экспериментировать с любыми цветами или даже применить RGB-светодиоды и RGB-ленту с контроллерами, управляемыми дистанционно. Такие контроллеры можно приобрести в магазинах, торгующих электротоварами.

Светодиоды HL2-HL7 устанавливают под каждый из шести индикаторов. Они создают красивый синий светящийся ореол вокруг цифр и в верхней части индикаторов - этот эффект хорошо виден на фотоснимке внешнего вида часов (рис. 7). Светодиоды соединяют последовательно и подключают через гасящий резистор R24 к цепи +300 В. Подборкой этого резистора добиваются желаемой яркости свечения светодиодов. Применённые мной светодиоды имеют достаточную яркость уже при токе 2...3 мА, поэтому мощность, рассеиваемая резистором, не превышает 0,5 Вт.

Рис. 7. Ретрочасы в сборе

Конечно, безопаснее было бы питать светодиоды подсветки не высоким напряжением, а с выхода низковольтного выпрямителя - от конденсатора C9, соответственно уменьшив сопротивление резистора R24. Объясню, почему было решено питать их от высоковольтного, а не от низковольтного выпрямителя. Напряжение +300 В на плате индикаторов секунд уже имеется, а для питания светодиодов HL2-HL7 низким напряжением пришлось бы добавить ещё один провод.

Светодиодная лента состоит из параллельно соединённых секций длиной по 50 мм, в каждой из которых имеются соединённые последовательно два-три светодиода и резистор. Для использования в часах пригодна лента с напряжением питания 12 В. Отделите от неё отрезок длиной 200 мм (четыре секции) и приклейте его прозрачным клеем к задней кромке дна корпуса часов. Желаемую яркость свечения установите подборкой резистора R12. При этом следует помнить, что чем больше яркость свечения ленты, тем больший ток она потребляет и тем большей должна быть ёмкость гасящего конденсатора

C8. При ёмкости этого конденсатора 3 мкФ ток, потребляемый лентой, не должен превышать 60 мА, иначе напряжение на конденсаторе C9 опустится ниже 12 В, в результате чего транзистор VT13 выйдет из рабочего режима. При указанных на схеме номиналах лента в моих часах именно столько и потребляет и светит достаточно ярко, хотя напряжение на ней всего 9 В.

Литература

1. Алексеев С. Применение микросхем серии К176. - Радио, 1984, № 4, с. 25-28; № 5, с. 36-40; № 6, с. 32-35.

2. Осторожно! Электрический ток! - Радио, 2015, № 5, с. 54.

3. Никишин Д. Часы на светодиодных индикаторах КЛЦ202А. - Радио, 1998, № 8, с. 46-48.

4. Алексеев С. Электронные часы автолюбителя. - Радио, 1996, № 11, с. 46- 48.

5. Турчинский Д. Вместо обычного будильника - музыкальный. - Радио, 1998, № 2, с. 48, 49.

6. Дриневский В., Сироткина Г. Музыкальные синтезаторы серии УМС. - Радио, 1998, № 10, с. 85, 86.

7. Бирюков С. Расчёт сетевого источника питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1997, № 5, с. 48-50.

Дата публикации: 27.02.2016

Мнения читателей

• Андроид / 02.10.2018 - 12:09
  Схемное решение шикарное, но для себя думаю чуть подрезать (секунды) , а так все просто супер
• Игорь Казанцев [email protected] / 23.04.2017 - 22:12
  Схема понравилась. Замечания:1)В качестве высоковольтных ключей можно применить оптроны типа TLP627A. С выводов микрухи к176ие12, без всяких инверторов, включаете светодиод оптрона, с выходом на общий плюс, через токоограничительный резистор в 1,5 ком. 2)Собрав простую мигалку - мультивибратор на 2-х транзисторах, можно добавить динамическую индикацию, по питанию, для секундных индикаторов, тоже на TLP627A. Отображение цифр остаётся статическим. Если можно, напишите Ваши соображения на мою электронную почту. В остальном, снимаю шляпу. Схема просто гениальная. Если её упростить, с использованием высоковольтных оптронов типа TLP627A, то это будет прорыв в технологии NIXIE. С уважением. Игорь Казанцев, г. Пермь

При подключении к микросхеме кварцевого резонатора на частоту 32768 Герц микросхема выдает импульсы с частотой 128 герц (выходы Т1-Т4 микросхемы) со скважностью 4 сдвинутые между собой на четверть периода необходимы для коммутации знакомест индикатора часов при динамической индикации.
Импульсы с частотой 1/60 Герц подаются на счетчик минут.
Импульсы с частотой 1 Герц подаются на счетчик секунд в качестве разделителя (двух мигающих точек) между индикаторами часов и минут.
Импульсы 2 Герц необходимы для установки показаний часов.
1024 Герц — эти импульсы предназначены для звукового сигнала будильника и для опроса разрядов счетчиков при динамической индикации.
Импульсы с частотой 32768 Герц — не используются в схеме часов, эти импульсы контрольные, от стабильности и точности этой частоты зависит погрешность показаний часов.
Фазовые отношения колебаний различных частот можно посмотреть на рисунке
импульсы с частотами — 32768, 1024, 128, 2, 1, 1/60 Герц.

Далее в схеме часов следует микросхема К176ИЕ13 которая содержит:
счетчики часов и минут
регистр памяти будильника
цепи сравнения и выдачи звукового сигнала
цепь динамической выдачи кодов цифр для подачи на индикаторы.
Как правило, эту микросхему в стандартном варианте используют совместно с К176ИЕ12.

При совместном использовании этих двух микросхем мы получаем основные выходные импульсы: Т1-Т4 и коды цифр на выходах 1,2,4,8. В моменты когда на выходе Т1 лог. 1, на выходах 1,2,4,8 присутствует код цифры единиц минут, при лог. 1 на выходе Т2 — код цифры десятков минут и так далее. На выходе S — импульсы 1Гц для зажигания разделительной точки (2-х точек — 12:31), С — импульсы необходимые для стробирования записи кодов цифр в регистр памяти микросхемы К176ИД2 или К176ИД3 (дешифраторы, предназначены для согласования выходов микросхем К176ИЕ12 и К176ИЕ13 с индикаторами), К — используется для гашения индикаторов во время коррекции часов, это необходимо поскольку во время коррекции показаний часов происходит остановка динамической системы индикации, при отсутствии гашения светится только один разряд с повышенной яркость в 4 раза. HS — выходной сигнал будильника. Выходы S, К и HS использовать не обязательно, при подаче лог. 0 на вход V микросхемы переводит эти выходы в высоко эмпедансное состояние.
При подаче питания ма микросхемы с счетчика часов и минут и в регистр памяти автоматически записываются нули. Для установки времени необходимо нажать SB1 и показания счетчика будут меняться с частотой 2 Герц от 00 до 59 с и далее снова 00, в момент перехода от 59 к 00 показания часов увеличатся на единицу. Показания счетчиков часов то же можно изменить нажав SB2, так же как и с минутами показания будут меняться с частотой 2 Герц, но уже от 00 до 23 и снова 00. При нажатии SB3 появится показания будильника, что бы изменить эти показания необходимо одновременно нажать SB1SB3 для минут и SB2SB3 для часов. Ну и последняя кнопка SB4 она необходима для запуска часов после коррекции (момент нажатия кнопки SB4 обнуляет секунды).

Будильник

Когда показания часов и время будильника не совпадают, то на выходе HS будет лог. 0. Но как только показания совпадут (совпадать они будут только в течении одной минуты) то на выходе HS появится импульсы положительной полярности с частой 128 Герц и длительностью 488 мкс (скважность 16). При подаче этих сигналов через любой эмиттерный повторитель на любой излучатель вызовет звуковой сигнал напоминающий звук обычного механического будильника.

Данные часы собранны на хорошо известном комплекте микросхем - К176ИЕ18 (двоичный счетчик для часов с генератором сигнала звонка),

К176ИЕ13 (счетчик для часов с будильником) и К176ИД2 (преобразователь двоичного кода в семисегментный)

При включении питания в счетчик часов, минут и в регистр памяти будильника микросхемы U2 автоматически записываются нули. Для установки

времени следует нажать кнопку S4 (Time Set) и придерживая ее нажать кнопку S3 (Hour) - для установки часов или S2 (Min) - для установки

минут. При этом показания соответствующих индикаторов начнут изменяться с частотой 2 Гц от 00 до 59 и далее снова 00. В момент перехода

от 59 к 00 показания счетчика часов увеличатся на единицу. Установка времени будильника происходит так же, только придерживать нужно

кнопку S5 (Alarm Set). После установки времени срабатывания будильника нужно нажать кнопку S1 для включения будильника (контакты

замкнуты). Кнопка S6 (Reset) служит для принудительного сброса индикаторов минут в 00 при настройке. Светодиоды D3 и D4 играют роль

разделительных точек, мигающих с частотой 1 Hz. Цифровые индикаторы на схеме расположены в правильном порядке, т.е. сначала идут

индикаторы часов, две разделительные точки (светодиоды D3 и D4) и индикаторы минут.

В часах использовались резисторы R6-R12 и R14-R16 ваттностью 0,25W остальные - 0,125W. Кварцевый резонатор XTAL1 на частоту 32 768Hz -

обычный часовой, Транзисторы КТ315А можно заменить на любые маломощные кремниевые соответствующей структуры, КТ815А - на транзисторы

средней мощности со статическим коэффициентом передачи тока базы не менее 40, диоды - любые кремниевые маломощные. Пищалка BZ1

динамическая, без встроенного генератора, сопротивление обмотки 45 Om. Кнопка S1 естественно с фиксацией.

Индикаторы использованы TOS-5163AG зеленого свечения, можно применить любые другие индикаторы с общим катодом, не уменьшая при этом

сопротивление резисторов R6-R12. На рисунке Вы можете наблюдать распиновку данного индикатора, выводы показаны условно, т.к. представлен

вид сверху.

После сборки часов, возможно, нужно будет подстроить частоту кварцевого генератора. Точнее всего это можно сделать, контролируя цифровым

частотомером период колебаний 1 с на выводе 4 микросхемы U1. Настройка генератора по ходу часов потребует значительно большей затраты

времени. Возможно, придется также подстроить яркость свечения светодиодов D3 и D4 подбором сопротивления резистора R5, чтобы все

светилось равномерно ярко. Потребляемый часами ток не превышает 180 мА.

Часы питаются от обычного блока питания, собранного на плюсовом микросхемном стабилизаторе 7809 с выходным напряжением +9V и током 1,5A.