7.7 Программатор интервалов времени
Это устройство предназначено для подачи звукового сигнала в установленное время. В отличие от будильника, программатор позволяет заранее установить несколько (в данном случае — четыре) временных интервала. Точность (дискретность) установки временных интервалов — 5 минут.
Рассмотрим работу программатора по его принципиальной схеме, приведенной на рис. 147. На микросхеме DD1 выполнен генератор импульсов кварцованной частоты 32768 Гц, а также счетчики импульсов. На их выходах имеются импульсы, период следования которых или частота указаны на принципиальной схеме.
Импульсы с периодом следования 1 мин подаются на счетный вход CN счетчика DD2.1. Работа микросхемы этого типа — К561 ИЕ10 — уже неоднократно была описана в этой книге, и нет нужды повторяться. При появлении на выходах 1 и 4 данного счетчика одновременно напряжений высокого логического уровня, или логической 1 (что соответствует десятичному числу 5), на выходе логического элемента DD3.2 (2И-НЕ) появляется напряжение логического 0, которое поступает на один из входов логического элемента DD3.1. На выходе этого элемента в таком случае появляется напряжение логической 1, которое подается на вход R счетчика DD2.1 и устанавливает триггеры счетчика в исходное состояние, при котором на их выходах присутствует напряжение логического 0. Таким образом, счетчик делит частоту поступающих входных импульсов на два, и на вход следующего счетчика DD2.2 с выхода логического элемента DD3.2 поступают импульсы с периодом следования 5 мин.
Счетчик DD2.2 благодаря наличию обратных связей через логические элементы DD3.3, DD3.4 имеет коэффициент счета 12. Следовательно, заполнение этого счетчика происходит через 5 мин х 12 = 60 мин, т.е. через 1 час. С выхода элемента DD3.4 ча-
совые импульсы поступают на вход счетчика DD4.1, а с его выхода 8 — на вход счетчика DD4.2.
Работа этих двух счетчиков (DD4.1, DD4.2) иллюстрируется приведенной ниже таблицей истинности (табл. 5).
Как известно, соединенные последовательно пять счетных триггеров обеспечивают коэффициент деления 2^5=32. Чтобы его уменьшить, использованы логические элементы DD6.1, DD6.2. При появлении в двух последних разрядах счетчика одновременно напряжения логической 1 (это происходит после прихода 24-го счетного импульса) на выходе логического элемента DD6.2 появ-
ляется напряжение логического 0, а на выходе логического элемента DD6.1 — напряжение логической 1. Триггеры счетчиков DD4.1, DD4.2 устанавливаются в исходное, нулевое, состояние, после чего процесс счета начинается снова.
Для дешифрирования логических состояний счетчиков использованы микросхемы DD7 — DD10 типа К561ИД1, представляющие собой дешифратор четырехразрядного двоичного кода в десятичный позиционный код. Активное состояние выхода соответствует уровню логической 1. Соединение входов дешифраторов DD7, DD8 между собой и с выходами счетчика DD2.2 обеспечивает 12-позиционный код 5-минутных интервалов, а вхо-
дов дешифраторов DD9 — DD11 между собой и с выходами счетчиков DD4.1, DD4.2 — 24-позиционный код часовых интервалов. Рассмотрим подробнее работу дешифраторов DD7, DD8. Вначале необходимо ознакомиться с таблицей истинности микросхемы К561ИД1 (табл. 6).
Из таблицы, в частности, видно, что при подаче на входы дешифратора двоичного кода, соответствующего числу 10 и более, на всех выходах дешифратора устанавливается уровень логического 0.
Входы 1, 2 и 4 дешифраторов DD7, DD8 соединены между собой, а на вход 8 дешифратора DD8 подается сигнал, инверсный логическому уровню аналогичного входа дешифратора DD7. При подаче на вход счетчика DD2.2 первых семи импульсов на входе дешифратора DD8 действует напряжение логической 1. Как видно из табл. 6, при таком входном сигнале на входе 8, независимо от логических уровней на других входах дешифратора, в активном состоянии могут находиться только выходы 8 и 9 дешифратора;
однако они не используются в данной схеме. Поэтому при поступлении первых семи импульсов дешифратор DD8 фактически не работает (ни один из обозначенных на схеме выходов не находится в активном состоянии). С приходом восьмого импульса на выходе 8 счетчика DD2.2 устанавливается напряжение логической 1, а на входе 8 дешифратора DD8 — напряжение логического 0. При этом на всех выходах дешифратора DD7 (задействованных в данном устройстве) действует напряжение логического 0, и в работу включается дешифратор DD8. Светодиоды HL2 — HL13 светятся, когда на соответствующих выходах дешифраторов имеется напряжение высокого уровня. Работа дешифраторов DD7, DD8 хорошо иллюстрируется таблицей истинности (табл. 7). Цифрой 1 показано светящееся состояние светодиодов.
Аналогично работают и дешифраторы DD9 — DD11, дешифрирующие состояния 24-позиционного кода часовых интервалов. В любой момент времени светится один из светодиодов HL14 — HL37, индицируя значение текущего времени в часах.
Для установки нужного часа используется кнопка SB1 "Установка часов". При нажатии этой кнопки устанавливаются в исходное состояние счетчик микросхемы DD1, с выхода М которого снимаются минутные импульсы, а также счетчики DD2.1, DD2.2.
На вход триггера DD4.1 через замыкающие контакты SB 1.2 с выхода S2 микросхемы DD1 поступают импульсы с частотой 0,5 Гц. При установке нужного часа, индицируемого загоранием одного из светодиодов HL14 — HL37, кнопку SB1 отпускают. Установка счетчика 5-минутных интервалов в требуемое положение нс предусмотрена, поэтому установку программатора нужно производить только в конце каждого часа, когда передают сигналы точного времени.
Во время работы программатора попеременно загораются светодиоды HL2 — HL13, индицируя 5-минутные интервалы, а также попеременно загораются светодиоды HL14 — HL37, индицируя текущий час. Таким образом, одновременно в любой момент времени светятся два светодиода. Светодиод HL1 загорается с частотой 1 Гц и служит индикатором работы устройства.
Для установки нужного момента подачи звукового сигнала использованы четыре элемента совпадения DD13.1 — DD13.4. Входы каждого из этих логических элементов с помощью гибких проводников и вилок ХР1 — ХР8 соединяются с выходами дешифраторов DD7 — DD11, подключенными к гнездам XS1 — XS36. Для установки момента срабатывания, например, 8 час. 35 мин., вилку ХР1 вставляют в гнездо, соединенное со светодиодом HL22, а вилку ХР2 — в гнездо, соединенное со светодиодом HL9. Аналогичным образом устанавливают при необходимости и другие временные интервалы, используя для этого вилки ХРЗ — ХР8. Максимально можно установить четыре различных временных интервала.
При наступлении нужного времени на обоих входах одного из логических элементов DD13.1 — DD13.4 устанавливается напряжение логической 1, а на выходе данного логического элемента — напряжение логического 0. Это приводит к установлению на выходе логического элемента DD12.3 напряжения логической 1, а на выходе логического элемента DD14.1 — напряжения логического 0. Через дифференцирующую цепь C5R19 отрицательный перепад напряжения поступает на вход логического элемента DD14.3, который вместе с логическим элементом DD14.2 образует RS-триггер. Поступившим отрицательным перепадом напряжения RS-триггер установится в состояние, при котором на выходе логического элемента DD14.3 появится напряжение высокого уровня.
Оно подается на вход (вывод 11) логического элемента DD12.2. На вывод 10 этого элемента поступают импульсы частотой 1028 Гц, снимаемые с выхода F микросхемы DD1. На вывод 12 логического элемента DD12.2 подаются импульсы с выхода S2 микросхемы DD1 частотой 0,5 Гц. На вывод 9 логического элемента DD12.2 поступают проинвертированные минутные импульсы с выхода М микросхемы DD1. Поскольку переключение первого триггера счетчика DD2.1 происходит спадом минутных импульсов, после каждого такого спада на входе 9 логического элемента DD12.2 действует напряжение логической 1. Таким образом, после переключения RS-триггера DD14.2DD14.3 на выходе логического элемента DD12.2 будут импульсы частотой 1028 Гц, следующие с периодом 0,5 с. Усиленные по току транзистором VT1, эти импульсы возбудят звуковой излучатель НА1, и прерывистый звуковой сигнал возвестит о наступлении установленного времени. Чтобы выключить звуковой сигнал, необходимо нажать кнопку SB2. Если этого не сделать, то через 40 с логический уровень напряжения на выходе М микросхемы DD1 изменится на противоположный, на выводе 9 логического элемента DD12.2 установится напряжение логического 0, и звук выключится.
Питаются все элементы программатора от стабилизатора, выполненного на микросхеме DA1. Его выходное напряжение равно 9 В.
Несколько слов о назначении отдельных элементов программатора. Резисторы Rl, R2 обеспечивают подачу напряжения высокого уровня на соответствующие выводы микросхем, а резисторы R9 — R 16 — подачу напряжения низкого уровня на входы логических элементов микросхемы DD13.
О деталях устройства. Микросхемы DD1, DD12 аналогов в других сериях не имеют; все остальные микросхемы могут быть заменены соответствующими аналогами из серии К176. Транзистор VT1 —любой из серий КТ203, КТ361, КТ501, КТ502. Кварцевый резонатор Z1 — малогабаритный на частоту 32768 Гц, предназначенный для использования в электронных часах. Конденсаторы С1, С3, С5 — типов КТ, КЛС, KM, K10-7B, К10-23, С7 — КМ-6Б, К10-23; оксидный конденсатор С6 — К50-24 или К50-35. Подстроечные конденсаторы С2 и С4 — типа КТ4 или КПК-МП. Все резисторы — МЛТ-0,25. Звуковой излучатель
HA1— микрофонный капсюль ДЭМШ-1А, вызывной прибор типа ВП-1 или телефонный капсюль любого типа с сопротивлением катушки постоянному току не менее 65 Ом (например, ТК-47, ТК-67). Кнопки SB1, SB2 — типа КМ или П2К; выключатель питания Q1 — переключатель типа П2К с фиксацией положения или тумблер типа МТ1, ТП1-1. Трансформатор Т1 может быть любого другого типа; он должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение 12...15 В при токе не менее 100 мА. Гнезда и вилки — любого типа, совместимые друг с другом.
Монтаж элементов устройства выполнен комбинированным способом на двух монтажных платах № 2 (рис. 16 книги). Светодиоды расположены в две вертикальные линейки. На верхней крышке устройства около светодиодов располагаются соответствующие им гнезда XS1 — XS36; рядом нанесены надписи, обозначающие время: 0 м, 5 м, 10м,..., 55 м; 0 час, 1 час,..., 23 час. Длина проводников, соединяющих входы логических элементов микросхемы DD13 с вилками ХР1 — ХР8, зависит от конструкции и может быть 15...20 см.
Если монтаж устройства выполнен без ошибок, то устройство начнет работать сразу. С помощью конденсаторов С2 и С4 осуществляют соответственно грубую и точную установку частоты. Сделать это можно по сигналам точного времени или по образцовому частотомеру.
После включения программатора необходимо кратковременно нажать кнопку SB2, чтобы установить триггер DD14.2DD14.3 в исходное состояние.