14. Часы с будильником на мс 176 серии

[VVZ]

Перед выполнением этой работы рекомендуется (как минимум) собрать схему 2-го этапа из темы : "Схема простой динамической индикации". На 2-ом этапе собирается схема - "генератор + счётчик + дешифратор + индикатор" (осознать основные узлы часов).

Часы с будильником :

Схема выполнена на микросхемах серии К176: счётчики - К176ИЕ12 (D1), К176ИЕ13 (D2) и дешифратор - К176ИД2 (D3, или К176ИД3). Напряжение питания - 5 вольт.

Микросхема К176ИЕ12 формирует необходимые сигнала управления (в том числе, для работы индикации и минутные импульсы). Счётчик К176ИЕ13 считает минутные импульсы и выполняет функцию будильника. С выходов этого счётчика показания о времени через дешифратор К176ИД2 выводятся на индикатор. В качестве индикатора может использоваться современный 4-х знаковый индикатор с ОК (общий катод) или четыре одиночных индикатора с ОК (соединяются выводы сегментов A-G). Роль катодных ключей выполняют логические инверторы мс К155ЛН2 (с открытым коллектором).


Описание схемы :

Микросхема К176ИЕ12 состоит из трёх частей. На элементах одной собирается генератор (здесь RC генератор на элементах R2, R3, C1), а на выходах двух других (делители частоты) формируются необходимые сигналы управления. Внутри самой микросхемы выходной сигнал генератора соединён с входом первого делителя, на выходах которого присутствуют сигналы управления : выход S1 (вывод 4, секундный - частота 1 Гц), выход S2 (вывод 6, полсекунды - частота 2 Гц), выход F (вывод 11, частота 1024 Гц), выходы T1-T4 (выводы 3, 1, 15, 2 - частота 128 Гц с временным сдвигом, для динамического управления индикатором). Светодиод VD1 необходим для индикации секундных импульсов.

Сигнал с выхода S1 (вывод 4, секундный) первого делителя соединяется с входом С (вывод 7) второго делителя (делитель на 60) и с его выхода М (вывод 10) снимаются минутные импульсы. Входы R1 и R2 (выводы 5 и 9) соединены с выходом R (вывод 4 мс D2) для установки делителей мс D1 в нулевое состояние.

Для усиления и инвертирования (для индикаторов с ОК) сигналов T1-T4 используются инверторы мс D4 (К155ЛН2 или К155ЛН3, с открытым коллектором).



Мс К176ИЕ13 (мс D2) содержит в себе счётчики минут, часов, регистр памяти будильника, модуль сравнения показаний времени с установками будильника и выход на сигнализацию (вывод 7). С выходов мс D1 на входы мс D2 подводятся сигналы : на вход М (минутные импульсы, вывод 5), S2 (2 Гц, полсекунды, для работы будильника, вывод 9) и F (вывод 10, 1024 Гц, для сигнализации и формирования сигнала с выхода S). Вход V (вывод 2) должен быть подключён к VCC. Через выходы 1, 2, 4, 8 (выводы 13, 14, 15, 1) микросхемы выводится информация о времени (часов и минут) в двоичном коде. Сигнал разрешения записи двоичного кода в дешифратор подводится с выхода S (вывод 12, мс D2) к выводу 1 мс D3. Сам дешифратор преобразует двоичную информацию в коды семисегментного индикатора.

С помощью кнопок КM, KH и KR происходит установка текущего времени и показаний будильника, при этом, кнопка КM меняет показания минут, а кнопка KH – часов. Общий вывод кнопок соединён с входом P (вывод 11, мс D2), к нему также подключаются сопротивление R4 и конденсатор C2. К входу K (вывод 6 мс D2) подключена кнопка КК и сопротивление R6. При её нажатии происходит гашение индикаторов и выполняется коррекция показания часов.

Общий план (этапы) работы :

1. Подключение индикатора к дешифратору.
2. Подключение индикатора к инверторам.
3. “Оживление” мс К176ИЕ12.
4. Подключение сигналов мс К176ИЕ12 к инверторам, формирование минутных импульсов.
5. Подключение мс К176ИЕ13 и её проверка.
6. Вывод показаний времени на индикатор (часы без будильника).
7. Часы с будильником.

Вид на окончательную сборку :

[VVZ]

Этап 1. Подключение индикатора к дешифратору.

По окончании этапа работы на правом крайнем знаке индикатора (нижнем по схеме) должно светиться число 8. Для этого необходимо правильно подключить входы управления S, D, K дешифратора К176ИД2 (выводы 1, 6, 7) и установить на входах 1, 2, 4, 8 (выводы 5, 3, 2, 4) в двоичном коде число 8. Катодный вывод K1 индикатора подключён к GND, а анодные выводы индикатора (A-G) подключены к соответствующим выходам дешифратора, значит, при высоком уровне напряжения на выходе дешифратора будет включаться соответствующий сегмент (светодиод) индикатора. В схеме нет токоограничивающих сопротивлений, так как они находятся внутри дешифратора.



Порядок сборки :

1.1. Расположение микросхем и индикатора на макетке :



1.2. После подключения питания к мс D3 (К176ИД2, 8-GND, 16-VCC) подключите выводы 1, 6, 7 мс D3 (вывод 1 подключается временно). Установите на входах дешифратора число 8 (набор перемычками состояния “0001”, выполняется временно). Не забудьте катодный вывод К1 индикатора соединить с GND (выполняется временно) :



1-3. На правом изображении показаны дополнительно установленные четыре перемычки. Это выполняется для удобства последующей сборки; для того, чтобы провода к выводам индикатора можно было подводить с одной стороны (с которой и выводы дешифратора).

1-4. Если на входах дешифратора установлен набор “0001”, то на всех его выходах A-G будет напряжение высокого уровня, значит, на сегментах индикатора можно засветить число 8. На следующем изображении (слева) подключение сегмента A индикатора к выходу A дешифратора :



На правом изображении подключены уже все сегменты индикатора к выходам дешифратора (от A до G). При длине "L+20 мм" укладка проводов на макетке не выполняется.

!!! Обратите внимание, что на других изображениях отдельные соединяющие провода уложены на макетке. Тогда формула расчёта длины проводника будет : L+30мм (L – расстояние между двумя соединяющими контактами макетки).

[VVZ]

Этап 2. Подключение индикатора к инверторам.

Микросхема К155ЛН2 (D4) содержит в себе шесть инверторов с открытым коллектором. И функцию перемычек (на GND) далее будут выполнять выходные транзисторы её элементов. Если транзистор открыт, то на выходе элемента будет присутствовать низкий уровень напряжения очень близкий к уровню напряжения GND.

По схеме входы элементов мс К155ЛН2 “висят в воздухе” (никуда не подключены), в таком состоянии выходные транзисторы элементов микросхем будут открыты и поэтому через логический элемент потечёт электрический ток.

По окончании этапа соедините любой из входов мс К155ЛН2 (1, 9, 11 или 13) перемычкой с GND. В этом случае соответствующий индикатор должен погаснуть, значит, закроется выходной транзистор.



Порядок сборки :

2-1. Снимите перемычку от вывода K1 индикатора к GND (ранее установленную, п. 1-2). После подключения питания к мс D4 (К155ЛН2, 7-GND, 14-VCC) соедините катодные выводы индикатора (K1-K4) с соответствующими выходами мс D4.

После подачи питания к макетке на индикаторе должно быть значение “8888”. При подсоединении любого из входов мс К155ЛН2 (1, 9, 11 или 13) перемычкой к GND должен погаснуть соответствующий индикатор.



Далее выполняется аккуратная укладка четырёх проводов :

[VVZ]

Этап 3. “Оживление” мс К176ИЕ12.

При “оживлении” мс К176ИЕ12 должен замигать индикатор секунд (светодиод VD1). Потом проверяются выходные сигналы микросхемы S2, F, T1, T2, T3, T4.



R1- 6.8 -10.0 кОм; R2 - 1 мОм; R3 - 100 кОм; C1 - 47 пФ (при замене - 0.01 мкФ).

Порядок сборки:

3-1. После подключения питания к мс К176ИЕ12 (8-GND, 16-VCC) устанавливаются элементы индикатора секунд (VD1, R1) и RC генератора (R2, R3, C1), а вывод 5 (мс D1) соединяется с GND (временно, изображение S1). После подачи питания светодиод VD1 должен мигать (приблизительно раз в секунду).
3-2. При помощи светодиода VD1 проверяется выход S2 (вывода 6 мс D1). Для этого провод от светодиода VD1 временно соединяется с входом S2 (изображение S2). После подачи питания светодиод VD1 должен мигать в два раза чаще.



3-3. При помощи светодиода VD1 проверяются выходы F (вывод 11), T1(вывод 3), T2(вывод 1), T3(вывод 15), T4(вывод 2).
В начале провод от светодиода VD1 соединяется с входом F (вывод 11, изображение F ). После подачи питания светодиод будет гореть постоянно, хотя на нём происходят переключения с частотой 1024 Гц.

Чтобы увидеть мигание светодиода подключённого к выходу F , надо уменьшить частоту RC генератора и поэтому временно вместо конденсатора С1 (47 пФ, “470”) установите конденсатор 0.01 мкФ (“103”). После подачи питания мигание светодиода VD1 должно быть заметным.

Затем, также используя светодиод VD1, последовательно проверяются состояния на выходах T1(вывод 3), T2(вывод 1), T3(вывод 15), T4(вывод 2). После подачи питания мигание на этих выходах должно быть реже, чем было на выходе F.

[VVZ]

Этап 4. Подключение сигналов мс К176ИЕ12 к инверторам, формирование минутных импульсов.



Порядок сборки :

4.1. В продолжение предыдущего этапа работы выходы T1-T4 (выводы 3, 1, 15, 2) подключаются к соответствующим входам инверторов. После подачи питания на индикаторах будет “бегать” число "8".



4.2. Далее вместо конденсатора 0.01 мкФ (103) устанавливается прежний конденсатор - 47 пФ (470). После подачи питания числа “8” на индикаторе должны не бегать, а гореть постоянно, так как частота на выходах T1-T4 значительно возросла и переключения уже не заметны для человеческого глаза.

4.3. Подсоедините выводы 9 и 7 мс D1(второго делителя) в соответствии с электрической схемой. Провод от светодиода VD1 временно подключается к выводу 10 мс D1(изображение М). После подачи питания светодиод VD1 должен переключаться приблизительно с минутным интервалом.



4.4. После проверки состояний всех выходных сигналов мс D1 провод от светодиода VD1 подключите на прежнее место (в соответствии с электрической схемой к выводу 4 мс D1). После подачи питания светодиод VD1 должен переключаться с секундным интервалом.

[VVZ]

Этап 5. Подключение мс К176ИЕ13 и её проверка.



R5 - 1 кОм; R6 - 100 кОм.

Порядок сборки :

5.1. После установки проводников питания мс К176ИЕ13 (8-GND, 16-VCC) подключите в соответствии с электрической схемой выводы 2, 5, 7, 10 мс D2 и элементы R5, VD5 (индикатор сигнала будильника). После подачи питания светодиод VD5 должен светиться одну минуту и выключаться.



5.2. Подключите к выводу 6 мс D2 кнопку KK и установите сопротивление R6. Вывод 11 мс D2 соедините с GND (выполняется временно). После подачи питания при нажатии на кнопку KK светодиод VD5 гаснет, а при отпускании опять включается, и должен светиться в течение одной минуты.



5.3. Уберите перемычку на GND от вывода 5 мс D1 и соедините его с соответствующим выводом мс D2 (не забудьте заглянуть на электрическую схему !). После подачи питания при нажатии на кнопку KK светодиод VD5 гаснет и срывается индикация. При отпускании кнопки KK индикация восстанавливается, а светодиод VD5 будет опять светиться в течение минуты.

[VVZ]

Этап 6. Вывод показаний времени на индикатор (часы без будильника).



Порядок сборки :

6.1 Уберите ранее установленные перемычки от выводов 1, 2, 3, 4, 5 мс D3 и выполните соединения 5-ти связей (1, 2, 4, 8, S) между микросхемами D2 и D3 в соответствии с электрической схемой.

После подачи питания VD5 светится одну минуту, а на индикаторе показания - “0000”. По истечении одной минуты на индикаторе загорается “0001” и светодиод VD5 выключается. Дальше на индикаторе через каждую минуту будут меняться показания. При кратковременном нажатии на кнопку KK показания в минутных разрядах индикатора обнуляются “xx00” и включается светодиод VD5. По истечении одной минуты на индикаторе опять прибавляется одна минута “xx01” и светодиод VD5 выключается.



Вид на сборку после аккуратной укладки пяти проводников :

[VVZ]

Этап 7. Часы с будильником !



VD2-VD4 - диоды КД522А (1N4148); C2 - 1500 пФ; R4 - 100 кОм. Кнопки KM, KH - без фиксации, KR - без фиксации, но удобней с фиксацией (она переключает режимы для установки значений времени кнопками KM и KH).

Порядок сборки :

7.1. Снимите ранее установленную перемычку на GND от вывода 11 мс D2. Установите кнопки KM, KH, KR, элементы VD2-VD4, C2, R4 и вывод 11 мс D2 подключите к кнопкам в соответствии с электрической схемой.

После подачи питания при каждом нажатии кнопки КМ на индикаторе должно увеличиваться число минут, а при нажатии кнопки KH - число часов. Кнопка KR переключает показания индикатора (с текущего времени на показания установок будильника). Время будильника устанавливается также кнопками KM и KH. При равенстве показаний текущего времени и установок будильника включается светодиод VD5.

7.2. Выполните соединение между выводами 6 (D1) – 9 (D2).

Этим соединением на мс D2 подаётся частота 2 Гц, с которой переключаются показания минут и часов при нажатии кнопок KM и KH. Если раньше (пункт 7.1) для переключения показаний надо было нажимать необходимое количество раз на соответствующие кнопки, то после этого соединения надо будет нажать только один раз, но удерживать кнопку, при этом, показания на индикаторе будут меняться с интервалом полсекунды (с частотой 2 Гц).



На верхнем изображении показана предварительная сборка этапа (без укладки проводов), на нижнем изображении - окончательный вид сборки.

[VVZ]

Этап 8. Что можно ещё сделать (самостоятельно) ? :

- к выводу 6 (мс D4) подключить зуммер-пищалку (второй вывод на VCC),
- вместо RC генератора собрать генератор с кварцем 32786, тем самым попытаться добиться точности хода часов,
- вместо мс К176ИЕ12 установить мс К176ИЕ18 (схема несколько изменяется),
- дополнительно установить мс К176ИЕ17 (добавляется календарь),
- придумать что-то автоматизированное с использованием сигнала HS (вывод 7 мс D2),
- …

[VVZ]

!!! В этом сообщении нет принципиальных схем, так как пока нет их окончательного варианта, который будет раскрыт в отдельной теме (это сообщение анонс будущей темы) !!!

Дальнейшим продолжением работы со схемой часов может быть смена индикатора; цифровой семисегментный индикатор меняется на знакосинтезирующие матричные. В качестве последних можно использовать одноцветные матрицы 8x8, 5x8, 5x7 или готовые светодиодные модули китайских производителей (например, P10). В обоих случаях (и с матрицами и с модулями) схема устройств индикации строится на сдвиговых регистрах 74HC595.

- На первом видео показан вывод показаний времени на светодиодный модуль P10. Текущее время 18:06. Будильник часов установлен на время 18:07, при достижении которого включается зуммер.

На следующем изображении показана собранная схема управления модулем P10 на двух макетках :



Основные элементы схемы : К176ИЕ12 и К176ИЕ13 (часы с будильником), К155ТМ5 (4-ёх разрядный D-триггер), К1561ИЕ20 и К1533ИЕ5 (двоичные счётчики), К155КП7 (мультиплексор), К155РЕ23 и К155РЕ24 (память – знакогенератор цифр), К155ЛП5 и К155ЛА3 (простая логика).

- На следующем видео показан вывод показаний времени на матричные индикаторы 8x8 (здесь 38 мм - это максимальный размер для данного типа макеток). Текущее время 18:06. Будильник часов установлен на время 18:07, при достижении которого включается зуммер. За двадцать секунд до смены показаний времени на индикаторах включается вертикальный сдвиг.

На следующем изображении показана собранная схема управления четырьмя матричными индикаторами 8x8. Сборка выглядит более плотной из-за присутствия в схеме вертикального сдвига :



Основные элементы схемы управления : К176ИЕ12 и К176ИЕ13 (часы с будильником), К155ТМ5 (4-ёх разрядный D-триггер), К555ИЕ19 и К1533ИЕ5 (двоичные счётчики), К155КП7 (мультиплексор), К155РЕ23 и К155РЕ24 (память – знакогенератор цифр), К555ИМ6 (сумматор – используется для сдвига), К155ЛП5 и К155ЛА3 (простая логика).

На изображении сборка индикатора на матрицах 8x8 :



Индикатор собирается из отдельных одинаковых модулей :



Основные элементы схемы индикатора : матрица 8x8 (38 мм), 74HC595 (регистр), К155ИД4 (дешифратор). Вместо мс К155ИД4 лучше использовать дешифратор К155ИД10.

При желании можно выполнить и горизонтальный сдвиг и не только его !