В семье радиолюбителя обязательно найдется место для описываемого ниже цифрового таймера. Благодаря большому диапазону выдержек, его применение универсально. К сожалению, большинство описанных в литературе устройств неприемлемы для повторения из-за их недостатков энергоемкая или сложная элементная база, неудовлетворительная точность отсчета, малый диапазон (или его отсутствие) выдержек, громоздкое или замысловатое управление, отсутствие цифровой индикации, узкая специализация, неуниверсальность, два механических будильника. В работе описаны обычные часы с будильником на специализированных микросхемах серии К176, к цепи срабатывания будильника которых подключено исполнительное устройство, Все же понятие "таймер" чуть шире. С учетом указанных недостатков был сконструирован, изготовлен и испытан универсальный таймер (УТ). Цель, поставленная при проектировании данного устройства - получить максимально возможное качество, используя широкодоступные радиоэлементы Среди достоинств получившегося УТ можно отметить следующие чрезвычайная простота устройства, универсальность применения, возможность модернизировать конструкцию, т е увеличить количество регистров памяти, сделать работу циклически повторяющейся, увеличить число каналов управления или изменить дискретность задания выдержки (вместо 1 мин задать 1 с), возможность многократного повторения однажды заданной выдержки (память), высокая экономичность, простота в управлении, выдача звукового сигнала, удобная индикация, кварцованная точность, широкий диапазон (24 ч) с малым шагом (1 мин) и пр. Однако следует заметить, что такие специфические возможности, как запоминание времени выдержек или удобство установки значений полностью определяются примененной специализированной микросхемой К176ИЕ13. Работа пользователя с включенным таймером выглядит следующим образом. На четырех цифровых индикаторах УТ высвечивается текущее время выдержки в часах и минутах. Эта величина хранится в регистре памяти и, установленную однажды ее можно использовать затем многократно. На передней панели находятся четыре кнопки "часы", "минуты", "монитор" и "пуск". Нажимая на кнопки "часы" и "минуты", можно изменять (устанавливать) время выдержки, которое одновременно отображается на цифровых индикаторах. После нажатия кнопки "пуск" начинают мигать индикаторы, сигнализируя о том, что таймер приступил к отсчету времени установленной выдержки. При этом на индикаторах высвечивается текущее время, прошедшее с момента нажатия кнопки "пуск". Если же нажать кнопку "монитор", то на индикаторах появится конечное время, те время срабатывания, записанное в память таймера. Удерживая кнопку "монитор" и нажимая кнопки "часы" и "минуты", можно оперативно изменять время выдержки. Когда же текущее время достигнет и сравняется с установленным временем выдержки, сработает звуковой сигнализатор, выдающий в течение 1 мин. пронзительный прерывистый звуковой сигнал. Одновременно перестанут мигать индикаторы, уведомляя владельца о переходе таймера в режим "стоп". Из этого исходного режима УТ можно запускать снова. Особенностью данного таймера является необычный прямой отсчет времени (от нуля), а не обратный (к нулю). Благодаря этому появилось дополнительное удобство в режиме отсчета всегда видно, сколько времени таймер находится в работе. Рассмотрим работу и взаимодействие узлов прибора (рис.1). В основе конструкции лежит хорошо зарекомендовавший себя стандартный набор цифровых микросхем для построения электронных часов микросхемы К176ИЕ18, К176ИЕ13 и К176ИД2. Для преобразования часов в таймер и задания необходимой логики работы к ним добавлены два триггера (микросхема К561ТМ2), четыре аналоговых ключа с электронным управлением (микросхема К561КТЗА) и инвертор на элементах VT1, R3, R4. Микросхема К176ИЕ18 (DD1) содержит два генератора и два счетчика. Кварцевый резонатор BQ1 совместно с резисторами R1, R2 и конденсаторами С1 - СЗ подключены к внутреннему инвертору этой микросхемы (выводы 12 и 13), он образует кварцевый генератор импульсов частотой 32768 Гц. Резистор R1 по постоянному току обеспечивает ООС, необходимую для перевода инвертора в режим усилителя-генератора. Его сопротивление 4,7 - 33 МОм, но изготовители не гарантируют запуск всех резонаторов при сопротивлении этого резистора менее 10 МОм. Емкости конденсаторов С1 и С2 можно слегка увеличить или уменьшить по сравнению с указанными на схеме. Конденсатор СЗ необходим для точной настройки хода "часов". Посредством внутренних соединений выходная частота генератора попадает на вход двоичного счетчика с коэффициентом деления 32768, шесть промежуточных триггеров которого имеют наружные выходы (Т1- Т4, S2, F). С выхода этого счетчика сигнал частотой 1 Гц подается через внутреннее соединение на другой счетчик с коэффициентом деления 60 (счетчик минутных импульсов). Оба счетчика сбрасываются (и синхронизируются) при кратковременной подаче сигнала лог"1" на вход R микросхемы. Все доступные выходы счетчиков представлены на схеме, а сигналы с них используются другими узлами прибора. На выходах Т1-Т4 этой микросхемы присутствуют сигналы частотой 128 Гц и скважностью 4, фаза которых сдвинута от выхода к выходу на четверть периода, т е в каждый момент времени только на одном из выходов Т1-Т4 присутствует уровень лог"1". Эти сигналы используются для коммутации одного из четырех знакомест индикаторов для динамической индикации. Кроме того, сдвиг фазы сигналов Т1-ТЗ используется еще для идентификации нажатия кнопок "часы", "минуты" и "монитор". На выходе М микросхемы в конце каждой минуты счета уровень сигнала переходит из состояния лог "1" в состояние лог "0". На выходе S2 присутствует сигнал частотой 2 Гц, а на выходе F - частотой 1024 Гц. Наконец, на выходе HS второго генератора данной микросхемы появляются пачки импульсов частотой 1024 Гц отрицательной полярности (промодулированные частотой 2 Гц для получения тонального сигнала), если кратковременно перевести сигнал на входе HS этого генератора из лог "0" в лог "1". Причем подача тонального сигнала прекращается одновременно с изменением состояния выхода М счетчика из лог"1" в лог "0" (по окончании минутного импульса). Микросхема К176ИЕ13 (DD4) - счетчик минут и часов реального времени с регистром будильника и схемой совпадения. Когда значения в регистре будильника и в регистре памяти текущего времени совпадают, на выходе HS этой микросхемы присутствует непрерывный сигнал частотой 128 Гц. На выходы 1, 2, 4, 8 подается двоичный код последовательно для каждой из четырех цифр индикатора, причем на выходе С есть сигналы синхронизации дешифратора DD5, необходимые для динамической индикации. При переходе времени от 23:59 к 00:00 на выходе D кратковременно появляется сигнал лог "0" (сигнал смены суток). При изменении сигнала на выходе М счетчика из состояния лог "1" в лог "0" значение регистра текущего времени циклически увеличивается на единицу. На вход Р подается управляющая фаза сигналов Т1-ТЗ, а входы S2 и F служебные. Вход V позволяет переводить выходы 1, 2, 4, 8 микросхемы в высокоомное состояние. Наконец, подавая лог"1" на вход К, можно корректировать показания минут счетчика текущего времени в 00, а на выходе R появляется сигнал лог "1", пригодный для сброса счетчиков микросхемы DD1. Микросхема К176ИД2 (DD5) - двоичный дешифратор. На выходах a-d появляются сигналы, необходимые для зажигания на светодиодном семисегментном индикаторе десятичной цифры, соответствующей двоичному коду на входах 1,2,4,8 этой ИМС. Дешифратор "помнит" предыдущую цифру до тех пор, пока на вход С не поступит стробирующий сигнал записи очередной цифры. При подаче на вход К сигнала лог "1" дешифратор гасит все сегменты подключенного индикатора, но продолжает "помнить" цифру. Наконец, вход S служит для переключения типа светодиодного индикатора при использовании индикаторов с общим катодом на вход S надо подать потенциал лог "0", а если индикаторы с общим анодом, то лог "1". Если сигнал Q - лог "1", то при нажатии кнопки SB4 "пуск" происходит общая синхронизация счетчиков DD1 и DD4, а также запись в триггер DD2 1 лог"1" со входа D. Сигнал с выхода этого триггера поступает на управляющий вход электронного ключа DD3 1, разрешая ему пропускать минутные импульсы на счетный вход М микросхемы DD4. Этот же сигнал поступает на вход гашения дешифратора DD5 - вход К через резистор R8 и ключ DD3 4, который открывается и закрывается с частотой 2 Гц. Индикаторы начинают мигать с этой частотой, сигнализируя, что таймер запущен. Одновременно на выходе Q этого же триггера формируется логический сигнал низкого уровня, который через резистор R5 поступает на управляющий вход ключа DD3.3. Таким образом, режим "монитор" становится доступным, когда таймер запущен (что логично, так как в режиме "стоп" использовать кнопку "монитор" бессмысленно) При достижении текущим временем значения, равного установленному времени выдержки, на выходе ИМС DD4 HS появляется первый фронт импульса частотой 128 Гц, который запускает генератор - "пищалку" микросхемы DD1 и сбрасывает триггер DD2.1. На выходе этого триггера устанавлива ется сигнал лог "0", который запирает ключ DD3.1., запрещая ему передавать минутные импульсы с выхода М микросхемы DD1 на вход М счетчика DD4.
Одновременно этот же сигнал с выхода триггера DD2.1. запирает ключ DD3.4. Мигание индикаторов прекращается. В то же время сигнал Q на инверсном выходе триггера DD2.1. переключается из состояния лог "0" в со стояние лог "1", что приводит к записи в триггер DD2.2. сигнала с входа D этого триггера. Сигнал же на входе D триггера DD2.2. определяется сигналом с выхода D счетчика DD4, который почти всегда (за исключением момента смены суток - см. выше) находится в состоянии лог "1". При этом на выходе триггера появляется сигнал CF, разрешающий ключу DD3.2. подавать на вход М счетчика DD4 частоту 1024 Гц. С такой частотой этот счетчик будет увеличивать значение минут и часов текущего времени, пока не достигнет состояния 00 час 00 мин. В момент перехода в это со стояние на выходе D счетчика DD4 появляется короткий отрицательный импульс. Проинвертированный инвертором на транзисторе VT1 короткий импульс D сбросит триггер DD2.2., что запретит дальнейшее прохождение частоты 1024 Гц на вход счетчика. Таким образом, счетчик DD4 сбрасывается в нуль, подготавливаясь к следующему отсчету времени выдержки. При ненажатой кнопке SB3 "монитор" в режиме счета закрывается ключ DD3.4., и импульсы ТЗ (а также Т1 и Т2, если нажаты соответ ственно кнопки SB2 и SB1) на вход Р микросхемы DD4 не проходят. Случайным (или намеренным) нажатием кнопок "часы" или минуты" текущее время изменить невозможно. Кроме того, в режиме счета сигнал Q принимает значение лог. "0", и нечаянное нажатие на кнопку "пуск" не приводит к перезапуску таймера - отсчет ранее установленной выдержки не нарушается. На транзисторах VT2-VT5 собраны обычные ключевые усилители, необходимые для токовой развязки маломощных сигналов Т1-Т4 управления светодиодными индикаторами с самими индикаторами. Резисторы R6, R8 и R13 привязывают к "земле" отключенные выходы элек тронных ключей DD3.1. - DD3.3., предотвращая срабатывание входных цепей КМОП микросхем от наводок. Следует отметить, что при подаче питания на таймер в регистре будильника ИМС DD4 хранится время 00 час 00 мин, что приводит к выдаче сигнала HS и переходу в режим "сброс частоты 1024 Гц". Но после одного цикла сброса частота 1024 Гц отключается, так как на входе D триггера DD2.2. с выхода D микросхемы DD4 как раз установится лог "0", не переключающий этот триггер в состояние лог"1", что, в свою очередь, запретит прохождение частоты 1024 Гц на вход счетчика DD4. Затем надо нажать кнопку "пуск", засинхронизировав счетчики DD1, DD4 (и побочно запустив еще один цикл "сброса"). После чего следует выставить кнопками "часы" и "минуты' нужное время выдержки, отличное от 00 час 00 мин. Через минуту динамик перестанет "пищать". Таймер находится в исходном состоянии (состояние "стоп"). Значительно повысить громкость звукового сигнала можно, добавив к схеме один транзистор КТ973Б или КТ816. При этом динамическую головку ВА1 следует отсоединить от схемы, а на ее место припаять транзистор. На рис.2 показана схема такого замещения динамика эмиттерным повторителем. Теперь на "динамик" надо дополнительно подать сигнал GND. Роль базового резистора в этой схеме с успехом выполняет сопротивление открытого полевого транзистора микросхемы DD1. Питать устройство можно напряжением 5-12 В постоянного тока с помощью любого блока питания, подключенного к гнезду XS1 Желательно применять сетевой выпрямитель, так как светодиодные индикаторы потребляют значительный ток Однако можно предусмотреть и двойное питание с резервной батареей, разделив диодом цепи питания индикаторов и микросхем.
О деталях: Микросхемы серии
К561 можно заменить на такие же из серий К176, К564
(нумерация выводов совпадает). Все резисторы и
конденсаторы не критичны к конструкции,
допустима также замена на номиналы, немного
отличающиеся от указанных на схеме. Транзисторы
можно применить любые средней мощности,
структуры п-р-п. В конструкции допустимо
использование любых семисегментных
светодиодных индикаторов с общим катодом. При
напряжении питания более 10-12 В или при
использовании сильноточных индикаторов нужно
поставить резисторы сопротивлением 27 Ом в цепи
выходов a-d дешифратора DD5 для ограничения
выходного тока. Применять германиевые диоды в
данной конструкции нельзя.
РАДИОАМАТОР 10/99, О.В.Клевцов, г. Днепропетровск.
