Кварцевые электронные часы с термокомпенсацией Советский патент 1988 года по МПК G04C3/02 

00

а

Ofi

со сх ел

1

Изобретение относится к электроным часам с термокомпенсацией квацевых генераторов.

Цель изобретения - повьшение чувствительности термокомпенсации кварцевого генератора электронных часов.

На фиг.1 представлена функциональная схема кварцевых электронны часов с термокомпенсацией; на фиг.2 представлена температурно-частот- ная характеристика (ТЧХ) о.сновного и дополнительного кварцевых генераторов.

Кварцевые электронные часы содержат высокочастотный кварцевый генератор 1, программируемый делитель 2 частоты, делитель 3 частоты с постоянным коэффициентом деления образующие первый делитель частоты, первый счетчик 4 импульсов, цифровой индикатор 5. кварцевый генератор 6 (с высоким температурным коэффициентом частоты), второй сче чик 7 импульсов, первый элемент И делитель 9 частоты, третий счетчик

10импульсов, первьш формирователь

11заднего фронта импульсов, элеме НЕ 12, второй элемент И 13, первьш сумматор 14, первое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 15, элмент ИЛИ 16, RS-триггер 17, реверсивный счетчик 18, второе ОЗУ 19,

элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, второй формирователь 21 заднего фронта импульсов, второй сумматор 22, датчик 23 кода номинального коэффициента деления, компаратор 24, третий элемент И 25, D-триггер 26 элемент 27 задержки и датчик 28 кода числа интервалов.

Выход кварцевого генератора 1 соединен с первым входом программируемого делителя 2, выход которого соединен соответственно с входом разрешения программируемого делителя 2, входом второго формирователя 21 и входом делителя 3, выход которого соединен соответственно с входом формирователя 11, входом элемента НЕ 12, первым входом второго элемента И 13, входом разрешения второго ОЗУ 19, входом элемента 27 задержки и входом первого счетчика 4, выход которого соединен с цифровым индикатором 5, выход кварцевого генератора 6 соединен соответственно с первым входом элемента И 8 и счет

5

0

ным входом счетчика 7, выход переполнения которого соединен соответственно с входом блокировки счетчика 7 и вторым входом элемента И 8, третий вход которого соединен с выходом элемента НЕ 12, выход формирователя 11 соединен соответственно с R-BXO- дом счетчика 7, входом разрешения ОЗУ 15, R-входом счетчика 10, R-BXO- дом RS-триггера 17, входом разрешения реверсивного счетчика 18 и R-BXO дом делителя 9, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 8, выход делителя 9 соединен со счетным входом счетчика 10, выход переноса которого соединен с первым вхо- дом элемента ИЛИ 16, второй вход которого соединен с выходом сигнала переноса сумматора 14, первый вход которого соединен с выходом элемента И 13, второй вход которого соединен с информационным выходом счетчика 10 и первым входом компаратора 24, второй вход которого соединен с нулевой шиной, выход сумматора 14 соединен с входом ОЗУ 15, выход которого соединен с вторым вхрдоу суммато . ра 14, инверсный выход компаратора 24 соединен с первым входом элемента И 25, второй вход которого соединен с выходом элемента 27 задержки, выход элемента И 25 соединен с Свходом D-триггера 26, выход котоg рого соединен с третьим входом элемента ИЛИ 16, и R-входом D-триггера 26, D-вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера 17, S-вход которого соединен с выходом

0 переноса реверсивного счетчика 18, вход выбора знака которого соединен с прямым выходом RS-триггера 17 и входом выбора знака ОЗУ 19, информационный вход которого соединен с

5 выходом реверсивного счетчика 18, счетньй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 16, вход занесения реверсивного счетчика 18 соединен с выходом датчика 28 кода, вы0 ход формирователя 21 соединен с входом стирания ОЗУ 19, первый выход которого соединен с входом переноса сумматора.22 и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, вторые входы

5 которого соединены с вторыми выходами ОЗУ 19, выход датчика 23 кода номинального коэффициента деления соединен с первым входом сумматора 22, второй вход которого соединен с вы0

3

ходами элемента ИСЮЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, выход сумматора 22 соединен с входо занесения программируемого делителя 2, входы датчиков 23 и 28 являются соответственно первым и вторым входами устройства.

Генератор 1 снабжен кварщгвым резонатором, имеющим ТЧХ в виде кубической параболы, генератор 6 снабжен резонатором с высоким температуным коэффициентом частоты, имеющим квадратичную ТЧХ.

Рабочий диапазон температур для генераторов 1 и 6 выбран так,что их ТЧХ являются линейными внутри диапазона . Цена деления шкалы ТЧХ гене

допустимая величи, uf.o

ратора 1

о

на относительного изменения частоты генератора 1 в рабочем диапазоне температур.

Такое изменение частоты генератора 1 согласно фиг.2 эквивалентно относительному изменению частоты гене, Jfr 6 ---ратора b ---- . Цена деления шкал рабочих температур dT - это величина изменения температуры, которая вызьшает уход частоты генератора 1 на величину .afo-.

Известно, что частоту fj, генератора 1 можно корректировать при ее изменении на величину не менее чем на один импульс за время, предшествующее моменту внесени-я коррекции, т.е. вьшолняется следующее равенство:

-ik - Ife. +

1

Следовательно, внесение коррекции проводится при изменении температуры на К интервалов л Т.

Поскольку согласно фиг.2 jf пропорционально df, выполняется и такое условие:

Z

fl

Таким образом, для сохранения нестабильности генерато1 а 1 на уровне й отдельные блоки устройства термокомпенсации кварцевых электронных часов должны иметь следующие характеристики. Емкость счетчика 7 устанавливается равной величине

0

f (Т). Максимальный коэффициент деления делителя 9 равен модулю числового значения (. Максимальный коэфффициент пересчета счетчика 10 равен К. Цоскольку число интервалов по К 4Т от точек минимальной и максимальной рабочих температур до точки L, в которой fj/fo О, могут быть не равны между собой, коэффициент пересчета счетчика 18 больше максимального из этих отрезков. В датчик 28 кода записьшается код числа интервалов по К J Т от точки мини5 мальн ой рабочей температуры до точки L. Перенос информации с выхода ОЗУ 19 в сумматор 22 осуществляется в дополнительном коде.

Устройство работает следующим

0 образом.

Задний фронт сигнала переноса делителя 3 частоты через формирователь 11 обнуляет счетчик 7, делитель 9, счетчик 10, RS-триггер 17, из

5 датчика 28 в счетчик 18 и с выхода сумматора 14 в ОЗУ 15 записьшается код числа. Сигнал О с прямого выхода RS-триггера 17 по входу выбора знака реверсивного счетчика 18 уста0 навливает этот счетчик в режим вычитания, поступив на вход выбора знака ОЗУ 19 он не может быть записан в ОЗУ до прихода сигнала разрешения записи. Сигнал 1 с ин

5 версного выхода RS-триггера 17 по D-входу подготавливает D-триггер 26 к переключению. После окончания сигнала заднего фронта ОЗУ 15 и 19 переходят в состояние считывания,

0 а на входе элемента И 8 через элемент НЕ 12 появляется разрешающий потенциал. В этом случае импульсы генератора 6 начинают заполнять счетчик 7, как только количество посту5 пивших в счетчик 7 импульсов достигает величины емкости этого счетчика, сигнал с выхода переноса счетчика 7,во-первых, по блокирующему (СЕ) входу блокирует счетчик 7, а, во0 вторых, в качестве сигнала разреше- :ния поступает на вход элемента . После этого импульсы генератора 6 через элемент И 8 и делитель 9 поступают на вход счетчика 10. Сигнал

5 с выхода переноса счетчика IО через элемент ИЛИ 16 поступают на тактовый вход реверсивного счетчика 18, который установлен в режиме вычита- . ния. Пока уменьшение частоты генератора 1 не превышает f, количество импульсов на входе реверсивного счетчика 18 за один цикл измерения согласно принятому допущению равно числу, записанному в счетчик 18 с вькода датчика 28 кода. В этом случает после подсчета всех поступивших за цикл импульсов на выходе переноса счетчика 18 появляется сигнал, который по S-входу переводит RS-триг гер 17 в противоположное состояние. Сигнал 1 с прямого выхода RS-триг- гера 17, воздействуя на вход выбора знака счетчика 18, переводит его в режим сложения. Однако информация в ОЗУ 19 по прежнему не записьшается до появления сигнала разрешения записи. .

Если в предьщущем цикле измерения температуры окружающей среды не повысилась относительно температуры в точке L более чем на 4Т, го в ОЗУ 19 по первому входу бьши записаны нули во всех разрядах. Поэтому независимо от состояния выхода ОЗУ 1 9 на выходе сумматора 22 присутству ет код числа номинального коэффициента деления. При появлении импульса переноса на выходе программируемого делителя 2, который одновременно подается на вход делителя 3 и . на вход разрешения записи программируемого делителя 2, в делитель 2 по информационному входу производится запись числа номинального коэффициента деления. Задний фронт импульса переноса делителя 2, вьщеленный вторым формирователем 21 заднего фронта импульсов, поступает на нулевой вход ОЗУ 19 и стирает хранящуюся в нем информацию. Импульс переноса с выхода делителя 3 частоты подается на вход разрешения записи ОЗУ 19, на один из входов элемента И 13, а также на вход элемента НЕ 1 2 В результате прекращается счет импульсов генератора 6, так как на первом входе И 8 возникает запрещающий потенциал с выхода НЕ 12, в ОЗУ 19 записьшается число с выхода счетчика 18 и сигнал с прямого выхода RB-триггера 17. Кроме того, код числа с выхода счетчика IО через эле-, мент И 13 поступает на один из входов сумматора 14, на втором входе которого присутствует код числа с выхода ОЗУ 15. Как только величина суммы этих двух чисел в сумматоре

14 достигает величины К, на выходе .переноса сумматора появляется импульс, который через элемент ИЛИ 16 записьшается в реверсивный счетчик 18. Одновременно код числа с выхода счетчика 10 поступает на первый вход компаратора 24 второй вход которого обнулен. Компаратор 24 при таком

состоянии его входов не срабатьша- ет, т.е. разрешающий потенциал с его выхода (выход компаратора 24 инвертированный) по-прежнему поступает на один из входов элемента И 25. Хо5 тя передний фронт импульса переноса с выхода делителя 3, поступивший через элемент задержки 27 на второй вход элемента И 25, пропускается этим элементом, он не может пере0 ключить.по тактовому входу D-триг- гер 26, так как триггер по D-BXO- ду заблокирован сигналом О с инверсного выхода RS-триггера 17. Задний фронт импульса переноса

5 делителя 3, вьщеленный формирователем 11, производит обнуление счетчиков 7 и 10 и делителя 9, а также разрешает запись числа с выхода сумматора 14 в ОЗУ 15 и с вькода дат0 чика 28 в счетчик 18, Затем после прекращения действия импульса переноса делителя 3 частоты возобновляется счет и новьй цикл обработки импульсов генератора 6.

Если температура окружающей среды повьшается относительно температуры точки L на величину К ЛТ, то количество импульсов на входе реверсивного счетчика 18 .за один цикл

0 измерений на единицу превышает число, хранящееся в датчике 28. В этом случае, после подсчета всех входных импульсов счетчик 18 сигналом 1 с прямого выхода триггера 17 перево5 дится в режим сложения и на его выходе появляется код единицы. При появлении импульса разрешения записи (импульс переноса с выхода делителя 3 частоты) в ОЗУ 19 записьшаются код единицы с выхода счетчика 18 и сиг5

0

5

нал 1 с прямого выхода RS-триггера 17, По окончании импульса записи ОЗУ 19 переходит в режим считывания и на его выходах появляется код единицы и сигнал 1. Сигнал 1 поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и на вход переноса сумматора 22. В соответствии с правилами обработки

информации в дополнительном коде при таком состояни1с входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ри 20 и сумматора 22 в последнем происходит вычитание кода единицы, проинвертированного в элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 из кода числа номинального коэффициента деления с выхода датчика 23. При появлении, импульса переноса на выхо- де программируемого делителя 2, который подается на вход разрешения переноса этого делителя, код числа нового коэффициента с выхода сумматора 22 записывается в программируемый делитель 2. Задний фронт импульса делителя 2, выделенный формирователем 21 по нулевому входу стирает информацию в ОЗУ 19. Поэтому с появлением следзтощего импульса переноса на выходе делителя 2 в него (по информационному входу) снова записывается код числа номинального коэффициента деления.

пературы точки L на К dT, то в момент блокировки счета импульсов гене ратора 6 на выходе счетчика 10 (коэффициент пересчета счетчика 10 равен к) присутствуют нули во всех разрядах. В этих условиях срабатывает компаратор 24 и инвертированный сигнал с его выхода блокирует по первому входу элемент И 25, препятствуя переключению D-триггера 26. Если температура окружающей среды понизилась относительно температуры точки L только на величину /ЛТ, то ко личество -импульсов на входе реверсивного счетчика 18 уменьшается на единицу по сравнению с их количеством в предьщущем цикле измерения, что обусловлено уменьшением на единицу количества импульсов на выходе переноса счетчика 10. Код числа с выхода счетчика 10 в первом сумматоре 14 добавляется к числу, хранящемуся в ОЗУ 15. Если сумма чисел

Изобретение позволяет повысить чувствительность термокомпенсации кварцевого генератора электронных часов. Кварцевые часы содержат высокочастотный кварцевый генератор 1, программируемый делитель 2 частоты, делитель 3 частоты с постоянным коэффициентом деления, счетчики 4, 7 и 10 импульсов, цифровой индикатор 5, кварцевый генератор 6, элемент И 8 и делитель 9 частоты. Введение формирователей 11 и 21 заднего фронта импульсов, элемента НЕ 12, элементов И 13 и 25, сумматоров 14 и 22, оперативных запоминающих устройств 15 и 19, элемента ИЛИ 16, RS-тригге- ра 17, реверсивного счетчика 18, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, датчиков 23 и 28 кода номинального коэффициента деления и кода числа интервалов , компаратора 24, RS-триггера 26 и элемента 27 задержки повьшает чувствительность термокомпенсации кварцевого генератора часов. 2 ил. & (Л

Если температура окрз жающей среды 25 в сумматоре 14 равна К, то на выхопонизилась относительно температуры точки L на величину К dT, количество импульсов на входе реверсивного счетчика I8 за один цикл измерения на единицу меньше числа, хранящегося в датчике 28. Поэтому после подсчета всех входных импульсов счетчик 18 остается в режиме вычитания, на его выходе появляется код единицы, а состояние триггера 17 не изменяется. Б этом случае сигнал 1 с инверсного выхода триггера 17, поступающий на D-вход триггера 26, подготавливает триггер к переключению. При появлении импульса разрешения записи в ОЗУ 19 записьшаются код единицы с выхода счетчика 18 и сигнал О с прямого выхода RS-триггера 17. При переходе ОЗУ 19 в режим считьша- ния сигнал О поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и на вход переноса сумматора 22. При таком состоянии входов этих элементов во втором сумматоре происходит сложение кода единицы, прошедшего через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ без изменений, и кода числа номинального коэффициента деления с выхода датчика 23. Далее происходит однократная запись кода нового коэффициента деления в прог;раммируемый де- ,литель 2.

Поскольку температура окружающей среды понизилась относительно тем35

де переноса сумматора 14 появится импульс, который через элемент ИЛИ 16 записьюается в счетчик 18 и вызьшает переполнение счетчика. 30 В этом случае импульс с выхода переноса счетчика 18, переключая RS-три гер I7, блокирует по D-входу тригге 26. При таком состоянии счетчика 18 и D-триггера 26 в программируемый делитель 2 производится запись номинального коэффициента деления.

Если сумма чисел в сумматоре 14 все еще меньше числа К, то перепол40 нения счетчика 18 не происходит, не изменяет своего состояния и RS-триг гер 17, а следовательно, на D-входе триггера 26 сохраняется разрешающий потенциал. В этом случае передний

45 фронт импульса переноса делителя 3, пройдя элемент 27 задержки, элемент И 25 (на втором входе элемента присутствует разрешающий потенциал), D-триггер 26 и элемент ИЛИ 16, по

gQ тактовому входу записьшается в счетчик 18. Таким образом, суммарное количество импульсов на входе счетчика 18 не изменяется по сравнению с их количеством в предьщущем цикле

55 измерения. Задержка в элементе 27 должна превьш1ать суммарное время записи импульса с выхода переноса сумматора 14 в счетчик 18 и переключения триггера 17.

Добавление единицы в счетчик 18 с выхода триггера 26 происходит при любом уменьшении температуры окружающей среды относительно температуры точки L,He кратном числу К 4Т

Формула изобретения

Кварцевые электронные часы с термокомпенсацией, содержащие последовательно соединенные высокочастотный кварцевый генератор, первый делитель частоты, первый счетчик импульсов и цифровой индикатор, последовательно соединенные кварцевьй генератор, второй счетчик импульсов, первый элемент И, второй делитель частоты и третий счетчик импульсов, второй вход первого элемента И соединен с выходом кварцевого генератора, выход второго счетчика импульсов подключен к своему блокирующему входу отличающиеся тем, что, с целью повышения чувствительности термокомпенсации, в них введены первый, второй формирователи заднего фронта импульсов, реверсивный счетчик, первьш и второй qyммaтopы, второй и третий элементы И, первый и второй оперативные запоминающие устройства, компаратор, элемент задержки, RS-триггер, D-триггер, элемент ИЛИ, элемент НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, датчик кода номинального коэффициента деления, датчик код числа интервалов, а первый делитель частоты выполнен в виде последовательно соединенных программируемого делителя частоты и делителя с постоянным коэффициентом деления, выход которого соответственно соединен с входом первого формирователя заднего фронта, входом элемента НЕ, входом элемента задержки, входом ра разрешения записи второго оперативного запоминайщего устройства и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом третьего счетчика импульсов и первым входом компаратора у второй вход которого соединен с нулевой шиной, выход первого формирователя

заднего фронта импульсов соединен соответственно с R-входом второго счетчика импульсов, R-входом второго делителя частоты, R-входами третьего счетчика импульсов и RS-триггера, входами разрешения

.

366985

реверсивного счетчика и первого опе- ,ративного запоминающего устройства, вход которого соединен с первым выg ходом первого сзт матора, первый.

вход которого соединен с выходом первого оперативного запоминающего устройства, выход-переноса третьего счетчика импульсов соединен с пер- 10 вым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переноса первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход элемента ИЛИ сое15 динен с тактовым входом реверсивного счетчика, с входом выбора знака которого соединен вход выбора знака второго оперативного запоминающего устройства и прямой выход RS-триг- 20 гера, З- вход которого соединен с выходом переноса реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с выходом датчика кода числа интервалов, инверсный выход

25 RS-триггера соединен с D-входом

D-триггера, выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ и R-входом D-триггера, С-вход которого соединен с выходом третьего эле30 мента И, первый вход которого соединен с инверсным выходом компаратора, выход элемента задержки соединен с вторым входом третьего элемента И, выход реверсивного счетчика соеди35 нен с входом второго оперативного запоминающего устройства, -нулевой вход которого соединен с выходом второго формирователя заднего фронта импульсов, вход которого соединен

40 с выходом и входом разрешения программируемого делителя частоты, первые выходы второго оперативного запоминающего устройства соединены с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮ45 ЩЕЕ ИЛИ, .второй вход которого соединен с вторым выходом второго оперативного запоминающего устройства и входом сигнала переноса второго сумматора, первьш вход которого соеди50 нен с выходом датчика к ода номинального коэффициента деления, выходы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены со вторыми входами второго сумматора, выход которого соединен с инфор

55 мационным входом программируемого делителя частоты, йыход элемента НЕ подключен к третьему входу первого элемента И.

Ии./7

N

cpus.Z