Устройство для управления шаговым двигателем электронных часов Советский патент 1990 года по МПК H02P8/02 G04C3/00 

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления шаговыми двигателями, преимущественно входя- щими в состав электронных часов.

Цель изобретения - упрощение устройства путем уменьшения числа транзисторов.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для управления шаговым двигателем , на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока формирования импульсов, на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство управления шаговым дви- гат.елем (фиг.1) содержит генератор 1, делитель 2 частоты, состоящий из п счетных триггеров 2-1, 2-2,...,2-i, 2-п, блок 3 управления обнулением, блок 4 формирования импульсов, элементы ИЛИ-НЕ 5-7, D-триггер 8, элемент И-НЕ 9, инверторы 10 и 11 и элемент И 12. Блок 4 формирования импульсов состоит ич элементов И-НЕ 13-17, счетного триггера 18 и усилителей-формирователей 19 и 20, выходы 21 и 22 которых являются выходами устройства.

Устройство работает следующим об- разом.

При отсутствии сигнала обнуления с выхода блока 3 управления обнулением (уровень О на выходе блока 3) на выходе элемента И-ЧЕ 9 установлен уровень 1, поступающий на вход „ элемента ИЛИ-НЕ 6. С выхода элемента ИЛИ-НЕ 6 О поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 5, разрешая прохождение частоты с выхода генератора 1 на вход делителя 2 частоты. На промежуточном и оконечном выходах делителя 2 частоты вырабатываются электрические сигналы соответствующих частот, причем период частоты на оконечном выходе делителя 2 определяет период сигналов на выходе устройства (служащих для управления шаговым двигателем в часах), а полупериод частоты на

промежуточном выходе делителя задает длительность упомянутого сигнала.

Рассмотрим работу блока 4 формирования импульсов с момента присутствия О на его первом входе. О поступает на входы элементов И-НЕ 13 и 14, обеспечивая наличие 1 на их выходах. К входам элемента И-НЕ 15 оказывается приложенным уровень 1 с выхода элемента И-НЕ 13, а так

, 5

Q

0 5

0

5

же частота с второго входа блока 4 (с промежуточного выхода делителя 2). На выходе элемента И-НЕ 15 вырабатывается -инверсия этой же частоты.

Предположим, что переключение каждого последующего счетного триггера делителя 2 происходит при переключении предыдущего триггера в нулевое состояние (О на прямом выходе и 1 на инверсном). При этом сигнал на промежуточном выходе делителя 2 сначала переходит к уровню 1, а затем с некоторой задержкой на срабатывание последующих счетных триггеров происходит изменение сигнала на выходе делителя 2 с О на 1.

Следовательно, к моменту появления 1 на первом входе элемента И-НЕ 14 на выходе элемента И-НЕ 15 установлен уровень О, а на выходе элемента И-НЕ 13 - 1. Совпадение уровней 1 на входах элемента И-НЕ 14 приводит к выработке О на его выходе. Через половину периода частоты с промежуточного выхода делителя 2 на втором входе блока 4 устанавливается уровень О. При этом на выходе элемента И-НЕ 15 вырабатывается 1, поступающая на вход элемента И-НЕ 13. На другой вход элемента И-НЕ 13 подана 1 с оконечного выхода делителя 2. На выходе элемента И-НЕ 13 вырабатывается О, поступающий на входы элементов И-НЕ 14 и 15. На выходе элемента И-НЕ 14 устанавливается уровень 1, который поддерживается за счет О на выходе элемента И-НЕ 13 до тех пор, пока на первый вход блока 4 не поступит 1м с оконечного выхода делителя 2. При появлении О на первом входе блока 4 уровень 1 на выходе элемента И-НЕ 14 подтверждается этим уровнем О до того, как произойдет изменение потенциала на выходе элемента И-НЕ 13.

Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 14 вырабатывается импульс с периодом повторения, равным периоду сигнала на первом входе блока 4, и длительностью, равной половине периода сигнала на втором входе блока 4.

При отсутствии сигнала обнуления на выходе блока 3 уровень О. Этот уровень, поступая на вход элемента И 12.обеспечивает О на его выходе, подключенном к входу элемента ИЛИ-НЕ 7. Импульс с выхода элемента

И-НЕ 14 инвертируется на элементе ИЛИ-НЕ 7 и инверторе 11 и поступает через третий и четвертый входы блока 4 на тактирующие входы счетного триггера 18 и входы элементов И-НЕ 16 и 17.

По заднему фронту каждого импульс с выхода элемента ИЛИ-НЕ 7 счетный триггер 18 изменяет свое состояние, вырабатывая 1 то на прямом, то на инверсном выходе. При этом разрешается прохождение импульса с выхода элемента ИЛИ-НЕ 7 то через элемент И-НЕ 16 и усилитель 19 на один выход устройства, то через элемент И-НЕ 17 и усилитель 20 на второй выход. Така поочередная выработка импульсов необходима для работы шагового двигателя подключаемого к этим выходам.

Для обнуления делителя блок 3 вырабатывает на своем выходе уровень 1. Момент выработки 1 на выходе блока 3 асинхронен по отношению к работе блока 4. Поэтому рассмотрим два возможных варианта работы устройства (фиг,3).

Если сигнал обнуления подан во время существования уровня О ча выходе элемента И-НЕ 14, то установки триггера 8 по рабочему фронту на тактирующем входе не происходит, так как в это время на входе обнуления триггера 8 действует сигнал обнуления с выхода элемента И-НЕ 14. На входы элемента И-НЕ 9 оказываются приложенными 1 с выхода блока 3 и О с выхода элемента И-НЕ 14. Уровень 1 с выхода блока 3 поступает также на вход элемента И 12, однако на другом входе элемента И 12 до окончания импульса установлен уровень О. Поэтому на выходе элемента И 12 до окончания импульса сохраняется уровень О, че препятствующий прохождению импульса через элемент ИЛИ-НЕ 7 на триггер 18, элементы И-НЕ 16 и 17 и далее на выходы 21 и 22 устройства.

По окончании импульса на выходе элемента И-НЕ 14 устанавливается 1, а на выходе элемента И-НЕ 9 вырабатывается О. К входам элемента

ИЛИ-НЕ 6 прикладываются уровни О с выхода элемента И-НЕ 9 и прямого выхода триггера 8. На выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 вырабатывается 1, которая поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 5 и запрещает дальнейшее про

10

15

20

25

5823296

хождение частоты с выхода генератора 1 через элемент ИЛИ-НЕ 5 на вход делителя 2. Счетные триггеры делителя оказываются в определенных состояниях, таких, что после снятия сигнала обнуления следующий импульс на соответствующем выходе устройства будет выработан через такой же промежуток времени, как если бы в момент снятия сигнала обнуления закончился предыдущий импульс управления шаговым двигателем.

Действие сигнала обнуления задерживается до момента окончания импульса на выходе элемента И-НЕ 14 для того, чтобы на соответствующем выходе устройства был выработан импульс полной длительности, необходимый для работы шагового двигателя.

Обычно сигнал обнуления вырабатывается в электронных часах при переводе стрелок или перед запуском часов по сигналам точного времени. И в том, и в другом случае время действия сигнала обнуления превышает период повторения импульсов на шаговый двигатель (в электронных часах с секундной стрелкой период импульсов на шаговый двигатель -1с).

Рассмотрим случай подачи сигнала обнуления в промежутке между импульсами на выходе элемента И-НЕ 14. Б этом случае на инверсном входе сброса триггера 8 присутствует уровень 1 и по перепаду сигнала из О в 1 на инверсном тактирующем входе триггера 8 последний переходит в единичное состояние. 1 с прямого выхода триггера 8 поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 6 и обеспечивает О на его выходе, прикладываемый к входу элемента ИЛИ-НЕ 5. Таким образом, частота с выхода генератора 1 продолжает беспрепятственно поступать через элемент ИЛИ-НЕ 5 на вход делителя 2 частоты. 1 с выходов блока 3 и элемента И-НЕ 14 поступают на входы элемента И-НЕ 9, обеспечивая О на его выходе. 1 с выхода блока

3 поступает также на вход элемента И 12, на втором входе которого также имеется уровень 1 с инвертора 11. На выходе элемента И 12 вырабатывается 1, поступающая на вход элемента ИЛИ-НЕ 7 и подтверждающая О на его выходе. Поэтому очередной импульс, вырабатываемый на элементе И-НЕ 14, не проходит через элемент

30

35

40

45

50

55

ИЛИ-НЕ 7 на триггер 18, элементы i И-НЕ 16 и 17 и далее на выходы 21 и 22 устройства. Это вызвано требованием, заключающимся в том, чтобы с момента выработки сигнала обнуления до момента его снятия импульсы управления шаговым двигателем отсутствовали.

Очередной импульс, вырабатываемый на элементе И-НЕ 14, поступает на вход элемента И-НЕ 9, обеспечивая на его выходе на все время действия импульса. Одновременно импульс с выхода элемента И-НЕ 14 поступает на вход сброса триггера 8 и переводит последний в нулевое состояние. с прямого выхода триггера 8 посту пает на один из входов элемента 1ИЛИ-НЕ 6. По окончании импульса с выхода элемента И-НЕ 14 к входам элемента И-НЕ 9 оказываются приложен- ными уровни 1. На выходе элемента ,И-НЕ 9 вырабатывается О, поступаю- дий на вход элемента ИЛИ-НЕ 6, на втором входе которого также имеется О с прямого выхода триггера 8. На выходе элемента ИЛИ-НЕ 6 вырабатывается 1, поступающая на вход элемента ИЛИ-НЕ 5 и запрещающая дальней- щее прохождение частоты с генератора 1 через элемент ИЛИ-НЕ 5 на вход делителя 2 частоты. Триггеры делителя оказываются в состоянии, аналогичном для первого случая обнуления.

Таким образом, независимо от момента подачи сигнала обнуления через бремя не больше периода частоты на (выходе делителя 2 прекращается поступление частоты на вход делителя 2. Триггеры делителя оказываются в определенных состояниях. После снятия сигнала обнуления первый импульс на соответствующем выходе устройства Вырабатывается через определенный промежуток врейени, равный периоду следования импульсов на выходах устройства за вычетом длительности импульса.

При отказе от входов обнуления в счетных триггерах делителя частоты количество транзисторов в каждом триггере уменьшается на 4. Наиболее распространенная частота генератора з электронных часах 32768 Гц, а частота импульсов на шаговый двигатель- 1 Гц, В этом случае количество счет- ных триггеров в делителе составляет 15, а количество транзисторов на

0

5

0

5

0

5

0

5

весь делитель уменьшается на 60. Количество вновь добавляемых транзисторов в D-триггере с входом обнуления - 20, а в инверторах и логических элементах - 24. Общее уменьшение количества транзисторов - 16.

В электронных часах часто применяется генератор на 4194304 Гц. При этом количество триггеров в делителе частоты - 2.. Сокращение числа транзисторов соответственно уменьшает площадь кристалла микросхемы и количество контактов, что также уменьшает стоимость и повышает надежность устройства.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым двигателем электронных часов, содержащее генератор, делитель частоты, состоящий из п последовательно соединенных счетных триггеров и инвертора, выход которого подключен к прямому счетному входу первого счетного триггера, а вход - к инверсному счетному входу первого счетного триггера, блок управления обнулением и блок формирования импульсов, состоящий из пяти элементов И-НЕ, счетного триггера и двух усилителей-формирователей, причем первый вход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и выходом n-го счетного триггера делителя частоты, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ и выходом первого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом 1-го счетного триггера делителя частоты, где i п, прямой счетный вход счетного триггера блока формирования импульсов соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, второй вход четвертого элемента И-НЕ соединен с прямым выходом счетного триггера, второй вход пятого элемента И-НЕ подключен к инверсному выходу счетного триггера, выходы четвертого и пятого элементов И-НЕ подключены соответственно к входам первого и второ го усилителей-формирователей, выходы которых являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства путем сокращения количества транзисторов, введены три элемента ИЛИ-НЕ, два инвертора, шестой элемент И-НЕ, элемент И, D-триггер, инверсный счетный вход которого соединен с выходом блока управления обнуления, первым входом шестого элемента И-НЕ, входом первого инвертора и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго инвертора и инверсным входом счетного триггера, вход второго инвертора подключен к выходу третьего элемента ИЛИ-НЕ и прямому входу счетного триггера блока формирования выход элемента И подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с вторым

входом шестого элемента И-НЕ, инверсным входом сброса D-триггера и выходом второго элемента И-НЕ блока формирования импульсов, выход шестого элемента И-НЕ подключен к первому входу второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с прямым выходом D-триггера, инверсный информа0 ционный вход которого заземлен, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход первого инвертора соединен с прямым счетным входом

D-триггера, второй вход первого элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу генератора, а выход - к инверсному счетному входу первого триггера.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - упрощение устройства управления шаговым двигателем путем сокращения количества транзисторов. Устройство содержит генератор 1, делитель 2, состоящий из N последовательно соединенных счетных триггеров и инвертора, блок обнуления 3 и блок формирования импульсов 4, а также три элемента ИЛИ-НЕ 5 - 7, ДВА ИНВЕРТОРА 10, 11, ЭЛЕМЕНТ 9 И-НЕ, ЭЛЕМЕНТ И 12, D-ТРИГГЕР 8. ЧИСЛО ТРАНЗИСТОРОВ СОКРАЩАЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЧЕТНЫХ ТРИГГЕРОВ БЕЗ ВХОДА ОБНУЛЕНИЯ. 3 ИЛ.

Выходу

-

Фиг. 2

Фиг.З