Устройство генерации импульсов управления шаговым двигателем с электронной коррекцией Советский патент 1993 года по МПК G04C9/08 

Изобретение относится к электронным часам, в частности, к электронным часам с шаговым двигателем.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет подстройки коэффициента деления частоты по результатам коррекции времени.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема электрическая принципиальная блока управления;

на фиг.. 3 - временная диаграмма работы блока управления в режиме ручной коррекции; на фиг. 4 - в режиме смены поясного времени.

Устройство генерации импульсов управления шаговым двигателем и с электронной коррекцией содержит генератор 1 импульсов, блок 2 вычитания импульсов, первый и второй делители частоты 3 и 4, блок 5 коррекции, реверсивный счетчик 6,

двухвходовые элементы И-НЕ 7,15, 16, 17, элементы ИЛИ 8, трехвходовый элемент И- НЕ 9, шину управления 10, резистор 11, инверторы 12 и 40, блоки 13, 22, 25 и 26 выделения переднего фронта, блок 14 выде- ления заднего фронта, четырехвходовый элемент И-НЕ 18, трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ 19, Д-триггеры 20,35 и 36, блок 21 задержки, шину 23 сброса, счетчик 24 пачки импульсов, блок 27 формирования сигнала шагового двигателя (ШД), блок 28 привода ШД, счетчик 29 промежутков времени, блок 30 сравнения, счетчик 31 сигналов ШД, двухвходовый элемент И 32, двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ 33, 34, 37 и 38. блок 39 управления.

Перед описанием работы устройства в целом необходимо описать назначение и принцип действия отдельных его блоков.

Устройство генератора 1 импульсов аналогично устройству генератора в прототипе. Блок 2 вычитания импульсов предназначен для передачи последовательности импульсов с первого входа на выход, причем при постоянном потенциале на втором входе блока последовательность импульсов с первого входа на выход передается без изменения. При переходе переднего фронта импульса на второй вход блока обеспечивается пропуск одного периода импульсовой последовательности на выходе блока. Конструкция блока 2 соответствует аналогичному блоку аналога.

Делитель 3 и 4 по выполняемым функциям аналогичны делителям прототипа и могут быть выполнены на последовательно соединенных счетных триггерах. Делители обеспечивают деление частоты, поступающих на их счетные входы. Дополнительные выходы делителей по сравнению с прототи- пом обеспечиваются подключением к выходам промежуточных счетных триггеров. При подаче сигнала на вход обнуления все триггеры делителя устанавливаются в нулевое состояние. Ориентировочные значения частот: на счетном входе первого делителя - 32 кГц, на первом выходе - 32 Гц, на втором - 19 Гц, на третьем - 64 Гц, на конечном выходе - 1 Гц; на выходах второго делителя соответственно 0,5 Гц; 0,25 Гц; 0,1 Гц; 0,05 Гц.

Блок операции 5 по назначению и устройству совпадает с аналогичным блоком аналога. Этот блок вырабатывает на своем выходе количество импульсов в единицу времени в соответствии с двоичным кодом на второй группе входов. Импульсы формируются из частот, поступающих на первую группу входов блока.

Реверсивный счетчик 6 по назначению и устройству совпадает с аналогичным счетчиком второго аналога. При подаче импульсов на вход суммирования счетчик увеличивает свое состояние на единицу по каждому приходящему импульсу и выдает соответствующий параллельный двоичный код на своих выходах. При приходе импульсов на вход вычитания счетчик соответствующим образом уменьшает свое состояние.

Резистор 11 служит для смещения шины 10 управления до уровня лог. 1 при отсутствии сигнала на упомянутой шине. При подаче лог. О на шину 10 уровень лог. О передается на входы инвертора 12 и первого блока 13 выделения переднего фронта.

Блоки 13, 25, 26 и 22 выделения переднего фронта по устройству и назначению аналогичны соответствующим бокам прототипа и выполняются на двух Д-триггерах и логическом элементе каждый. При поступлении переднего фронта на информационный вход блока на его выходе вырабатывается импульс, длительность которого соответствует периоду частоты, подаваемой на тактирующий вход блока.

Блок 14 выделения заднего фронта аналогичен соответствующему блоку прототипа. Его устройство и работа полностью совпадают с устройством и работой блоков выделения переднего фронта.

Блок 21 задержки аналогичен соответствующему блоку прототипа и может выпол- няться на наборе последовательно соединенных счетных триггеров, RS-тригге- ре и логическом элементе, При подаче разрешающего уровня на информационный вход блока задержки последний обеспечивает счет периодов частоты, поступающей на тактирующий вход блока, А выработку, сигнала на выходе после прохождения определенного количества периодов частоты. При подаче сигнала на вход обнуления происходит сброс выходного сигнала блока задержки. В рассматриваемом случае блок задержки обеспечивает счет периодов частоты 1 Гц и выдачу сигнала на выходе при прохождении четырех периодов этой частоты,

Счетчик 24 пачки импульсов аналогичен соответствующему, счетчику прототипа и может быть выполнен на основе счетчика, RS- триггера и набора логических элементов. Счетчик обеспечивает подсчет количества импульсов, необходимых для перевода стрелок часов на 1 час без потери точного времени. Последнее означает, что если за время перевода стрелок был выработан очередной импульс управления ШД, то количество импульсов, подсчитываемых счетчиком пачки, увеличивается на единицу. При наличии сигнала на входе обнуления счетчик пачки установлен в исходное состояние. После

снятия сигнала со входа обнуления начинается подсчет пачки импульсов. В рассматриваемом случае для перевода стрелок часов на 1 час необходима подача 180 импульсов (т.е. в режиме счета времени импульс управления ШД подается каждые 20 секунд). Если за время счета на информационный вход счетчика поступает заданный фронт частоты с оконечного выхода второго делителя 4, то счет ведется до 181 импульса. После подсчета 180 или 181 импульса (в соответствии с описанным выше) счетчик пачки импульсов вырабатывает сигнал окончания счета на своем выходе.

Блок 27 формирования сигнала ШД аналогичен соответствующему блоку прототипа и может быть выполнен на основе счетноготриггера и двух логических элементов. При получении серии импульсов на вход блока последний перераспределяет эти импульсы поочередно на первый и второй выходы. Это необходимо для создания последовательности знакопеременных импульсов управления ШД.

Блок 28 привода ШД аналогичен соответствующему блоку прототипа и может быть выполнен на основе двух инвертирующих усилителей-формирователей. Блок предназначен для усиления импульсов управления ШД, поступающих с выходов блока 27 формирования сигнала ШД.

Счетчики 29 и 31 промежутков времени и сигналов ШД аналогичны соответствующим счетчикам второго аналога. При наличии сигнала на входе обнуления счетчики установлены в исходное состояние и выдают нулевой параллельный двоичный код на своих выходах. При отсутствии сигнала на входе обнуле- ния счетчика обеспечивают подсчет импульсов, поступающих на их счетные входы и выдачу соответствующего параллельного двоичного кода на выходах. Счетчики могут быть выполнены на основе ряда последовательно соединенных счетных триггеров.

Блок 30 сравнения аналогичен соответствующему блоку второго аналога и может быть выполнен на основе ряда двухвходо- вых сумматоров по модулю два и многовхо- дового логического элемента ИЛИ-НЕ. Блок вырабатывает сигнал сравнения при совпадении многоразрядных двоичных кодов на первой и второй группе его входов.

Устройство и принцип действия блока 39 управления будет описано ниже. Для целей дальнейшего описания работы достаточно утверждения, что блок управления составлен из набора Д-триггеров и логических элементов и в соответствии с изменениями сигналов на семи входах обеспечивает выработку различных сигналов на восьми выходах.

Опишем работу устройства электронной коррекции шагового двигателя в режиме управления шаговым двигателем. Для перевода устройства в этот режим необходима подача сигнала на шину 23 сброса. При этом через логический элемент 19 обнуляется первый Д-триггер 20, а также происходит

0 обнуление блока 39 управления через его первый вход41. Импульсный сигнал обнуления на шину 23 сброса может подаваться вручную от кнопки обнуления или со специального блока формирования импульса на5 чальной установки по включению питания (AC Ns 1398075 от 24.12.85).

При этом блок 39 управления вырабатывает уровень лог, 1 на пятом 52, шестом 53, седьмом 54 и восьмом 55 выходах и уровень

0 лог. О на первом 48, второй 49, третьем 50 и четвертом 51 выходах.

Уровень лог. О с первого 48 и третьего 50 выходов блока управления запрещают запуск блока 21 задержки через двухвходовые эле5 менты И-НЕ 15, 16 и 17. Лог. О со второго выхода 49 блока управления, поступая на инверсный вход обнуления счетчика 24, устанавливает его в исходном состоянии.

Лог. О с четвертого выхода 51 блока уп0 равления также обеспечивает обнуление счетчика 29 и 31.

Лог. 1 с пятого выхода 52 блока управления означает отсутствие обнуления делителей 3 и 4, т.е. разрешает их работу в

5 режиме деления частоты.

Уровни лог. 1 с шестого 53 и седьмого 54 выходов блока управления поступают соответственно на второй вход элемента И-НЕ 9 и через элемент ИЛИ 9 - на третий вход

0 элемента 9. Уровень на выходе элемента 9, таким образом, зависит от уровня на первом входе этого элемента, на который поступает частота с выхода делителя 4. Прохождение частоты с выхода делителя 4 через элемент

5 И-НЕ 7 разрешается лог. 1 с восьмого выхода 55 блока управления.

Таким образом частота с генератора 1 проходит через блок 2 и делится на делителях частоты 3 и 4 до частоты, определяющей

0 периодичность перемещения стрелки в электронно-механических часах. Значение этой частоты не оказывает влияния на сущность изобретения. В рассматриваемом случае это 1/20 Гц, т.е. минутная стрелка в

5 часах совершает перемещение на 1 /3 минуты каждые 20 секунд.

Частота с выхода делителя 4 через элементы 7 и 9 поступает на вход блока 26 выделения переднего фронта, который по каждому переднему фронту на своем входе

вырабатывает на выходе импульс длительностью, соответствующей периоду частоты на своем тактирующем входе (на третьем выходе делителя 3). Последовательность импульсов с выхода блока 26 поочередно перераспределяется блоком 27 на два входа блока 28, в котором окончательно формируются импульсы управления шаговым двигателем.

При подаче лог. О на шину 10 управле- ния этот уровень подается на пятый вход 45 блока 39 управления. Кроме этого, блок 13 выделения переднего фронта вырабатывает импульс длительностью, соответствующей периоду частоты на тактирующем входе блока 13 (первом выходе делителя 3). Упомянутый импульс поступает на четвертый вход 44 блока 39 управления. По переднему фронту импульса на своем четвертом входе 44 блок 39 вырабатывает лог. 1 на первом выходе 48. Состояние остальных выходов блока 39 при этом не меняется, поэтому импульсы управления ШД вырабатываются так, как было описано выше.

Лог, 1 с первого выхода 48 блока 39 разрешает прохождение импульса с выхода блока 13 через элемент И-НЕ 15 на вход элемента 18, что обеспечивает запуск блока

21задержки.

Запуск блока 21 задержки происходит следующим образом. Импульс, поступающий на один из входов элемента 18, передается с инверсией на его выход и обеспечивает сброс блока 21 задержки по входу сброса, а также переброс триггера 20 в единичное состояние. Лог. 1 с выхода триггера 20 поступает на информационный вход блока 21 задержки, а лог. О на седьмой вход 47 блока 39. После окончания импульса на входе сброса блок 21 начинает счет импуль- сов, поступающих на его тактовый вход. После подсчета заранее заданного количества импульсов блок 21 задержки вырабатывает лог. 1 на выходе, которая поступает на блок

22выделения переднего фронта. Блок 22 вырабатывает на своем выходе импульс, сбрасывающий триггер 20 через элемент

И Л И-НЕ 19 в нулевое состояние. Кроме этого, импульс поступает на второй вход 42 блока 39 управления. После сброса триггера 20 на информационном входе блока 21 задержки устанавливается лог. О и дальнейший счет импульсов блоком 1 прекращается, на седьмом входе 47 блока 39 вновь устанавливается лог. 1.

После получения импульсного сигнала на втором входе 42 блок 39 установления переходит в начальное состояние и устройство продолжает вырабатывать импульсы управления двигателем.

Количество импульсов, считаемых блоком 21 задержки, не оказывает влияния ка существо изобретения. В рассматриваемом случае это количество равно 4., а частота, поступающая на счетный вход блока задержки, - 1 Гц. Следовательно, блок задержки обеспечивает подсчет времени, равного 4 с.

Если после первой подачи лог, 0 на шину 10 до срабатывания блока 21 задержки снять и вновь подать лог. О на шину 10, то блок 39 управления вырабатывает на первом выходе 48 вновь лог. О, а на третьем 50 и четвертом 51 выходах - лог. 1. на восьмом выходе 55 устанавливается лог. О, а на шестом выходе 53 вырабатывается импульсный сигнал, совпадающий по времени с импульсом с выхода блока 13.

Лог. О с восьмого выхода 55 запрещает дальнейшее прохождение частоты с выхода делителя 4 через элемент 7 на вход элемента 9. Импульсный сигнал с шестого выхода 53 блока 39 управления поступает на второй вход элемента 9 и, проходя через блоки 26, 27 и 28 обеспечивает выработку очередного импульса управления шаговым двигателем.

Таким образом, устройство переходит в режим ручной коррекции. По каждой следующей подаче лог. О на шину 10 вырабатывается импульс управления шаговым двигателем.

Если лог. О, подаваемый на шину 10, удерживается на время больше, чем время срабатывания блока 21 задержки, то в момент выработки импульса блоком 22 блок 39 управления, анализируя присутствие лог. О на пятом входе 45, вырабатывается лог. О ка седьмом выходе 54. Этот уровень лог. О поступает на вход элемента 8, разрешая прохождение частоты с первого выхода делителя 3 на блоки 26, 27 и 28. Таким образом, обеспечивается выработка непрерывной последовательности импульсов управления шаговым двигателем. Уровень лог, О на седьмом выходе 54 блока 39 управления удерживается до тех пор, пока на пятом входе 45 блока 39 присутствует уровень лог. 0. В момент снятия уровня лог. О с шины 10 на пятом входе 45 блока 39 устанавливается уровень лог. 1, а на седьмом выходе 54 уровень лог. 1. Выработка непрерывной последовательности импульсов управления шаговым двигателем прекращается.

По каждому снятию лог. О с шины 10 блок 14 вырабатывает импульсный сигнал и обеспечивает запуск блока 21 задержки через элементы 17 и 18. Если блок 21 срабатывает до подачи уровня лог. О на шину 10, то при выработке импульса блоком 22 на пятом входе 45 блока 39 управления установлен лог. 1. При этом на третьем выходе блока 39

устанавливается лог, 0, а состояние остальных выходов не изменяется. Лог. О с восьмого выхода 55 блока 39 по-прежнему запрещает прохождение частоты с выхода делителя 4 на вход блока 26 через элементы 7 и 9. Кроме этого, запрещается запуск блока 21 задержки, поскольку на вторых входах элементов 15, 16 и 17 установлен уровень лог. 0. Устройство переходит в режим начальной установки.

При следующей подаче лог. О на шину 10 блок 13 вырабатывает импульс, подаваемый на четвертый вход 44 блока 39. При этом вырабатывается импульс на пятом выходе 52 блока 39 (лог. 1 в лог. 0), который обеспечивает обнуление делителей 3 и 4, а также подается на входы элементов 37 и 38, роль которых будет описана ниже,

После этого устанавливается лог. О на четвертом выходе 51 блока 39 и лог. 1 на восьмом его выходе 55. Устройство переходит в режим управления шаговым двигателем, обеспечивая импульсы управления шаговым двигателем (ШД) с частотой, подаваемой с выхода делителя 4,

В течение всего времени, когда устройство находится в режимах ручной коррекции и начальной установки, на четвертом выходе 51 блока 39 управления установлен уровень лог, 1, а на восьмом выходе 55 лог. О, Это означает, что с обнуленных в исходном состоянии устройства Д-триггеров 35 и 36 и счетчиков 29 и 31 в указанных режимах начальная установка снимается. Счетчик 29 начинает подсчет промежутков времени с выхода делителя 4, т.е. количества импульсов управления ШД. которые были бы выданы при работе устройства в исходном режиме. Счетчик 31 подсчитывает количество импульсов, подаваемых в режиме ручной коррекции для управления шаговым двигателем.

Очевидно, что если количество импульсов, сосчитанных счетчиком 29 до момента выхода из режима начальной установки больше или равно количеству импульсов, сосчитанных счетчиком 31, то производилась коррекция времени в спешащих часах, в противном случае - в отстающих. Блок 30 сравнения вырабатывает лог. 1 при совпа- дении состояний счетчиков 30 и 31.

В исходном состоянии при входе в режиме ручной коррекции состояния счетчиков 29 и 31 совпадают, т.к. они были предварительно обнулены. Первый импульс управления шаговым двигателем в режиме ручной коррекции проходит через элемент 32 (на втором входе которого лог. 1 с выхода блока 30) и задним фронтом вызывает переход триггера 36 в единичное состояние, одновременно подтверждая сброс триггера 35 через элемент 34. Кроме этого импульс с выхода блока 26 своим задним фронтом изменяет состояние счетчика 31. Содержимое счетчиков 29 и 31 становится неравным и на выходе блока 30 вырабатывается лог. 0.

. Следующие импульсы управления шаговых двигателей лишь изменяют состояние счетчика 31. Прохождение их через элемент 32 запрещено лог. О с выхода блока 30.

При приходе соответствующего фронта частоты с выхода делителя 4 счетчик 29 изменяет свое состояние. Если содержимое счетчиков 29 и 31 при этом сравнялось, то блок 30 вырабатывает переход из лог. О в лог. 1. По фронту этого сигнала происходит переключение триггера 35 в единичное состояние, и лог. 1 с его прямого выхода сбрасывает триггер в нулевое состояние через элемент 33.

Таким образом, если содержимое счетчика 29 больше или равно содержимому счетчика 31, то в единичном состоянии оказывается триггер 35, в противном случае - триггер 36.

При выходе устройства из режима начальной установки в режим управления ШД, как уже описано выше, вырабатывается импульс на пятом выходе 52 блока 39, поступающий на входы элементов 37 и 38. Если в единичном состоянии находится триггер 35, то упомянутый импульс проходит через элемент 38 на суммирующий вход счетчика 6 и увеличивает его состояние на единицу. Если в единичном состоянии находится триггер 36. то импульс через элементЗ проходит на вычитающий вход счетчика 6 и уменьшает его состояние на единицу. Выходы счетчика 6 связаны со входами блока 5 коррекции, выход которого подключен ко входу блока 2 вычитания импульсов. Чем больше двоичный код счетчика 6, тем больше период частоты на выходе делителя 4.

После коррекции времени в спешащих чзсах содержимое счетчика б увеличивается на единицу, т.е. проводится автоматическое увеличение периода частоты на выходе делителя 4 (коррекция, часов в сторону отставания) на один шаг цифровой коррекции.

После коррекции времени в отстающих часах содержимое счетчика 6 уменьшается на единицу, т.е. проводится автоматическое уменьшение периода частоты на выходе делителя 4 на один шаг цифровой коррекции (коррекция часов з сторону опережения).

Если устройство находится в исходном состоянии и на шину 10 управления подается уровень лог. О на время, больше времени срабатывания блока 21 задержки, то при выработке импульса блоком 22 устройство

переходит в режим смены поясного времени. При этом на втором выходе 49 блока 39 управления вырабатывается лог. 1, а на седьмом 54 и восьмом 55 - лог. О со второго выхода 49 поступает на вход элемента 19, обеспечивая сброс в нулевое состояние триггера 20, а также на вход сброса счетчика 24 пачки импульсов, снимая с него сигнал обнуления. Лог, 0 с восьмого выхода 55 блока 39 запрещает прохождение частоты с выхода делителя 4 через элемент 7 и 9 на блоки 26, 27 и 28, Лог. О с седьмого выхода 54 блока 39 разрешает прохождение частоты с первого выхода делителя 3 через элемент 8 и 9 на блоки 26, 27 и 28. Таким образом начинается формирование непрерывной последовательности импульсов управления шаговым двигателем с одновременным подсчетом количества этих импульсов на счетчике 24.

В рассматриваемом случае частота раз- нополярных импульсов управления шаговым двигателем - 32 Гц. Однако эта частота может быть выбрана и другой, что не оказывает влияния на существо изобретения.

Счетчик 24 пачки импульсов обеспечивает подсчет количества импульсов, необходимого для перевода стрелок часов на 1 час. В рассматриваемом случае это количество - 180. Однако в зависимости от конструкции часов это количество может быть и другим (например 60 или 120), что не оказывает влияния на существо изобретения.

При подсчете заданной пачки импульсов счетчиком 24, последний выдает сигнал на своем выходе, поступающий на вход блока 25 выделения переднего фронта. Импульсный сигнал с выхода блока 25 через инвертор 40 поступает на третий вход 43 блока 39 и на вход элемента 18.

Блок 39 изменяет состояние своих выходов: на втором выходе 49 устанавливается лог. О, а на седьмом 54 и восьмом 55 - лог. 1. С триггера 20 снимается сигнал обнуления и происходит запуск блока 21 задержки через элемент 18. Счетчик 24 при этом обнуляется.

Если до момента срабатывания блока 21 подать лог. О на шину 10, то по импульсу с блока 13 блок 39 вновь устанавливает лог. 1 на втором выходе 49 и лог. О на седьмом 54 и восьмом 55 выходах. Устройство вновь вырабатывает пачку импульсов управления шаговым двигателем, необходимым для перевода стрелок часов на 1 час и т.д.

Если на выходе делителя 4 формируется соответствующий фронт частоты во время выработки импульсов, то, поступая на информационный вход счетчика 24, он увеличивает количество импульсов в

вырабатываемой пачке на единицу (так же, как в прототипе). Если этот фронт вырабатывается в промежутке между лачками импульсов, то есть его прохождение через

элемент 7 разрешается лог. 1 с восьмого выхода 55 блока 39. Следовательно смена поясного (сезонного) времени производится без потери точности показаний часов. Если с момента окончания пачки им0 пульса до момента срабатывания блока 21 задержки уровень лог. О на шину 10 не подается, то по импульсному сигналу с блока 22 блок 39, а также и все устройство переходит в режим управления ШД.

5 Рассмотрим устройство и принцип действия блока 39 управления, электрическая принципиальная схема которого приведена на фиг. 2, а временная диаграмма работы - на фиг. 3 и фиг. 4.

0Блок управления (фиг. 2} имеет входы

41...47 и выходы 48...55 и состоит из интервалов 56,67,79, трех трехвходовых элементов И 57, 75 и 71, двух двухвходовых элементов И 58 и 73, трехвходозого элемен5 Та ИЛИ 59, Д-триггеров 60, 61, 62, 63, 74, 77 и 78, семи двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ 64, 66, 69, 76, 81, 82, 72, четырех двухвходовых элементов И-НЕ 65, 68, 70, 80.

В исходном положении при подаче лог.

0 1 на первый вход 41 блока Д-триггера 60 обнуляется через логический элемент 59. Д- триггера 61, 63 и 78 обнуляются через логический элемент 72, а Д-триггер 62 - через логические элементы 72 и 73. Логический О

5 с прямого выхода Д-триггера 60 обнуляет триггер 77, а также подается кэ инверсный Д-вход триггера 74. По ближайшему отрицательному фронту на шестом вход 46 опока (на котором в рассматриваемом случае по0 дается частота 32 Гц) триггер 74 переходит в единичное состояние.

Рассмотрим работу блока управления Б

режиме ручной коррекции времени (фиг, 3).

В исходном состоянии лог. 1 с инверс5 ного выхода триггера 61, поступающая нз вход элемента 64, обеспечивает лог. О на первом выходе 48 блока. Лог. 1 с инверсного выхода триггера 77, поступающая на вход элемента 82, обеспечивает лог. О на втором

0 выходе 49 блока. Лог. 1 с инверсного выхода триггера 62, поступающая на вход элемента 69, обеспечивает лог. О на третьем выходе 50 блока. Лог. О с прямого выхода триггера 62 обеспечивает лог. О на четвертом выходе

5 51 блока. Лог. О с прямого выхода триггера 63, поступающая на вход элемента 68, обеспечивает лог, 1 на пятом выходе 52 блока. Лог. О с выхода элемента 69, поступающий на вход элемента 70, обеспечивает лог. 1 на шестом выходе 53 блока. Кроме этого лог. О

с выхода элемента 69, поступающий на вход элемента 75, обеспечивает лог. О на первом входе элемента 76. Лог. О с выхода элемента 82 поступает на второй вход элемента 76. На выходе элемента 76 вырабатывается лог, 1, поступающая на седьмой выход 54 блока. Лог. 1 с инверсного выхода триггера 62 поступает на восьмой выход 55 блока.

При подаче импульса с блока 13 на четвертый вход 44 блока управления триггера

60и 61 переходят в единичное состояние, поскольку на инверсных информационных входах этих триггеров установлен уровень логического нуля с прямых выходов триггеров 63 и 60 соответственно. Одновременно на пятый вход 45 блока управления подается лог. 0. Через полупериод частоты на шестом входе 46 триггер 74 переходит в нулевое состояние, т.к. на его Д-входе лог. 1 с прямого выхода триггера 60.

Ко входам элемента 64 прикладываются уровни лог. О с инверсного выхода триггера

61и прямого выхода триггера 77. На первом выходе 48 блока управления вырабатывается лог. 1. Состояние остальных выходов блока не изменяется.

Если к моменту прихода импульса с блока 22 на второй вход 42 блока управления новые импульсы на четвертый вход 44 не поступали и на пятом входе 45 установлен уровень лог. 1, то импульсы со входа 42 через элементы 57 и 59 сбрасывают триггер 60 в нулевое состояние.

После этого лог. 1 с инверсного выхода триггера 60 обеспечивает сброс триггера 61 через элементы 71 и 72. С переходом триггера 61 в нулевое состояние на первом выходе 48 устанавливается лог. О через элемент 64. Спустя полупериод частоты на шестом входе 46 триггер 74 переходит в единичное состояние, поскольку на его инверсном Д-входе установлен лог. О с прямого выхода триггер 60. Таким образом блок управления переходит в исходное состояние.

Если до прихода импульса с блока 22 на второй вход 42 блока управления успевает поступать импульс на четвертый вход 44, то триггер 62 переходит в единичное состояние, поскольку на его инверсный информационный вход подан лог. О с инверсного выхода триггера 60. Импульсный сигнал на тактирующий вход триггера 62 с четвертого входа блока поступает через инвертор 56.

Одновременно с этим триггер 61 переходит в нулевое состояние, т.к. на его инверсном информационном входе установлена лог. 1 с прямого выхода триггера 60, а на тактирующий вход поступает импульсный сигнал с четвертого входа блока через инвертор 56. В результате изменения состояния триггеров изменяются и состояния выходов блока.

На первом выходе 48 блока устанавливается лог. О, и.к. лог. 1 с инверсного выхода триггера 61 поступает на вход элемента 64. На третьем выходе 50 блока устанавливается лог, 1, т.к. уровни лог. О с прямого выхода триггера 63 и инверсного выхода триггера

0 62 поступают на входы элемента ИЛИ-НЕ 69. На четвертом выходе 51 блока устанавливается лог. 1 с прямого выхода триггера 62. На шестом выходе 53 блока вырабатывается импульс, т.к. на первый вход элемента

5 И-НЕ 70 подана лог. 1 с выхода элемента 69, а на второй вход поступает импульс с четвертого входа блока через инвертор 56 и логический элемент 66, На восьмом выходе 55 блока устанавливается лог. О с инверсно0 го выхода триггера 62. Состояние остальных выходов не изменяется.

По каждой следующей подаче импульсного сигнала на четвертый вход 44 блока состояния триггеров не изменяются, а на

5 шестом выходе 53 вырабатывается импульс. Если на пятый вход 45 блока подать лог. О и удержать его до момента прихода уровня лог. 1 на седьмой вход 47, то на входе элемента И 75 произойдет совпадение уровней

0 лог. 1 с выхода элемента 69 с выхода инвертора 79 и с седьмого входа 47 блока. При этом на седьмом выходе 54 блока вырабатывается лог. О с выхода элемента 76 (непрерывная последовательность импульсов

5 управления шаговым двигателем). Состояние остальных выходов не изменяется. При снятии лог. О с пятого входа 45 блока на седьмом выходе 54 блока вырабатывается лог. 1.

0 Если уровень лог. 1 на пятом входе 45 удерживается до момента прихода импульсного сигнала на второй вход 42, то на оба входа элемента И-НЕ 65 оказываются поданными лог. 1 с прямого выхода триггера

5 62 и с пятого входа 45 блока. На инверсном информационном входе триггера 63 устанавливается лог. О с выхода элемента 65. Поэтому при поступлении импульса на тактирующий вход триггера 63 со второго входа

0 42 блока этот триггер переходит в единичное состояние. При этом на третьем выходе 50 блока устанавливается лог. О, т.к. лог. 1 с прямого выхода триггера 63 поступает на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 69. Состоя5 ние остальных выходов блока не изменяется.

При поступлении импульсного сигнала на четвертый вход 44 блока этот сигнал через инверторы 56 и 67 и элемент 68 передается на пятый выход 52 блока.

Одновременно с этим триггер 60 переходит в нулевое состояние, т.к. на его информационный инверсный вход подана лог. 1 с прямого выхода триггера 63, а на тактирующий вход поступает импульс с выхода инвертора 56.

Спустя полупериод частоты на шестом входе 46 триггер 74 переходит в единичное состояние, т.к. на его инверсный информационный вход подан лог. О с прямого выхода триггера 6,. Однако до перехода триггера 74 в единичное состояние на элементе И 71 происходит совпадение лог. 1 с шестого входа 46 и с инверсных выходов триггеров 60 и 74. Лог. О с выхода элемента 72 обеспечива- ет сброс триггера 63, а также триггера 62 через элемент 73 в нулевое состояние. Блок переходит в исходное состояние.

Рассмотрим работу блока управления в режиме смены поясного времени (рис. 4).

При подаче импульса на четвертый вход 44 блока управления триггеров 60 и 61 переходят в единичное состояние так, как было уже описано выше. Одновременно с этим на пятый вход 45 блока подается уровень лог. 0. Если этот уровень удерживается до момента прихода импульса синхроконтроля с блока 22 на второй вход 42 блока управления, то триггер 77 переходит в единичное состояние. Это происходит, т.к. на инверс- ный информационный вход этого триггера подается лог. О с выхода элемента 80 на оба входа которого подан лог. 1 с прямого выхода триггера 61 и с выхода инвертора 79. На тактирующий вход триггера 77 непосредст- венно поступает импульс со второго входа 42 блока. Лог. 1 с прямого выхода триггера 77 поступает на вход элемента 64, обеспечивая лог. О на первом выходе 48 блока управления. Лог. О с инверсного выхода триггера 77 подается на первый вход элемента 82, на второй вход которого подан лог, 0 с прямого выхода триггера 78. На втором выходе 49 блока вырабатывается лог. 1 с выхода элемента 82. Этотже уровень лог. 1. поступая на второй вход элемента 76, обеспечивает выработку лог, 0 на седьмом выходе 54 блока. Состояние остальных выходов совпадает с их исходным состоянием.

При проходе импульса с выхода инвер- тора 40 на третий вход 43 блока управления триггер 78 переходит в единичное состояние. Это происходит, поскольку к первому входу элемента 81 проложен лог. О с инверсного выхода триггера 77, а ко второму-лог. О с третьего входа 43. На выходе элемента 81 вырабатывается лог. 1, воздействующая на вход установки триггера 78.

Лог. 1 с прямого выхода триггера 78 поступает на вход элемента 82, обеспечивая

лог. О на втором выходе 49 блока управления. Этот же уровень лог. О, поступая на вход элемента 76, обеспечивает лог, 1 на седьмом выходе 54 блока управления, Остальные выходы блока не изменяют своего состояния.

Если до прихода импульса на второй вход 4,2 блока подается импульс с блока 13 на четвертый вход 44 блока управлений, то триггер 78 вновь переходит а нулевое состояние, поскольку на его информационный вход подан лог. О, а на тактирующий эход поступает импульс с выхода инвертора 56.

Одновременно с этим триггер 61 переходит в нулевое состояние т.к. на его инверсный информационный вход подана лог. 1 с прямого выхода триггера 50, а на тактирующий вход - импульс с выхода инвертора 56,

Триггер 62 остается в нулевом состоянии, т.к. на его инверсный вход обнуления подан лог. О с инверсного выхода триггера 77 через элемент И 73.

После перехода триггера 78 а нулевое состояние на втором выходе 49 блока вновь вырабатывается лог. 1, а на седьмом выходе 54 -лог, 0 и т.д.

Если при прохождении триггера 78 в единичном состоянии приходит импульс на второй вход 42 блока управления с блока 22, то на логическом элементе 58 произойдет совпадение этого импульса с лог, 1 с прямого выхода триггера 78, и через элемент 59 триггер 60 будет сброшен в нулевое состояние по входу обнуления. Лог. О с прямого выхода триггера 60 поступает на инверсный вход сброса триггера 77 и обеспечивает переход последнего в нулевое состояние.

Лог. 1 с инверсного выхода триггера 60 совпадает на элементе 71 с лог. 1 с инверсного выхода триггера 74 и шестого входа 46 блока и через элемент 72 обеспечивает сброс триггера 78 в нулевое состояние.

Спустя полупериод частоты из шестом входе 46 блока, триггер 74 переходит в единичное состояние, т.к. на его инверсный информационный вход подан лог. О с прямого выхода триггера 6,. Блок управления переходит в исходное состояние.

Таким образом предлагаемое устройство может быть использовано в электронно- механических часах без секундной стрелки с одним органом управления - кнопкой, подающей сигнал на шину управления.

В исходном состоянии устройство обеспечивает выработку импульсов на шаговый двигатель для привода стрелок часов.

При случайном нажатии на кнопку управления устройство продолжает выработку импульсов на ШД и через время синхроконтроля (4 сек) самопроизвольно возвращается в исходное состояние.

При двух нажатиях кнопки управления за время не более времени синхроконтроля устройство переводит в режим коррекции времени. По второму и каждому последующему нажатию вырабатываются импульсы управления ШД, т.е. стрелки часов перемещаются от руки. При нажатии и удержании кнопки управления на время более времени синхроконтроля устройство вырабатывает непрерывную последовательность импульсов управления ШД для быстрого перемещения стрелок часов (1 час за 6 с в рассматриваемом случае).

Если кнопка управления отпущена (и на нее не нажимают вновь) в течение времени синхроконтроля, то устройство переходит в режим начальной установки, когда импульсы управления ШД отсутствуют. При следующем нажатии кнопки управления происходит точный запуск часов (например, по сигналам точного времени) и устройство переходит в исходное состояние, вырабатывая импульсы управления ШД для счета времени.

Одновременно с выходом из режима начальной установки происходит оценка того, производилась ли коррекция времени отстающих или спешащих часов и соответствующим образом подстраивается точность их хода.

Если в исходном состоянии устройства нажать и удержать кнопку управления на время более времени синхроконтроля, то часы переходят в режим поясного (сезонного) времени. При этом стрелки часов ускоренно передвигаются на один час вперед (без потери точного времени).

Если после окончания перевода стрелок часов на 1 ч за время ке более зремени синхроконтроля вновь нажать к а кнопку управления, то часы будут переведены еще на 1 ч вперед и т.д.

Если кнопка управления не будет нажата в течение времени синхроконтроля, то устройство самопроизвольно переходит в исходный режим.

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства заключается в повышении точности хода часов (при изменении условий эксплуатации, влияющих на точность), которое достигается автоматическим изменением периода импульсов управления шаговым двигателем по результатам коррекции времени в отстающих или спешащих часах.

Типовой суточный ход часов под влиянием дестабилизирующих факторов достигает 2 с. Предлагаемое изобретение позволяет снизить суточный ход до величины не более дискрета цифровой коррекции.

При конкретных значениях частот, приведенных в описании, суточный ход часов снижается до 0,16 с, и подстройка точности осуществляется в диапазоне 2,4 с.

Фор мул а изобретения

Устройство генерации импульсов управления шаговым двигателем с электронной коррекцией, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные

0 первый и второй делители частот, шину управления, соединенную с входом инвертора, первым выводом резистора и информационным входом первого блока выделения переднего фронта, причем второй

5 вывод резистора подключен к шине питания, а выход инвертора - к информационному входу блока выделение заднего фронта, второй блок выделения переднего фронта, счетчик пачки импульсов, информа0 ционный вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, а тактирующий вход - с тактирующими входами первого и второго блоков выделения переднего фронта, с тактирующим входом блока, выделения

5 заднего фронта и с первым промежуточным выходом первого делителя частоты, блок задержки, тактирующий вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, а также последовательно соединенные блок

0 формирователя сигнала шагового двигателя и блок привода шагового двигателя, причем входы сброса первого и второго делителей соединены между собой, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функцио5 нальных возможностей, в него введены блок вычитания импульсов, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - со счетным входом первого делителя частоты, реверсивный счетчик,

0 блок коррекции, первая группа входов которого соединена с группой выходов второго делителя частоты, а вторая группа - с выходами реверсивного счетчика, вых... блока коррекции соединен с вторым входом блока

5 вычитания импульсов, счетчик промежутков времени, счетный вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, счетчик сигналов шагового двигателя, третий блок выделения переднего фронта, выход кото0 рого соединен с входом блоке формирования сигнала шагового делителя и со счетным входом счетчика сигналов шагового двигателя, блок сравнения, первая группа входов которого соединена с выходами счетчика

5 промежутков времени, а вторая группа входов - с выходами счетчика сигналов шагового двигателя, четвертый блок выделения переднего фронта, тактирующий вход которого соединен с вторым промежуточным выходом первого делителя частоты, а

информационный вход - с выходом блока задержки, четыре даухвходовых элемента И-НЕ, трехвходовый элемент И-НЕ, четв- рехвходовый элемент И-НЕ, четыре двух- входовых элемента ИЛ И-НЕ, трехвходовой элемент ИЛ И-НЕ, двухвходовой элемент И, двухвходовый элемент ИЛИ, три Д-тригге- ра, блок управления и шина сброса, подключенная к первому входу блока управления и первому входу трехвходового элемента ИЛ И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока выделения переднего фронта и к второму входу блока управления, выход трехвходового элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом сброса первого Д-триггера, информационный вход которого соединен с общей шиной, а тактирующий вход - с выходом четырехвходового элемента И-НЕ и входом сброса блока задержки, выход второго делителя частоты соединен с первым входом первого двухзходового элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом трехвходового элемента И- НЕ выход которого соединен с информационным входом третьего блока выделения переднего фронта, тактирующий вход которого соединен с третьим промежуточным выходом первого делителя частоты, выход счетчика пачки импульсов соединен с информационным входом второго блока выделения переднего фронта, выход которого через второй инвертор соединен с первым входом четырехвходового элемента И-НЕ и с третьим входом блока управления, второй вход четырехвходового элемента И-НЕ соединен с выходом второго двухвходового элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с первым входом третьего двухвходового элемента И-НЕ, с выходом первого блока выделения переднего фронта и с четвертым входом блока управления, третий вход четырехвходового элемента И-НЕ соединен с выходом третьего двухвходового элемента И-НЕ, а четвертый вход - с выходом четвертого двухвходового элемента И- НЕ, первый вход которого соединен с выходом блока выделения заднего фронта, шина управления соединена с пятым входом блока управления, шестой вход которого соединен с первым входом двухвходового элемента ИЛИ и с первым промежуточным выходом первого делителя частоты, прямой выход первого Д-триггера соединен с информационным входом блока задержки, а инверсный выход - с седьмым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с вторым входом второго двухвходового элемента И-НЕ, второй выход блока управления, первый выход блока управления соединен с третьим входом трехвходового элемента

ИЛИ-НЕ и с входом сброса счетчика пачки импульсов, третий выход блока управления соединен с вторыми входами третьего и четвертого двухвходовых элементов И-НЕ, чет- вертый выход блока управления соединен с входами сброса счетчика промежутков времени и счетчика сигналов шагового двигателя, пятый вход блока управления соединен с первыми входами третьего и четвертого

0 двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ и с входом сброса первого делителя частоты, шестой выход блока управления соединен с вторым входом трехвходового элемента И- НЕ, третий вход которого соединен с выхо5 дом двухвходового элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с седьмым выходом блока управления, восьмой выход которого соединен с вторым входом первого двухвходового элемента И-НЕ и с первыми входами

0 первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, выход блока сравнения соединен с первым входом двухвходового элемента И и с тактирующим входом второго Д-триггера, информационный вход которого соеди5 нен с общей шиной, а вход сброса - с выходом второго двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом двухвходового элемента И и с тактирующим входом третьего Д-триггера, ин0 формационный вход которого соединен с общей шиной, а вход сброса - с выходом первого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с прямым выходом второго Д-триггера, инверсный аы5 ход которого соединен с вторым входом четвертого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, второй вход двухвходового элемента И соединен с

0 выходом третьего блока выделения переднего фронта, инверсный выход третьего Д-триггера соединен с вторым входом третьего двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен с вычитающему

5 входу реверсивного счетчика.

2. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что, блок управления выполнен из третьего, четвертого и пятого инверторов, пятого, шестого, седьмого и восьмого двух0 входовых элементов И-НЕ, пятого, шестого, седьмого,, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, второго и третьего двухвходовых элементов

5 И, трех трехвходовых элементов И, а также четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого Д-триггеров, причем первый блок управления соединен с первым входом одиннадцатого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ и первым входом

трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом второго трехвходоаого элемента И-НЕ, а выход -с входами сброса пятого, седьмого и девятого Д-триггеров и с первым входом второго дзухвходового элемента И, второй вход которого соединен с первыми входами восьмого и девятого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ и с инверсным выходом восьмого Д-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом пятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с инверсным выходом пятого Д- триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами третьего трехвходового элемента И и пятого двухвходового элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первым входом первого трехвходового элемента И и с выходом четвертого инвертора, второй вход блока управления подключен к второму входу третьего трехвходового элемента И, первому входу третьего двухвходового элемента И и к тактирующим входам седьмого и восьмого Д-триггеров, третий вход блока управления соединен с вторым входом восьмого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом установки девятого Д-триггера, информационный вход которого соединен с общей шиной, а выход - с вторыми входами третьего двухвходового элемента И и девятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, четвертый вход блока управления соединен с входом третьего инвертора, выход которого соединен с входом пятого инвертора, первым входом шестого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ и с тактирующими входами четвертого, пятого, шестого и девятого Д-триггеров, пятый вход блока управления соединен с третьим входом третьего трехвходового элемента И. первым входом шестого двухвходового элемента И-НЕ и входом четвертого инвертора, шестой вход блока управления соединен с первым входом второго трехвходового элемента И, вторым входом шестого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ и с тактирующим входом десятого Д-триггера, информационный вход которого соединен с прямым выходом четвертого Д-триггера, информационным входом пятого Д-триггера и с входом сброса восьмого Д-триггера,информационный вход которого соединен с выходом пятого двухвходового элемента И-НЕ,

седьмой вход блока управления соединен с вторым входом первого трехвходового элемента И, выход которого соединен с первым входом десятого дзухвходового элемента

ИЛИ-НЕ, выход третьего трехвходового элемента И соединен с вторым входом трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, третий вход которого соединен с выходом третьего двух- входового элемента И, а выход - с входом

сброса четвертого Д-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго трехвходового элемента И и с информационным входом шестого Д-триггера, а информационный вход четвертого Д-триггера соединен с выходом седьмого Д-триггера и с первыми входами седьмых двухвходовых элементов И-ИЕ и ИЛИ-НЕ, вход сброса шестого Д-триггера соединен с выходом второго двухвходового элемента

И, информационный вход седьмого Д-триггера соединен с выходом шестого двухвходового элемента И-НЕ, выход пятого инвертора соединен с вторым входом седьмого двухвходового элемента И-НЕ, инверсный выход десятого Д-триггера соединен с третьим входом второго трехвходового элемента И, первый выход блока управления соединен с выходом пятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, второй выход блока управления соединен с выходом девятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ и с вторым входом десятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, третий выход блока управления соединен с выходом седьмого

двухвходового элемента ИЛ И-Н Е, с третьим входом первого трехвходового элемента И и с первым входом восьмого двухвходового элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом шестого двухвходового

элемента ИЛИ-НЕ, четвертый выход блока управления соединен с прямым выходом шестого Д-триггера и с вторым входом шестого двухвходового элемента И-НГ пятый выход блока управления соединен с выходом седьмого двухвходового элемента И- НЕ, шестой выход блока управления соединен с выходом восьмого двухвхсдово- го элемента И-НЕ, седьмой выход блока управления соединен с выходом десятого

двухвходового элемента ИЛИ-НЕ и восьмой выход блока управления соединен с инверсным выходам шестого Д-триггера и вторым входом седьмого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ.

CNi

CM

о

СП Cxi СО

Ј

fNj

Использование: электронные часы с шаговым двигателем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет подстройки коэффициента деления частоты кварцевого генератора по результатам коррекции времени. Сущность изобретения: в часы, содержащие генератор импульсов, два делителя частоты, шину управления, резистор, два блока выделения переднего фронта, блок выделения заднего фронта, счетчик пачки импульсов, блок формирования сигнала шагового двигателя и блок привода шагового двигателя, введены блок вычитания импульсов, реверсивный счетчик, блок коррекции, счетчик промежутков времени, счетчик сигналов шагового двигателя, третий и четвертый блоки выделения переднего фронта, блок сравнения, блок задержки, четыре двухвходовых элемента И-НЕ, трехвходовый элемент И-НЕ, четырехвходовый элемент И-НЕ, четыре двухвходовых элемента ИЛИ-НЕ, двухвхо- довый элемент И, двухвходовый элемент ИЛИ, три Д-триггера, блокуправления и шина сброса и обеспечено соответствующее их подключение. Кроме того, блок управления выполнен из трех инверторов, четырех двухвходовых элементов И-НЕ, семи двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, двух двухвходовых элементов И, трех трехвходовых элементов И и семи Д-триггеров, соединенных соответствующим образом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. сл С 00 ю ю о ю ю

О:

66о о 66

Л $0 -С

s-x U 55 - QQ

ZZQ6Z81

Bxtt

DUlfl JITLnJlJ

|J

r- J L

r П1--Г 1

бш

-iS

l-T

и

II

П

LJ

Л

JL

Li

U

mjirumnjTjmjrnjmnr

ЪЫ ,

Q

q

.

Lr

T: Q

Tz 3 J

&X

to

L

tiw.

л

U

n

n

n