Электронные часы Советский патент 1982 года по МПК G04C23/12 

(5) ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ

I

Изобретение относится к электрон:ным хронометрам и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, а также для удовлетворения потребностей человека.

Известны электронные часы, построенные по динамическому принципу. Эта динамическая система содержит замкнутый контур циркуляции временной информации, образованный памятью с произвольной выборкой и сумматором для суммирования временной информации, генератор импульсов, делитель частоты, генератор адресного импульса, индикатор, схему оценки сброса, схему оценки переноса, схемы задержки, схему коррекции Cl.

Недостатком этой системы пвляется жесткое фиксирование количества состояний счетчика адреса, что не позволяет изменять в широких пределах количество предустановок.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому являются электронные часы, содержащие генератор для генерирования тактовых импульсов, делитель частоты, средства для производства различных временных и управляющих сигналов в соответствии с выходным сигналом делителя частоты, средства для хранения часовых данных, сдвиговый регистр для временного хранения часовой информации, управляемые вентили, индикатор 2.

Недостатками этих электронных часов являются недостаточно эффек тивное использование сдвигового регистра, предназначенного только для счета и кратковременного хранения ин(юрмации, так как при сравнении временной и сигнальной информации часть содержимого регистра теряется, значительные аппаратурные затраты для обмена информации между последовательным сдвиговым регистром и ОЗУ, а также прямой счет при рабо392те таймера, что затрудняет визуальный контроль. Целью изобретения является повышение надежности электронных часов путем повышения коэффициента использования аппаратуры. доставленная цель достигается тем, что в электронные часы, содержащие сумматор, операционный регистр постоянные запоминающие блоки команд и синхропрограмм, делитель час YoTbt, состоящий из трех последовательно соединенных счетчиков, управляемые вентили, буферный регистр вывода, индикатор, дешифратор, буферный регистр индикации, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым счетчиком делителя частоты, выходы счетчиков соединены с первыми входами постоянного запоми нающего блока синхропрограмм, выход операционного регистра через первый управляемый вентиль соединен со входом одноразрядного регистра и через второй управляемый вентиль с первым входом сумматора, первый выход которого подключен ко второму входу первого управляемого вентиля, выход одноразрядного регистра через третий управляемый вентиль соединен со входом операционного регистра, второй выход которого через четверты управляемый вентиль подсоединен к буферному регистру индикации, выход которого через дешифратор подключен к индикатору, введены два регистра памяти, элемент ИЛИ, регистр-аккумулятор, триггер переноса и последовательно соединенные блок клавиатуры, блок управления счетчиком адреса, блок начальной установки счетчика адреса команд, и счетчик адреса команд, подключенный ко входам постоянного запоминающего блока команд первые выходы которого соединены со вторыми входами постоянного запомина ющего блока синхропрограмм, вторые выходы подсоединены ко вторым входам блока управления счетчиком адреса, третьи выходы постоянного запоминающего блока команд подсоединены ко второму входу счетчика адреса команд, второй выход блока управления счетчиком адреса команд подсоединен к третьим входам постоянного запоминающего блока синхропрограмм, третий выход блока управления счетчиком адреса команд подключен к третьему ВХОДУ счетчика адреса команд, второй выход блока начальной установки счетчика адреса команд соединен с третьим входом блока управления счетчиком адреса команд, вход блока клавиатуры подключен к выходам третьего счетчика делителя частоты и к индикатору, выходы первого и второго счетчиков подключены ко входам элемента И, выход которого подключен ко второму входу четвертого управляемого вентиля, первый выход сумматора подключен ко второму входу третьего управляемого вентиля, через пятый управляемый вентиль - ко входу регистра аккумулятора и через шестой управляемый вентиль - к буферному регистру вывода, выход которого подключен к индикатору и через седьмой управляемый вентиль подключен ко второму входу сумматора, второй выход сумматора через восьмой управляемый вентиль подключен к триггеру переноса, выход которого через девятый управляемый вентиль подключен к третьему входу сумматора и к четвертому входу блока управления счетчиком адреса, выход регистра-аккумулятора подключен ко вторым входам второго и седьмого управляемых вентилей, к третьему входу первого управляемого вентиля, через десятый управляемый вентиль ко входу первого регистра памяти и ко второму входу пятого управляемого вентиля, выход второго регистра памяти подключен ко второму входу десятого управляемого вентиля и к третьему входу второго управляемого вентиля, а выход первого регистра памяти связан со входом второго регистра памяти. На фиг. 1 представлена структурная схема электронных часов; на фиг. 2 временная диаграмма делителя частоты; на фиг. 3 - распределение разрядов операционного регистра и регистра памяти; на фиг. - блок клавиатуры. Электронные часы, содержат (фиг.1) генератор 1 тактовой частоты, делитель 2 частоты, счетчики 3-5 делителя частоты, производящие сигналы Bi , EI , DK соответственно, элемент 6 И совпадения последних состояний счетчиков 3 и , блок 7 клавиатуры, блок 8 управления счетчиком адреса команд (СЧАК), блок 9 начальной установки адреса (СЧАК), счетчик 10 адреса команд (СЧАК), постоян ный запоминающий блок (ПЗУ) 11, постоянный запоминающий блок(ПЗУ) 12 синхропрограмм, одноразрядный регист 13 памяти, управляемый вентиль Т, регистр 15 памяти, управляемый вентиль 16, аккумулятор 17, управляемые вентили 18-20,сумматор 21,управляемы вентиль 22, триггер 23 переноса, управляемый вентиль 24, выходной буферный регистр 25, управляемый вентиль 2б,операционный регистр 27, управляемый вентиль 28, одноразрядный операционный регистр 29, управляемый вентиль 30, буферный регистр индикации 31, дешифратор 32 индикации и индикатор 33.,

При подаче питающего напряжения на схему электронных часов (фиг.1) блок 9 начальной установки адреса становится активным, устанавливает счетчик 10 по адресу 127 и блокирует управляющее воздействие блока 8 управления счетчиком на счетчик 10. Команда, записанная в ПЗУ 11 по адресу 127,выдает адрес синхропрограммы на ПЗУ 12, которая инициирует управляющие сигналы на вентили 28 и 2k, приводящие к обнулению показаний индикатора 33 и выходных сигналов секундного, минутного ритмов и управляющих сигналов выходного буферного регистра 25.

Этот режим сохраняется до тех пор, пока не будет нажата любая из уп|4авляющих клавиш блока 7 клавиатуры.

Блок клавиатуры .(фиг, 4) содержит клавишу 3 - установка минут, 35 установка часов, клавиши 36 и 37 вызов на индикатор сигнальной информации, клавишу 38 - вызов на индикатор показаний Часы и Минуты текущего времени и сигнала секундного ритма, клавишу 39 - вызов показаний минуты и секунды текущего времени, клавишу tO - фиксация на индикаторе промежуточного времени, клавишу 41 - коррекция текущего времени, клавишу 42 - пуск таймера.

При этом блок 8 выдает управляющий сигнал, выключающий блок 9 начальной установка адреса, счетчик 10 принимает значение адреса, записан-, ное на команде 127, и начинает осуществляться первоначальный пуск, во время которого, независимо от нажатой клавиши, электронные часы устанавливаются в режим текущего времени

(ТВ) с обнулением его значения. Время активного состояния выходных сигналов выходного буферного регистра 25, которые устанавливаются при сравнении текущего времени с соответствующим сигнальным временем или по окончании работы таймера, записывается в разряды регистра 13 и 15 памяти, а разряды операционного регистра 27 и 29 и регистра 13 и 15 памяти, предназначенные для хранения сигнальных времен (СВ)(фиг. 3), принимают значения, исключающие несанкционированные срабатывания устройств сигнализации, связанных с выходными сигналами регистра 25.

После этого электронные часы реагируют на клавиатуру следующим образом. Клавиши 34 и 35 (фиг. 4) служат для ввода временной и сигнально информации в электронные часы. Клавиши 37 и 36 служат для вызова на индикатор сигнальной информации. Клавиша 38 служит для вывода на индикатор показаний Часы и Минуты текущего времени и сигнала Секундный ритм. Клавиша 39 служит для вывода на индикатор показаний Минуты и Секунды текущего времени. Клавиша 40 служит для фиксации на индикаторе промежуточного значения времени. Клавиша 41 служит для коррекции текущего времени. Клавиша 42 служит для пуска таймера.

Счет времени в электронных часах происходит следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает сигнал 32768 Гц на вход делителя 2, который делит входной сигнал на 64 и имеет период работы, совпадаю1чий с периодом циркуляции информации в операционном регистре 27 и 29 и регистре. 13 и 15 памяти. Таким образом, форми

руетсл временной интервал

с, рав512

ный времени использования команды ПЗУ 11 и времени циркуляции информации в регистрах 13, 15, 27 и 29- Команды, записанные в ПЗУ П, организованы так, что образуют временной цикл длительностью 1/2. Пересчет 1 с осуществляется в разряде Д1Е4 операционного регистра (фиг. 3), где распеределение разряда операционного

регистра и регистра памяти по функциональному назначению означает: СВ - сигнальное время;

Гед. сек.

Инд. - индикация

Ед.мин

1дес.

сек. :единицы минут; Дес. мин. - десятки минут; Ед. час - единицы часоз; Дес, час - десятки часов; 1 сек разряд предназначен для пересчета временного интервала 1 сек; Код РР код режима работы; Код Кл - разряд, принимающий код клавиши при сканировании блока клавиатуры; ПВ AL1, AL2 - признак вывода управляющих сигналов AL1, AL2; Счет - счетчик, временного интервала HS, равного г с ВАС AL1, AL2 - время активного состо яния управляющих сигналов AL1,AL2, причем представленные на фиг.2 временные диаграммы работы делителя часто ты 2 содержат В( - временные сигналы счетчика 3,соответствующие отдель ным битам разрядов; Е. -Е. - временные сигналы счетчика , соответствующие отдельным разрядам слов; Д -Д .- временные сигналы счетчика 5, соответствующие отдельным словам Временной цикл 1/2 (фиг.З) образуется из 1 11 J. г V - где п - количество команд обработки, необходимых для пересчета текущего времени, для сканирования блока клавиатуры, для установки режима ра боты электронных часов в зависимости от управляющего воздействия клавиатуры, для сравнения текущего времен с Ьигнальными временами, для отсчет активного состояния выходных сигналов регистра 25, для формирования сигналов секундного ритма, минутного ритма, для отсчета времени в режиме таймера, для вывода на индикацию информации, соответствующей режиму работы электронных часов; Пп количество команд ожидания, необходимых для получения временног цикла, равного 1/2 сек. Характерной особенностью работы электронных часов является то, что все операции счета происходят в определенных (Di Е( разрядах операционного регистра 27 и 29 посредств управляющих воздействий одной синхр программы ПЗУ 12 для прямого и одной синхропрограммы для обратного счета. Это позволяет упростить аппа ратурные затраты и сократить емкост ПЗУ 12. Как в случае прямого, так и обратного счета, синхропрограмма вы дает управляющие сигналы на первые входы вентилей 18, 19, 1б и на вен98 тиль 20, разрешающие содержимому регистра 27, аккумулятора 17, триггера 23 переноса связь со входами сумматора 21 и передачу результата суммирования в аккумулятор. До суммирования аккумулятор 17 содержит значение суммируемой величины в дополнительном коде с избытком, зависящим от модуля пересчета, а триггер 23 переноса содержит значение переноса из предыдущего счета или в данном счете, при переходе от одного разряда к последующему. Необходимый модуль пересчета обеспечивается на следующем шаге суммирования реализацией управляющих связей на третий вход вентиля 18 и на вторые входы вентилей 19 и 26, разрешающих содержимому аккумулятора 17 и требуемой константе из ПЗУ 12 связь со входами сумматора 21, а его выходам - со входом регистра 27. Организация в одних и тех же ячейках операционного регистра становится возможной, так как имеется достаточное время для организации временного цикла - сек, в течение которого производится обемен межу разрядами операционного регистра 27 и 29 и между операционным регистром и регистром памяти, что позволяет организовать структуру электронных часов в виде последовательного цифрового устройства и свести количество внешних каналов Для доступа к памяти к одному со скоростью обмена 32768 бит/сек. Для организации сравнений и счета достаточно обеспечить обмен между разрядами регистров, которые приведены ниже. Обмен II и IV вида обеспечивается синхропрограммой, выдающей на первом шаге обмена управляющие сигналы на первые входы вентилей 18 и 1б, разрешая связь регистра 27 через сумматор 21 с аккумулятором 17. На втором шаге обмена выдаются управляющие сигналы на вторые входы вентилей 18, 26 и 1, разрешая связь регистра 13 памяти чеоез сумматор 21 со входом регистра 27, а аккумулятора 17 со входом регистра 15 памяти. Обмен I и II вида осуществляется с помощью метки (шестнадцатеричного кода F), которая в обмене I вида засылается в разряд DiEfоперационного регистра, а в обмене II вида в раз99ряд DiE,, регистра памяти. Обмен производится за два шага. На первом - синхропрограмма выда ет управляющие сигналы на второй вхо вентиля 28 и на первые входы вентилей 18 и 16, резрешая связь аккумулятора 17 со входом регистра 29, а выход регистра 27 через сумматор Z1 с аккумулятором.. На втором шаге для .обмена I вида выдаются управляющие сигналы на второй вход вентиля 28 и на первые входы вентилей 18 и 16, а для обмена II вида - на вторые входы вентилей It и 18 и на первый вход вентиля 16. После этого производится анализ содержимого аккумулятора 16 в наличие метки подачей управляющих сигналов на третий вход вентиля 18 и вторые входы вентилей 19 и 22, и константы из.ПЗУ 12. Триггер 23 переноса примет значение 1 при наличии метки и значение О в противном случае. Блок 8 управления СЧАК анализирует значение триггера 23 и в зависимости от его значения устанавливает счетчик 10 для выполнения оче редной операции. Индикация информации, соответствующей режиму работы электронных часов,- производится из разрядов Di EQ операционного регистра последо вательным вводом их содержимого в буферный регистр индикации 31 по управляющему сигналу, формируемому совпадением последних позиций счетчиков 3 и 4 на элементе И 6 и поступающему на вентиль 30. Дешифратор 32 декодирует содержимое буферного регистра индикации 31 и передает его на индикатор 33Выходные сигналы 1 сек и 1 мин вырабатываются при счете времени и передаются из сумматора 21 через вен тиль 2 на выходной буферный регистр 25. Выходной сигнал 1 передается на индикатор и может быть использован другими внешними устройствами. Выходные сигналы регистра 25 AL1 и AL2 формируются при сравнении временной информации, находящейся в разрядах Di En и соответствующей сигнальной информации, находящейся в момент сравнения в разрядах Di Е операционного регистра. При работе в режиме таймера такое сравнение запрещается. В этом режиме сигнальная информация в разрлдах DIE, операционного регистра является начальной установкой таймера, которая не изменяется, а рабочими являются р 93ряды Di Ел регистра памяти. На время обратного счета они ггосредством обменов передаются в разряды Di Е/5 операционного регистра. При равенстве нулю содержимого этих разрядов вырабатывается выходной управляющий сигнал AL1, который передается в выходной буферный регистр 25. Таким образом, в электронных часах, построенных в основном на элементах с регулярной структурой - ПЗУ, регистры сдвига - наиболее легко реализуются в виде одной большой интегральной схемы. Благодаря эффективному использованию аппаратуры в сочетании с данным способом обработки информации получены многофункциональные электронные часы, работающие как будильник, таймер, секундомер, позволяющие эффективно согласовываться с внешними устройствами, производить необходимое количество предустановок, мрдифицировать функции, определяемые пользователем,производя замену содержимого только матриц ПЗУ, без изменения структуры схемы. В современной технологии это достигается заменой одного маскирующего слоя. Электронные часы являются первыми отечественными многофункциональными часами, построенными на одной интегральной схеме. 11 Формула изобретения Электронные часы, содержащие сумматор, операционный регистр, постоян ные запоминающие блоки команд и синхропрограмм, делитель частоты, состоящий из трех последовательно соединенных счетчиков, управляемые вентили, буферный регистр вывода, индикатор, дешифратор, буферный регистр индикации, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первы счетчиком делителя частоты, выходы счетчиков соединены с первыми входами постоянного запоминающего блока синхропрограмм, выход операционного регистра через первый управляемый вентиль соединен со входом одноразрядного регистра и через второй управляемый вентиль - с первым входом сумматора, первый выход которого подключен ко второму входу первого управляемого вентиля, выход одноразрядного регистра через третий управляемый вентиль соединен со входом операционного регистра, второй,выход которого через четвертый управляемый вентиль подсоединен к буферному регистру индикации, выход которого через дешифратор подключен к индикатору, отличающиеся тем, что, с целью повышения надежности электронных часов, в них введе ны два регистра памяти, элемент И, регистр-аккумулятор, триггер переноса и последовательно соединеннь1е блок клавиатуры, блок управления счетчиком адреса, блок начальной установки счетчика адреса команд и счетчик адреса команд, подключенный ко входам постоянного запоминающего блока команд, первые выходы которого соединены со вторыми входами постоянного запоминающего блока синхропрограмм, вторые выходы подсоединены ко вторым, входам блока управления счетчиком адреса, третьи выходы постоянного запоминающего блока команд подсоединены ко второму входу счет-г чика адреса команд, второй выход бло ка управления счетчиком адреса команд подсоединен к третьим входам 92 12 постоянного запоминающего блока синхропрограмм, третий выход блока управления счетчиком адреса команд подключен к третьему входу счетчика адреса команд, второй выход блока начальной установки счетчика адреса команд соединен с третьим входом блока управления счётчиком адреса команд, выход блока клавиатуры подключен к выходам третьего счетчика, делителя частоты и к индикатору, выходы первого и второго счетчиков подключены к входам элемента И, выход которого подключен ко второму входу четвертого управляемого вентиля, первый выход сумматора подключен ко второму входу третьего управляемого вентиля, через пятый управляемый вентиль-ко входу регистра-аккумулятора и через шестой управляемый вентиль - к буферному регистру вывода, выход которого подключен к индикатору, и через седьмой управляемый вентиль подключен ко второму входу сумматора, второй выход сумматора через восьмой управляемый вентиль подключен к триггеру переноса, выход которого через девятый управляемый вентиль подключен к третьему входу сумматора и к четвертому входу блока управления счетчиком адреса, выход регистра-аккумулятора подключен ко вторым входам второго и седьмого управляемых вентилей, к третьему входу первого управляемого вентиля, через десятый управляемый вентиль ко входу первого регистра памяти и ко второму входу пятого управляемого вентиля, выход второго регистра памяти подключен ко второму входу десятого управляемого вентиля и к третьему входу второго управляемого вентиля, а выход первого регистра памяти связан со входом второго регистра памяти. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Англии № , кл. G Oif С 3/00, 1978. 2.Заявка Англии № 2017355, кл. G О С 3/00, 23/12, 1979.

«s «ч с «;ч:ч

-т

ii

ч го

ffnepauuoHHbiu регистр ДЗД2

f fj П 1 5V 5J ff f/ f fj ff ff j 5 ff

Д

J

/Ч

f fJ fg ff f fJ fg El (. fj ff f/ 5« fj f

Фиг.2

Регистр памяти

Д2fil

I

.