Электронные часы - часы, в которых для отсчета времени используются периодические колебания электронного генератора, преобразованные в дискретные сигналы, повторяющиеся через 1 секунду, 1 минуту и 1 час и т.д.; сигналы выводятся на цифровое табло, показывающее текущее время.

Основа электронных часов - кварцевый генератор стабилизированных электрических колебаний. Генератор создает частоты в несколько килогерц, затем делители и счетчики разбивают эту частоту на секундные импульсы с частотой 1 Гц, минутные - 1/60 Гц и часовые - 1/3600 Гц. Таким образом на счетчик минут попадает каждый шестидесятый секундный импульс, а на счетчик часов попадает каждый шестидесятый минутный импульс.

Дешифраторы, на которые попадает информация со счетчиков, переводят ее на цифровую индикацию.

Цифровая индикация выполнена в виде дисплея.

Время на дисплее отображается в виде цифр.

Питание может быть, как от сети переменного тока, так и от химических элементов питания.

Достаточно высокая точность электронных часов, по сравнению с механическими часами, привели к тому, что электронные часы стали встраивать в различные бытовые приборы, позволяя управлять ими в определенный момент времени.

Электронные часы стали обязательным элементом таких устройств как компьютеры, сотовые телефоны, телевизоры и автомобили.

Для работы электронных часов используется тактовый генератор. В нем имеется кварцевый резонатор.

Кварцевый резонатор - это прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используется для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.

Кварцевый резонатор имеет частоту 32768 Гц, поэтому, чтобы получить генератор секунд, необходимо понизить частоту. Для этого используют счетчик.

Счетчик - это последовательная схема, предназначенная для подсчета числа импульсов, поступающих на его счетный вход.

32768 Гц равна 2 в 15 степени. Поэтому надо понизить частоту в 2 в 15 степени раз. В принципиальной схеме используются четырех разрядные счетчики. Подавая на вход С счетчика сигнал, счетчик понижает частоту на 2 в 4 степени, так как счетчик имеет 16 состояний и повторяет свое состояние через 16 тактов. Три таких счетчика понизят частоту на 2 в 12 степени. С четвертого счетчика с третьего вывода будет сниматься сигнал.

Для настройки количества секунд, минут и часов должен быть переключатель.

Данная схема снимает явление дребезга контактов. Дребезг контактов - это явление, происходящее в коммутационных устройствах, например, в кнопках, длящееся некоторое время после замыкания электрических контактов. После замыкания происходит многократные неконтролируемые замыкания и размыкания контактов за счет упругости материалов и деталей контактной системы - некоторое время контакты «подпрыгивают» при соударениях размыкая и замыкая электрическую цепь.

Принцип действия этой схемы следующий: имеются две схемы «И» с замкнутым верхним контактом. При замкнутом ключе на нижний контакт, на выход подается единичный ступенчатый сигнал.

Для настройки часов используем переключатель с D-триггером, срабатывающим по переднему фронту. D-триггер при каждом нажатии переключателя будет менять свое состояние на обратное.

Чтобы считать время, необходимы счетчики с произвольным коэффициентом пересчета. Для счета десятков минут и десятков секунд применяются счетчики с коэффициентом пересчета шесть. Если соединить выходы Q2 и Q1, и подать их на схему «И», затем подать на вход RC, то у счетчика при поступлении шестого импульса на выходе будет число шесть, которое сбросит его в ноль. время час минута электронный индикатор

Таким образом, счетчик никогда не дойдет до числа семь. Счетчик десятков часов считает только до двух. Счетчик единиц часов будет считать до десяти, но, когда счетчик десятков часов дойдет до двух, он досчитает до четырех и сбросится в ноль. Счетчики единиц секунд и единиц минут доходя до десяти и сбрасываются в ноль. После того как время дойдет до 24 часов, все счетчики сбрасываются в ноль и начинает считать заново.

Все счетчики через дешифраторы соединены с динамической индикацией, которая выводит время на дисплей.

Данный вариант схемы электронных часов удобен с практической точки зрения, так как разработка такой схемы наиболее наглядно показывает работу и принцип действия всех элементов. Однако, в ней есть и недостатки, такие как большое количество элементов, следовательно, большой объем работы по разработке схемы. Поэтому в работе приведен именно такой пример разработки принципиальной схемы.

2. Разработка алгоритма устройства

Рис. 1. Кварцевый резонатор

Рис. 2. Генератор тактовой частоты

Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы определенной частоты для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах.

Рис. 3. Делитель частоты

Делитель частоты делит частоту для получения секундного колебания.

3.3.2 Блок настройки

Блок настройки состоит из Т-триггера и двух логических элементов «И». Данный блок нужен для перевода часов в режим настройки, чтобы в момент включения настроить их на нужное время.

Рис. 4. Блок настройки

Рис. 5. Кнопка

При нажатии кнопки генерируется единичный сигнал, который позволяет настроить часы.

3.3.3 Блок счета единиц секунд

В данном блоке счетчик СТ2 имеет коэффициент пересчета 10. С тактового генератора поступают импульсы и счетчик считает до 10, затем с выхода Q3 импульс уходит на блок счета десятков секунд, а счетчик единиц секунд сбрасывается в 0.

Рис. 6. Блок счета единиц секунд

3.3.4 Блок счета десятков секунд

Счетчик СТ2 имеет коэффициент пересчета 6. После того, как счетчик досчитал до 6, импульс с выхода Q2 уходит на блок счета единиц минут. Затем счетчик сбрасывается в 0.

рис. 7. Блок счета десятков секунд

3.3.5 Блок счета единиц минут

Блок счета единиц минут работает аналогично блоку счета единиц секунд. Счетчик СТ2 так же имеет коэффициент пересчета 10.

Рис. 8. Блок счета единиц минут

3.3.6 Блок счета десятков минут

Данный блок работает точно так же, как и блок счета десятков секунд. Коэффициент пересчета у счетчика СТ2 равен 6.

Рис. 9. Блок счета десятков минут

3.3.7 Блок счета единиц часов

Счетчик СТ2 считает до 10, затем сбрасывается в 0, но также он должен сбрасываться после того, как посчитал до 4, так как после 23 часов и 59 минут все счетчики сбрасываются в 0 и начинают считать заново.

Рис. 10. Блок счета единиц часов

3.3.8 Блок счета десятков часов

Данный счетчик СТ2 с коэффициентом пересчета 2 считает только до двух, затем сбрасывается в 0.

Рис. 11. Блок счета десятков часов

3.3.9 Блок индикации

Цифровые импульсы со всех счетчиков проходят через дешифраторы и преобразовываются в аналоговый сигнал. Динамическая индикация отображает значение секунд минут и часов на дисплее.

Рис. 12. Блок индикации

4. Перечень элементной базы