Представленный электронный блок — это устройство для автоматической подстройки электронных часов. Его задача — принимать и распознавать эталонные сигналы точного времени, которые транслируются через радиосеть. Эти сигналы представляют собой шесть пакетов тональной посылки частотой 1000 Гц. Каждый сигнал, кроме последнего, длится 0,1 секунды, а паузы между ними составляют 0,9 секунды. Последний, шестой сигнал, является односекундным.
Принцип работы и схема устройства
Блок построен на шести микросхемах серии К561, размещенных на компактной двусторонней печатной плате размером 70x45 мм. Его принципиальная схема показана на рисунке 1.
Входной каскад, собранный на резисторах R1–R5, конденсаторе C1, диоде VD1 и транзисторе VT1, выполняет важную функцию согласования. Он преобразует сигналы из радиотрансляционной сети (напряжением 9,5–30 В) в стандартные логические импульсы амплитудой 9 В для дальнейшей обработки цифровой частью схемы.
Рис. 1. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу блока коррекции по эталонным сигналам радиосети.
Логика работы устройства основана на точном подсчете временных интервалов. Сердцем схемы является двоичный счетчик на микросхемах DD4 и DD1.2. Для того чтобы входящий сигнал был признан эталонным, этот счетчик за время между первым и шестым импульсами должен насчитать ровно 2560 тактов опорной частоты 1024 Гц. Любое отклонение от этого значения, даже на один такт, схема интерпретирует как помеху и игнорирует, не производя коррекцию времени. Такой алгоритм гарантирует высокую помехоустойчивость.
Детали алгоритма распознавания
Работа начинается с запускающего триггера DD3.1, который активирует схему анализа. Логический элемент DD2.1 считает задние фронты сигналов, что соответствует началу каждого из шести эталонных импульсов. После прихода шестого импульса на выходе элемента DD2.2 формируется логическая единица, которая блокирует счетчик и подготавливает схему к считыванию результата.
Ключевой момент наступает, когда счетчик DD4-DD1.2 достигает значения 2560. Это состояние (сочетание логических уровней на выходах, соответствующих числам 512 и 2048) детектируется элементами DD5.2 и DD6.1. Если условие выполнено, по сигналу считывания с триггера DD3.1 на выходе DD5.1 формируется короткий импульс коррекции, который и подается на микросхему часов для установки точного времени.
Через 4 миллисекунды после успешного подсчета схема управления (DD6.2, DD6.4) генерирует сигнал сброса, возвращая все узлы в исходное состояние для приема следующего эталонного сигнала. Если же счетчик насчитал любое другое число, импульс коррекции не формируется.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема самодельного блока коррекции.
Конструкция и подключение
Рис. 3. Топология печатной платы: а) со стороны пайки, б) со стороны расположения элементов.
Рис. 4. Сборочный чертеж (а) и фотография готового устройства (б).
Диод VD2 в схеме обеспечивает гальваническую развязку, предотвращая влияние блока коррекции на штатную кнопку подстройки в самих часах.
Устройство предназначено для интеграции в часы на популярных микросхемах серии К176 (например, ИЕ18, ИЕ12, ИЕ13). Оно заимствует питание +9 В и опорные частоты 1024 Гц и 32768 Гц непосредственно с платы часов. Импульс коррекции подается на вывод 6 микросхемы ИЕ13. Все соединительные провода должны быть как можно короче для устойчивой работы. Подключение к радиотрансляционной сети осуществляется стандартно — через радиорозетку и вилку.
Требования и надежность
Для корректной работы кварцевый генератор в самих часах должен быть достаточно точным: частота 32768 Гц должна выдерживаться с отклонением не более ±2 Гц. Это соответствует суточной погрешности хода в ±5 секунд, что блок и призван исправлять.
Правильно собранное по приведенным чертежам устройство в дополнительной настройке не нуждается. Опыт эксплуатации, описанный автором, подтверждает его высокую надежность: несколько часов с таким блоком успешно работают уже два года, ежесуточно выполняя от 10 до 15 автоматических коррекций времени при условии умеренного уровня помех в сети.
Д. Каширских, инженер, г. Киров