Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Zegar cyfrowy
z budzikiem
część 1
Przeglądając ofertę kitów
2370
AVT, zauważyłem brak w niej
zwykłego, cyfrowego zegara do
pomiaru czasu. A pamiętam, że
za czasów mojej młodości był to  dyżur- zrozumieć jak to wszystko działa, musi-
ny temat. Kupowaliśmy TTL-ki naszej my przypomnieć sobie kod dwójkowy
rodzimej CEMI i konstruowaliśmy wielce i heksadecymalny. System zapisu zero-je- scalonych. U1 jest dzielnikiem częstotli-
ciekawe czasomierze. Dlaczego nie po- dynkowego  dwójkowego jest bardzo wości z elementami generatora
wtórzyć tego dzisiaj, zwłaszcza że nie ma wygodny dla zobrazowania stanów wy- taktującego. Po uzupełnieniu o kwarc i
żadnych kłopotów z podzespołami? Za- stępujących na wyjściach układów cyfro- parę dodatkowych elementów biernych
projektowałem więc i wykonałem zegar, wych. Jego podstawową wadą jest dłu- uzyskujemy z
ródło częstotliwości 2Hz.
który ma następujące możliwości: wy- gość słowa  cztery bity to w zapisie na Układy U2 i U3 to kolejny stopień dziel-
świetla godziny i minuty, pracuje w sy- papierze cztery znaki. Wymyślono więc ników. Bramka U3A dołączona jest do
stemie 24- lub 12-godzinnym  przełącze- zapis heksadecymalny gdzie czterem ko- odpowiednich wyjść U2 i przy stanie 78
h
nie jest możliwe w dowolnym momen- lejnym bitom odpowiada jeden znak. Pro- (ostatni raz przeliczam  to 01111000
cie, posiada układ budzika, do którego ponuję przypomnieć sobie to przelicze- dwójkowo, czyli 120 dziesiętnie)
wyjścia można dołączyć dowolny układ nie, gdyż będzie nam potrzebne. powoduje wyzerowanie licznika.
wykonawczy. Czas wyświetlany jest na Efektem tego jest jeden impuls co min-
dużych (wysokość cyfry 20 mm), sied- utę na wyjściu A. Właściwym licznikiem
Heksadecy-
miosegmentowych wyświetlaczach. Za- Dziesiętnie Dwójkowo
naszego zegara jest U4. Bramka U5A
malnie
silanie - napięcie niestabilizowane 8V, dekoduje stan B40 i powoduje wyze-
h
00000 0
możliwość dołączenia baterii podtrzymu- rowanie U4 po upływie doby. Cała reszta
10001 1
jącej. naszego schematu dotyczy wyświetlania
20010 2
czasu oraz budzika.
30011 3
Opis układu Dochodzimy do najważniejszego ele-
40100 4
Projektując zegar miałem dwie możli- mentu zegara  pamięci EPROM. Tak
50101 5
wości  albo zastosujemy rozwiązanie naprawdę to spełnia ona następujące
60110 6
tradycyjne tzn. szereg dzielników dzielą- funkcje: dekoduje wszystkie z 1440
70111 7
cych przez 6, 12, 24 i do tego dekodery możliwych stanów, jest odpowiedzialna
81000 8
BCD na kod wskaz
ników siedmioseg- za zaświecenie odpowiednich segmen-
91001 9
mentowych, albo coś nowatorskiego, tów wyświetlacza, steruje wyświet-
10 1010 A
nieszablonowego. Zdecydowałem się na laniem sekwencyjnym cyfr oraz zapew-
11 1011 B
to drugie rozwiązanie. Najpierw zastano- nia możliwość przełączania systemu
12 1100 C
wiłem się, co tak naprawdę pokazuje 12/24h. Żeby zrozumieć zasadę działania
13 1101 D
zwykły zegar. Okazuje się, że jeden sekwencyjnego wyobraz
my sobie
14 1110 E
z 1440 stanów. Dlaczego? Sprawa jest hipotetyczną pamięć, która ma pojem-
15 1111 F
prosta  24 godziny razy 60 minut daje ność ośmiu słów jednobitowych.
tab. 1
t
a
b
.
1
właśnie 1440 możliwych odczytów w cią- Załóżmy, że dołączono do niej, za
gu doby. Trzeba więc skonstruować de- W dalszej części tekstu wszystkie pomocą kluczy analogowych, dwie diody
r
y
s
u
n
e
k
2
koder, który te stany będzie rozróżniał i je wartości heksadecymalne będę zgodnie LED (rysunek 2). Świecą one, gdy na
co minutę zmieniał. Ja do tego celu wy- z przyjętym zwyczajem oznaczał literką wyjściu danych mamy niski stan logiczny
korzystałem zwykłą pamięć EPROM. Pa-  h . i wybrany jest odpowiedni klucz  na
mięć 27C256, bo o takiej będziemy Popatrzmy teraz na schemat zegara - bazie tranzystora pojawia się stan niski.
r
y
s
u
n
e
k
1
mówili, posiada piętnaście wejść adreso- rysunek 1. Za pomiar czasu, a dokładnie Do adresowania kolejnych komórek
wych i osiem wyjść danych. A teraz mu- mówiąc zliczanie 1440 możliwych pamięci mamy trzy bity. Niech dwa
szę zrobić małą dygresję. Żeby dobrze stanów, odpowiada tylko pięć układów młodsze będą adresem, pod którym jest
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99 15
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Rys. 1 Schemat ideowy części głównej
R
y
s
.
1
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
c
z
ę
ś
c
i
g
ł
ó
w
n
e
j
zapisane czy dioda ma świecić czy nie. T1 poda napięcie na anodę diody D1. Jej wysoki  aktywną będzie wtedy dioda D2
Najstarszy adres będzie służył do wyboru zaświecenie będzie teraz zależne tylko od (jedynka logiczna po przejściu przez
diody, która ma świecić. Jeżeli na adres stanu panującego na wyjściu D. inwerter wysteruje tranzystor T2). Czyli
A podany zostanie stan niski, tranzystor Podobnie jest, gdy na A podamy stan wszystkie adresy o konstrukcji 0A A
2 2 1 0
16 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
dotyczą pier- wyjściu pamięci zastosowałem bufor wpisaniu której dany wyświetlacz nie
wszej diody, a separujący ULN2803, który odwraca fazę świeci.
adresy 1A A - sygnału, należy pamiętać, że to jedynka Przedstawię teraz pod jakie adresy
1 0
drugiej. Jeżeli logiczna na wyjściu pamięci powoduje pamięci wpisano odpowiednie wartości i
teraz pod zaświecenie segmentu. Opis segmen- czego one dotyczą. Czyli jeszcze jedna
r
y
s
u
n
k
u
3
(
t
a
b
.
6
)
adresem 000, tów znajduje się na rysunku 3  jest on tabelka  ostatnia. (tab. 6)
001, 010, 011 zgodny z ogólnie przyjętą zasadą opisu Przykładowo  w obszarze 6000h-
umieścimy log- występującą w katalogach różnych pro- 659Fh jest zapisane (system 24 godzinny
(
t
a
b
.
4
)
iczne zero, dioda ducentów. (tab. 4) bez włączonego budzika) 10x60=600
D1 będzie palić razy 00 - wyświetlacz wygaszony,
h
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
się przy każdym 10x60=600 razy 60  świecą się seg-
A B C E G F D LED h
z możliwych tab. 4 menty B i C  wyświetlana jest jedynka
t
a
b
.
4
stanów 0A A . oraz 4x60=240 razy DA - świecą się seg-
1 0 h
Rys. 2
R
y
s
.
2
Jeżeli pod adresa- Dodatkowe diody LED, których menty A, B, D, E, G  wyświetlana jest
mi 100, 101 umieścimy logiczną jedynkę, rozmieszczenie przedstawiono na dwójka. Wnikliwy Czytelnik łatwo
r
y
s
u
n
k
u
4
a pod adresami 110 i 111 logiczne zero, rysunku 4 służą do sygnalizacji czasu zauważy, że pewne obszary pamięci są
dioda D2 będzie świecić dla dwóch z przed południem i po południu (diody DA, identyczne niezależnie od tego, w jakim
możliwych stanów na wejściach DB) w systemie pracy 12-godzinnym oraz systemie zegar pracuje oraz czy budzik
adresowych. Zmieniając odpowiednio do sygnalizacji włączenia budzika (dioda jest włączony czy nie.
szybko stan na wejściu A będziemy mieli DD). Dla diody DC nie znalazłem zas-
2
wrażenie ciągłego świecenia obu diod tosowania, zdaję się na pomysły moich Mając gotową pamięć możemy
czyli wyświetlanie sekwencyjne zwane Czytelników. omówić pozostałe elementy
przez niektórych dynamicznym. Wiedząc jak segmenty są dołączone występujące na schematach. U6  U10,
Podobną zasadę przyjąłem konstru- do wyjść pamięci, możemy ustalić co U13 to elementy budzika  o nim za
ując nasz zegar. Jedyna różnica to trochę należy wpisać do pamięci, by wyświet- chwilę. U12 to  jak już wcześniej
większa pamięć. Zastosowałem popu- lane były konkretne cyfry. Mamy więc napisałem - ośmiokrotny bufor separujący.
(
t
a
b
.
5
)
larną i tanią kostkę 27C256. Za pokazy- kolejną tabelkę. (tab. 5) Sterowany z wyjść pamięci steruje seg-
wanie czasu odpowiada U11.
Wyj. Steruje Wyświetla cyfrę
Organizacja pamięci jest następująca 
Pam. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 wygaszanie
do wyjść D1-D7 dołączone są segmenty D0 LED 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
D1 D 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0
wyświetlaczy. Wyjście D0 steruje
D2 F 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0
dodatkowymi diodami LED. Wejścia A
0 -
D3 G 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0
D4 E 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0
A odpowiedzialne są za dekodowanie
10
D5 C 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0
jednego z 1440 stanów możliwych na
D6 B 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0
liczniku U4, wejście A to wybór syste- D7 A 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0
11
Bez LED F6 60 DA EA 6C AE BE E0 FE EE 00
h h h h h h h h h h h
mu pracy 12/24-godzinny, A służy do
12
Z LED F7 61 DB EB 6D AF BF E1 FF EF 00
h h h h h h h h h h h
zasygnalizowania włączenia budzika, a
tab. 5
t
a
b
.
5
adresy A i A odpowiedzialne są za
13 14
wybór cyfry na wyświetlaczu. Pełna mentami wyświetlaczy pobierającymi sto-
składnia słowa sterującego pokazana jest Dioda DB dołączona jest do wyświet- sunkowo duży prąd. Układ U15 służy do
(
t
a
b
.
2
)
poniżej w tabelce. (tab. 2) lacza dziesiątek godzin, DA do wyświet- sterowania kluczami analogowymi zasi-
lającymi anody wyświetlaczy. Jest to pod-
A A A A A A A A A A A A A A A wójny multiplekser z 1 na 4 linie. Jego
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
wejścia sterujące A i B dołączone są
cyfra budzik 12/24 dekoder stanów  1 z 1440
tab. 2
t
a
b
.
2
ADRES ZAWARTOŚĆ
Opis możliwych stanów na wejściach lacza godzin, DC
0000h  059Fh Minuty  system 24h  budzik wyłączony
A podaję poniżej. Stany na wejś- do wyświetlacza
14-A
11
0800h  0D9Fh Minuty  system 12h  budzik wyłączony
ciach A A zmieniają się dynamicznie  dziesiątek minut,
14 13
1000h  159Fh Minuty  system 24h  budzik załączony
dołączone są do wyjść licznika U1. Stany DD do wyświet-
1800h  1D9Fh Minuty  system 12h  budzik załączony
na wejściach A i A ustawiane są przez lacza minut.
12 11
(
t
a
b
.
3
)
użytkownika. (tab. 3) Wyj aśni eni a 2000h  259Fh Godziny  system 24h  budzik wyłączony
wymagają dwa
2800h  2D9Fh Godziny  system 12h  budzik wyłączony
Adres Stan log. Efekt
dolne wiersze. Są
3000h  359Fh Godziny  system 24h  budzik załączony
A11 0 System 24  godzinny
tam wartości, dla
A11 1 System 12  godzinny
3800h  3D9Fh Godziny  system 12h  budzik załączony
których dioda
A12 0 Budzik wyłączony
4000h  459Fh Dziesiątki minut  system 24h  budzik wyłączony
A12 1 Budzik włączony d o d a t k o wa
4800h  4D9Fh Dziesiątki minut  system 12h  budzik wyłączony
A14A13 00 Wybrany wyświetlacz minut
podłączona do
A14A13 01 Wybrany wyświetlacz godzin
5000h  559Fh Dziesiątki minut  system 24h  budzik załączony
wyświ et l acza
A14A13 10 Wybrany wyświetlacz dziesiątek minut
świeci lub nie 5800h  5D9Fh Dziesiątki minut  system 12h  budzik załączony
A14A13 11 Wybrany wyświetlacz dziesiątek godzin
(przypominam  6000h  659Fh Dziesiątki godzin  system 24h  budzik wyłączony
tab. 3 decyduje o tym
t
a
b
.
3
6800h  6D9Fh Dziesiątki godzin  system 12h  budzik wyłączony
stan panujący na
7000h  759Fh Dziesiątki godzin  system 24h  budzik załączony
Kolejna tabelka przedstawia, które z D0). Kolumna
7800h 7D9Fh Dziesiątki godzin  system 12h  budzik załączony
segmentów wyświetlacza dołączone są  wygaszanie to
tab. 6
t
a
b
.
6
do których wyjść pamięci. Ponieważ na wartość, po
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99
17
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
wejście 6 U8 zera log-
icznego. Blokuje to szereg
komparatorów.
Układy U14 i U16 zapew-
niają możliwość ustawiania
czasu na zegarze oraz
nastawiania czasu budzenia.
Ustawiamy  to co widzimy ,
tzn. czas w chwili wyświetla-
nia zegara lub alarm w chwili
wyświetlania budzika.
Zapewnia to odpowiednia
kombinacja bramek układu
U16 połączona z
p r z e ł ą c z n i k i e m
BUDZIK/CZAS. Ustawianie
odbywa się tylko poprzez
zwiększanie widocznej na
wyświetlaczu wartości.
Sygnał o odpowiedniej częs-
totliwości poprzez kombi-
nację kluczy układu U14
trafia na wejście B licznika
U4. W trakcie normalnej
pracy na wejście to trafia co
minutę jeden impuls. Czas
możemy ustawiać z dwiema
prędkościami  przy pomocy
S4 z częstotliwością zmian
16Hz (punkt D połączony z B)
lub przy pomocy S5 z częs-
totliwością 1Hz (punkt C
połączony z B). Pierwsza z
częstotliwości występuje na
wyjściu Q10 U1, druga na
wyjściu Q0 U2A. Do wyjścia
1Hz dołączone są, poprzez
tranzystor T1, diody D1
(dwie diody połączone szere-
gowo). Na wyświetlaczu
tworzą one charakterysty-
czny dwukropek oddzielający
godziny od minut. Jeżeli
żaden z przycisków usta-
wiania czasu nie jest
wciśnięty, na wejście 10 U4
Rys. 3 Schemat ideowy układów pomocniczych
R
y
s
.
3
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
u
k
ł
a
d
ó
w
p
o
m
o
c
n
i
c
z
y
c
h
podawane są impulsy co
jedną minutę (punkt A
razem z adresami A i A pamięci do rozwiązać za pomocą demultiplekserów. połączony z B).
13 14
wyjść Q6, Q7 układu U1. Wejścia X i Y Tylko po co, skoro pamięci można łączyć Do omówienia pozostaje zasilanie
U15 dołączone są do masy, w związku z wyjściami  pamięć nieaktywna ustawia zegara. Głównym z
ródłem energii jest zasi-
czym na wyjściach Y0-Y1 pojawia się swoje wyjścia w stan wysokiej impedancji. lacz (może być niestabilizowany) o napię-
 wędrujące zero logiczne. Powoduje to I tę cechę wykorzystałem. Układy U8-U10 ciu wyjściowym 8V i wydajności prądowej
wysterowanie kolejno tranzystorów T2-T5 to komparatory porównujące stany do 0,5A. Podłączamy go do złącza ZZ. W
i zasilanie wyświetlaczy. panujące na wyjściach licznika U4 ze stana- celu podtrzymania wskazań w przypadku
Porozmawiamy teraz o budziku. Jest on mi na wyjściach U6. Jeżeli są zgodne, na wyłączenia sieci do złącza ZB powinniśmy
zrealizowany przy pomocy układów U6- wyjściu 3 U10 pojawia się jedynka logiczna dołączyć baterię lub akumulatorek o napię-
U10 i U13. Kostki U6, U7 i U13 tworzą - wysterowuje ona tranzystor T6  do jego ciu 4,8...5V. Poprzez diodę D3 zasilać on
układ identyczny jak w zegarze. Dwa pier- kolektora wyprowadzonego na złącze P będzie układy U1-U7, U14 i U16 i dzięki
wsze zapewniają zliczanie do 1440, czyli możemy dołączyć dowolny układ sygna- temu praca zegara nie ulegnie zakłóce-
ustawienie czasu budzenia, U13 to pamięć lizacyjny. W moim przypadku jest to niom.
będąca kopią U11. Służy do wyświetlania piezoelement z wbudowanym genera-
J
a
r
o
s
ł
a
w
B
a
r
a
ń
s
k
i
nastawianego czasu budzenia. torem. Wyłączenie budzika przełącznikiem Jarosław Barański
Zobrazowanie nastaw budzika można było S2 jest równoznaczne z podaniem na
18 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99