本发明属于电子技术领域 366型超长时序控制仪,采用门电路、计数器、数字钟、贮存器RAM组成,具有元件种类少,线路较简单,易生产,可靠,体积小的优点。
产品采用了大规模集成电路RAM6264,并与数字钟、计数器实现了良好地编码配合,可以方便地编程而不需要计算机语言使用方便。
本仪在电路设计时,由于采用了RAM以分为单位的独立脉冲输出及“一次整定”与二次整定“线路设计”,故时控仪的性能具有:超长范围的整定,多规律多时段的时控信号贮存,对范围宽广的循环周期单位灵活选择,等如摘要所述的5项特点,目前尚无同类性质的产品,适用于国防、工业、医学、交通等科学技术领域要求复杂的时序控制地方。
主要技术性能与指标如下:
1、时控点整定选择范围:1分-525600分(即一年)。
2、时段长度整定范围:1分-525600分。
3、运行循环的最短周期单位:2分。
4、运行循环的最长用期单位:1年。
5、运行方式:不同规律的多时段控制自动交换运行。
6、运行时以天为循环单位可整定最多时控规律:366种(循环周期小于一天整定规律增加)。
7、时控整定基本单位:分。
8、运行精度:24小时小于1秒。
9、显示方式:“月”“日”“时”“分”,同时液晶显示。
10、运行可达最多日控点贮存数:1440点(采用一次部分直接输出整定)。
11、记忆备用电源电压:5V。
本仪主要由门电路、计数器、数字钟、RAM静态随机存贮器组成,其逻辑关系,相互连接整体示意图如图1。电气原理图如图2、图3、图5,它们相互连接是X与X′,Y与Y′,Z与Z′。
图1的各门(包括反相器)编号,在电路图2、图3中所对应的集成电路编号如下表:
全仪共分三部分:(一)时钟部分;(二)一次整定部分;(三)二次整定部分。
时钟部分:
本部分主要由LM,8363,LM,8361,FR1094(2块),NN5369及外围元件组成,电路见图1的时钟部分。
此部分的主要作用1.时间显示;2.输出时间信号。
LM,8363可以输出以天为基本单位,以全年为循环周期的时间信号。
LM,8361可以输出以分为基本单位,以24小时为循环周期的时间信号。
2块FR1094,同时作“分时日月”的时间显示。
MM5369与晶振配合,组成了精度高的时基电路,用频率计数器,可以较方便地调出24小时误差≤1秒,用一块MM5369作两块数字钟地激励也不会产生过荷现象。
一次整定部分:
电路图2,是时钟部分,与一次整定部分电路完整原理图。LM8363与RAM,的相互配合,可以产生“读写”以全年为循环周期,“天”为基本单位的时间信号,RAM地址采用了如下方式编写,数字钟字划意义如下:
与门8、9实现了天个位ab与ag组合,与门6、7实现了月个位“ab”与“ag”组合。
为实现接口的良好匹配,采用了在地址线与地之间加接电阻的方法,效果很好。
RAM,与RAM,地址线并联,同时与LM8361配合,可以实现以天为循环周期“分”为基本单位的“读写”信号。地址编码如下,数字笔划意义如前。
与门32、38实现了“分”个位ab,ag组合,与门28、35实现了时个位“a″g′”与a″b”的组合,上述四与门输入端加有二极管组成的扩展器(见图2)受一种“时钟脉冲”信号的控制,意义后述。
地址采用这样的编码原因是:RAM6264只有13位地址,必须对数字钟的输出线加以压缩,同时压缩后的地址对数字钟发出的信号要产生-对应的单值关系,这种单值对应关系如下表:
如前所述,与门32、38、28、35的输入端不仅加有二极管作输入扩展,还在LM8361与RAM23之间附加有与门26、27、29、30、31、33、34、36、37,其目的是使上述各部门都受到一种“时钟脉冲”信号的控制,该信号1分钟“1”“0”信号各一次(形成原因后述),在“0”时各门同步封门,在RAM、,地址上便产生了一种“0000000000000”的“附加编码”。“附加编码”有如下特点:1.RAM“读”时会产生,因为“读”时时钟脉冲信号存在。2.在“写”控点为“1”时,不会把该编码写为“1”信号,因为此时“读写”选择开关,KR1或KR3,把VDD和与非门48输出端即时钟脉冲信号输出相连,使时钟脉冲信号恒为“1”,各门不会同步封门,即不会产生“附加编码”。3.可以通过KR2,把“附加编码”写入零信号(原因见图1和以后分析)。
这样,如果在RAM、,清零完毕后,并对此编码写入“0”信号,则在“读”时附加编码始终为“0”信号,有了“附加编码”就能分辨两个“写”入的连续以分为单位的脉冲信号,如写了“13点00分”与“13点01分”在读到此处时,如没有“附加编码”只会“读”出一个脉冲,脉冲起点是“13点00分”,终点是“13点01分”,而有了此编码,则会产生两个对应脉冲。
还可以采用把“时钟脉冲”信号加在RAM的选片上(这时可取消12个一次输入与门)产生“附加编码”实现上述目的。
时钟脉冲形成原理见图4波形图。
图4中A:表示反相器40的输入波形,输入为“e”的信号波形,B:表示反相器40、42的输出波形,C:表示与非门46的输出波形,D:表示反相器39的输入波形,输入为“a”的信号波形,E:表示反相器39、41的输出波形,F:表示与非门45的输出,G:表示与非门47的输出,H:表示与非门48的输出,即“时钟脉冲”信号波形。
在“时钟脉冲”形成电路中,与非门40、42、44、46组成一路通道,输入是LM8361中“分”个位的“e”笔划信号,其中与非门40、42起反相延时作用,与非门44、46组成了单稳态积分电路,其τ极短,然后输入到负或门47,再经反相器48成为了“时钟脉冲”信号。
另一路由与非门39、41、43、45组成,两路原理一样,输出在负或门47汇合,所不同之点是该路输入是LM8361分个位的“a”段笔划。
从图4可以看出,由于数字钟“分”的个位变化,只有0123456789十个数,所以只需要取“e”与“a”笔划信号,就可以实现变化一个字产生一个脉冲,而不必将0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数字分别译出。
一次部分有两类输出:直接输出与一次输出。
直接输出:由四与非门54、55、56、57与RMA1RAM2相连,经与非门52、53、70、71组成为2个RS触发器向功放输出,它可以实现2种不同规律多时段运行。可代表星期一至星期六和星期日两种时控规律,也可代表北京时和夏令时两种时控规律,可达日贮存1440个点,并决定全年的受控日与非受控日。
从图1看出RAM1的一位“天”信号输出连接了两个与非门各一位输入,它可以“写”入全年的“受控日”,两与非门剩下两输入分别与RAM2两位输出线相连,用一位“写”时段起控点,一位“写”时段终控点,形成整定一种规律的原理,另一位RAM输出与另两与非门又形成另一种规律的时控。
一次输出,是整定全年以天为循环单位的366种运行规律时控的一部分,它由12个输出单元组成。即是与非门58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69其特点是:1.每个与非门有3个输入,2.RAM1的一位输出连接了2个非门的一位输入,3.RAM2、,的12位输出各连接了12个与非门的一位输入;4.12个与非门分组,6个一组(与非门58-63一组,64-69一组)其中RAM1每位输出连接的两个与非门各在一组,每组各受1-6月份及7-12月两种译码信号的控制,这样在运行时,全年始终为,一组工作,一组封门,RAM1每位输出线连接的两个与非门,一门工作,一门封门其意义后叙。
一次输出的12个与非门输出经加扩展器的负或门组合反相输进了二次部分的计数器。
与非门24、25译出了上午12点信号,加在了脉冲开关上(由与非门22、23组成)控制LM8361的快调,为二次整定服务。
开关KR1、KR2、KR,和与非门49、50、51的配合,成为RAM1、RAM2、RAM,的“读写”选择开关,主要作“写”时控制点与“清零”用。
图2为RAM1、2、,“读”的状况,当需要“写”时,选择开关的常开与常闭转换产生了如下状况。1.使与非门49、50、51输出低位RAM1、2、,处于“写”状况;2.切断了与RAM相连的与非门电源避免了各门对RAM产生的不良影响;3.把门48输出线接通VDD避免了写时控点时写入附加编码“0000000000000”。
开关KR2,为附加编码“写”零开关,按下此开关,“时钟信号”始终为“0”信号(因反相器48输入高信号)产生“附加编码”,同时因或门原因,与非门50、51输出低位,RAM2、,工作于“写”的状况将“1”“0”选择开关置“0”,可以将“空白编码”写为零信号。
二次整定部分:
本部分见电路图3,其原理与整定方法如下:
首先进行一次整定,整定方法见下表:
从图一看出,上述一次输出的12个与非门都是3输入,剩下一输入还受到以半年为单位的时控信号约束,上半年时与非门58、59、60、61、62、63封门,下半年时64、65、66、67、68、69封门。
由十二个与门10-21译出了对应全年1-12月每月的信号,与门10-15译出了对应1-6月信号加或门输出了上半年信号,与门16-21译出了7-12月对应信号,加或门输出了下半年信号。
一次输出采用12个基本单元(即12个与非门)而不采用一个基本单元,主要是大幅度地增加了二次整定部分中的RAM有效贮存能力。
一次整定完毕,然后进行二次整定,方法是:对RAM1RAM2RAM3进行“读”,“读”时应满足“自然递增规律”即是先读整定当日,再读第二天,第三天……月底31天,当日时控应从整定时起递增读到上午12点。(即深夜零点)第二天,从上午12点递增读到下午11点59分。
对RAM1、RAM2、RAM3读的过程中,同时按所需规律对RAM4、RAM5,重新“写”一次,这样时控整定结束,RAM4、RAM16位输出只采用12位,每位只“写”一个月信号,即只写一个月内所有控制日所对应的时段信号,属于另一个月的控制日对应时段信号在另一路“写”。
这样整定完毕其原理是:一次部分的一次输出进入二次部分计数器,实际上进行了2次编码,计数器由2块串行计数器串联组成,主要是扩大容量,2次编码实质是把时控点信号按出现的先后顺序变为了“自然递增规律”的“次数”编码。
即首先出现的编码是对应第一天受控日按时间先后顺序出现的所有时段控制点,然后是第二天受控日按时间先后顺序出现的所有时段点……
第二次编码特点是:1.各受控日与每日受控时段点按出现先后顺序变为了“次数”编码,而且“次数”对应点是按出现时间先后顺序递增规律排列,2.各控制日出现时段点除了本控制日的所有控制点外,还会出现其它控制日的时段控制点,造成原因是LM8361循环周期小于LM8363的循环周期,3.每月每天的某一时控点,在一次整定结束后在二次编码中只可能是单值的而且是一一对应的,如六月一日上午18点01分,一次整定完毕后在二次编码中显然也只可能是一个单值对应点,这样我们只需按要求重新在RAM、RAM的输出上重新整定一次便达到目的。
反相器1、2、3、4、5反相了时钟LM28363月“个位数”中的abefg笔划信号作译码用。
12个与门10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21译出了全年1-12月信号,译码表见末页。
(bc)表示“月”信号十位数,高位时,十位的bc段壳。
12个月的译码信号加或门按以下方式输出:1.组成了半年为单位的时控信号,对一次输出的12个与非门进行约束。“它”与RAM的共同作用,使12个与非门只能始终输出“一个月”的时控信号,电路图中,X与X′相连,Y与Y′相连,X表上半年信号,Y表下半年信号。
2.加或门组成了月为单位的信号,输入到了与非门72、73、74组成的单稳积分反相电路(其暂态时间τ极短)然后对计数器I88I89实现每月清零,每月的译码输出之所以加Rc积分电路,是为了更好地分辨,每月的译码,Rc积分与单稳态积分的τ都极短,不会影响各电路的工作,这样计数器,实质上是每月清一次零,每月进行一次二次编码。
同时12个月的每月的译码信号还分别加在了二次整定输出的12个与非门上造成RAMRAM12位输出只可能一路输出,因为全年除该月以外,其余十一个月为零信号封门。
由于运行中计数器每月重新清零编码,RAM4、RAM5也采用月为单位的“读写”,这样极大地增加了二次部分的有效贮存能力,因为由贮存一年的次数下降为一月的次数。
与非门80、81、82、83组成了τ长时间的单稳态积分电路,与非门77、78、79是可调时间的环形振荡器。它的主要作用是对RAM、RAM清零。
KKK是二次部分清零开关,整定前需要清零时按下上述开关,则常开与常闭转换,环形振荡器工作产生的快速放进入计数器的输入端(Φ),将RAM、RAM的“0”“1”选择开关置零,则RAM清零,当所有地址出现“1”信号时表示第一次清零结束。当各地地址出现“1”的信号时,与非门84,输出低信号,指示灯亮,这时与非门80、81、82、83组的单稳态动作因为τ很大,确保了开关Kc4在恢复过程中,计数器处于“清零”状况。
与非门85、86和开关KR4、KR的配合组合成了RAMRAM“读写”选择开关,原理如前所述。
RAM、RAM输出还连有12个与非门,87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98各门均受到对应“月译码信号”的约束,作用是RAM、,在“读”时,全年始终只允许一月的信号输出。
后发光二极管是“读写”指示,在读到“写”入的该点时,指示灯会亮。
开关K是二次“写”时的辅助开关,常开是“读”的位置,在“写”时,开关将12个与非门的月信号,接入高电位,与非门成了反相器,这样便于二次整定。
在二次整定时,先“写”本月,再写第二月……,而且“写”时,“1”“0”选择开关置“1”位,“写”完后置“零”位,若“写”后月某时控点前月某路指示灯亮,这时应将所亮的那路“1”“0”选择开关,暂时置高位,“写”完后,再恢复置“0”位。
二次输出的12位加在了由与非门99、100、101组成的负或门电路中,经与非门102反相进入了T1触发器,最后进入I进行功率效大,K,K是T′触发器的清零与预置开关。
但在实际工程上,只需以月为循环单位,而不需要366种规律的地方。可以在与非门87-98后直接激励驱动器产生12路输出。
整机采用电源5V,便于与蓄电池配合,实验证明,对数字钟无丝毫影响,工作正常。该仪电源也可采用多级输出的方式供电。
本机使用方法如下:
当采用1天以内的循环周期单位则用一次部分的直接输出其它情况则用二次输出。
应用图5的方法,可以进一步提高二次贮存的有效贮存量适用于即需要366种不同规律的时控,又需要控段时段很多的地方。
图5仅在图1的基础作了一点变动,将图1的一次输出由12个与非门增加为24个与非门,两块RAM2、RAM4的并联变成了三块RAM2RAM3RAM4的并联,这样由原来是每一个与非门整定一月的信号变为以半月为单位,从而使二次有效贮容量再一次提高,其他电路不变。
这里24个与非门的输入端由3端增加为4端,这一输入受每一月的前半月,后半月信号控制,即前半月工作时,后半月对应与非门封门,后半月工作时,前半月对应与非门封门。
与非门对应的RAM1“天”信号写法照旧,但每一与非门对应的RAM时段信号,只写半月以内控制日,所对应每天的时段控制的号。
半月时控信号形成如下:
从LM3363的输出线上译出了“1号”与“15号”信号(前者由与非门28担任,后者由与非门27担任)。
两路信号采用分别触发方式触发了与非门25、26组成的RS触发器,RS触发器输出,即是半月为单位的时控信号。
图中反相器75、76与图1编号吻合,因为是相同电路,输出是一次输出,进入二次计数器的连线。
图中X Y与图3X′、Y′相连,X表上半年信号,Y表下半年信号。
图6、图7是366型超长时序控制仪的两种附属电路,也是线路的一种特例:只含时钟部分与一次部分,不含二次部分。这种线路只能用于规律少,循环周期小的地方(以不超过31种规律,最长周期不超过1月为宜)。
图6、图7只画了一次整定部分的输出逻辑示意图,而其他部分,如数字钟与RAM编码,“时钟脉冲”形成及对RAM控制如图1,故未画出。
一次部分输出仍由若干与非门加或门组成,与非门为双输入,用贮存“分时”信号的RAM一位输出,和“天”为单位的时控信号分别和两输入相连,“天”为单位的时控信号产生,及仪的整定方式采用下述办法:
图6:由32个与门(图6中门1-31)从LM1中译出了每月1号-31号译码,用RAM每位输出写不同规律的“分时”信号时控点,便可产生31种不同规律的时控,循环周期为1月。
图7:仍用RAM贮存“天”信号,七位输出线与贮存“时分”信号的RAM七位输出线,“读写”不同规律的控制日与控制点,便可产生7种不同规律以周为最大循环周期的时控。