Устройство для управления шаговым двигателем электронных часов

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для управления щаговыми двигателями, преимущественно входящими в состав электронных часов.Цель изобретения - упрощение устройства путем уменьшения числа транзисторов.На фиг. 1 приведена электрическая 1 О схема устройства для управления шаговым двигателем, на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока формирования импульсов, на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства. 15Устройство управления шаговым двигателем (фиг.1) содержит генератор 1, делитель 2 частоты, состояний из и счетных триггеров 2-1, 2-22-1, 2-п, блок 3 управления обнулением, блок 4 формирования импульсов, элементы ИЛИ-НЕ 5-7, П-триггер 8, элемент И-НЕ 9, инверторы 1.0 и 11 и элемент И 12. Блок 4 формирования импульсов состоит из элементов 25 И-НЕ 13-17, счетного триггера 18 и усилителей-Формирователей 19 и 20, выходы 21 и 22 которых являются выхо" дами устройства.Устройство работает следующим образом.При отсутствии сигнала обнуления с выхода блока 3 управления обнулением (уровень "0" на выходе блока 3) . на выходе элемента И-ПЕ 9 установлен35 уровень "1", поступающий на вход элемента ИЛИ-НЕ 6. С выхода элемента ИЛИ-НЕ б "0" поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 5, разрешая прохождение частоты с выхода генератора 1 на 40 вход делителя 2 частоты. На промежуточном и оконечном выходах делителя 2 частоты вырабатываются электрические сигналы соответствующих частот, причем период частоты на оконечном 45 выходе делителя 2 определяет период сигналов на выходе устройства (служащих для управления шаговым двигателем в часах), а полупериод частоты на промежуточном выходе делителя задает 50 длительность упомянутого сигнала.Рассмотрим работу блока 4 формирования импульсов с момента присутствия "О" на его первом входе. "0" поступает на входы элементов И-НЕ 13и 14, обеспечивая наличие "1" на ихвыходах. К входам элемента И-НЕ 15оказывается приложенным уровень"1" с выхода элемента И-НЕ 13, а также частота с второго входа блока 4 (с промежуточного выхода делителя 2). На выходе элемента И-НЕ 15 вырабатывается инверсия этой же частоты.Предположим, что переключение каждого последующего счетного триггера делителя 2 происходит при переключении предыдущего триггера в нулевое состояние ("О" на прямом выходе и "1" на инверсном). При этом сигнал на промежуточном выходе делителя 2 сначала переходит к уровню "1", а затем с некоторой задержкой на срабатывание последующих счетных триггеров происходит изменение сигнала на выходе делителя 2 с "0" наСледовательно, к моменту появления "1" на первом входе элемента И-НЕ 14 на выходе элемента И-НЕ 15 установлен уровень "0", а на выходе элемента И-НЕ 13 - "1". Совпадение уровней "1" на входах элемента И-НЕ 14 приводит к выработке "0" на его выходе, Через половину периода частоты с промежуточного выхода делителя 2 на втором входе блока 4 устанавливается уровень "0". При этом на выходе элемента И-НЕ 15 вырабатывается "1", поступающая на вход элемента И-НЕ 13. На другой вход элемента И-НЕ 13 подана "1" с оконечного выхода делителя 2, На выходе элемента И-НЕ 13 вырабатывается 0, поступающий на входы элементов И-НЕ 14 и 15, На выходе элемента И-НЕ 14 устанавливается уровень "1", который поддерживается за счет "0" на выходе элемента И-НЕ 13 до тех пор, пока на первый вход блока 4 не поступит "1" с оконечного выхода делителя,2При появлении "0" на первом входе блока 4 уровень "1" на выходе элемента И-НЕ 14 подтверждается этим уровнем "0" до того, как произойдет изменение потенциала на выходе элемента И-НЕ 13.Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 14 вырабатывается импульс с периодом повторения, равным периоду сигнала на первом входе блока 4, и длительностью, равной половине периода сигнала на втором входе блока 4,При отсутствии сигнала обнуления на выходе блока 3 уровень "О". Этот уровень, поступая .на вход элемента И 12 обеспечивает 0 на его выходе подключенном к входу элемента ИЛИ-НЕ 7. Импульс с выхода элементаИ-НЕ 14 инвертируется на элементе ИЛИ-НЕ 7 и инверторе 11 и поступает через третий и четвертый входы блока 4 на тактирующие входы счетного триггера 18 и входы элементов И-НЕ 16 и 17.По заднему фронту каждого импульса с выхода элемента ИЛИ-НЕ 7 счетный триггер 18 изменяет свое состояние, вырабатывая "1" то на прямом, то на инверсном выходе. При этом разрешается прохождение импульса с выхода элемента ИЛИ-НЕ 7 то через элемент И-НЕ 16 и усилитель 19 на один выход устройства, то через элемент И-НЕ 1 7 и усилитель 20 на второй выход, Такая поочередная выработка импульсов необходима для работы шагового двигателя, подключаемого к этим выходам.Для обнуления делителя блок 3 вырабатывает на своем выходе уровень "1". Момент выработки "1" на выходе блока 3 асинхронен по отношению к работе блока 4. Поэтому рассмотрим два возможных варианта работы устройства (фиг,3).Если сигнал обнуления подан во время существования уровня "01 на выходе элемента И-НЕ 14, то установки триггера 8 по рабочему фронту на тактирующем входе не происходит, так как в это время на входе обнуления триггера 8 действует сигнал обнуления с выхода элемента И-НЕ 14. На входы элемента И-НЕ 9 оказываются приложенными "1" с выхода блока 3 и "0" с выхода элемента И-НЕ 14, Уровень 111 с выхода блока 3 поступает также на вход элемента И 12, однако на другом входе элемента И 12 до окончания импульса .установлен уровень 110". Поэтому на выходе элемента И 12 до окончания импульса сохраняется уровень "0", не препятствующий прохождению импульса через элемент ИЛИ-НЕ 7 на триггер 18, элементы И-НЕ 16 и 17 и далее на выходы 21 и 22 устройства.По окончании импульса на выходе элемента И-НЕ 14 устанавливается "1", а на выходе элемента И-НЕ 9 вырабатывается "О", К входам элемента .ИЛИ-НЕ 6 прикладываются уровни "0" с выхода элемента И-НЕ 9 и прямого выхода триггера 8, На выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 вырабатывается "1", которая поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 5 и запрещает дальнейшее прохождение частоты с выхода генератора1 через элемент ИЛИ-НЕ 5 на вход делителя 2. Счетные триггеры делителя 5оказываются в определенных состояниях, таких, что после снятия сигнала обнуления следующий импульс на соответствующем выходе устройствабудет выработан через такой же промежуток времени, как если бы в моментснятия сигнала обнуления закончилсяпредыдущий импульс управления шаговым двигателем.Действие сигнала обнуления задерживается до момента окончания импульса на выходе элемента И-НЕ 14 длятого, чтобы на соответствующем выходе устройства был выработан импульс полной длительности, необходи О мый для работы шагового двигателя,Обычно сигнал обнуления вырабатывается в электронных часах при переводе стрелок или перед запуском часов по сигналам точного времениИ 25 в том, и в другом случае время действия сигнала обнуления превышаетпериод повторения импульсов на шаговый двигатель. в электронных часахс секундной стрелкой период импульсовна шаговый двигатель - 1 с).Рассмотрим случай подачи сигналаобнуления в промежутке между импульсами на выходе элемента И-НЕ 14. Вэтом случае на инверсном входесброса триггера 8 присутствует уровень "1" и по перепаду сигнала из"0" в "1" на инверсном тактирующемвходе триггера 8 последний переходитв единичное состояние. "1" с прямоговыхода триггера 8 поступает на вход 40элемента ИЛИ-НЕ 6 и обеспечивает О"11 11н а е го выходе, прикладыва емый к вх од у элемента ИЛИ-НЕ 5 , Таким образом ,частота с выхода генератора 1 пр одолжает беспрепятственно поступать чер е з элемент ИЛИ-НЕ 5 на вход делителя 2 частоты . " 1 " с выходов блока 3и элемента И-НЕ 1 4 поступают на входы элемента И- НЕ 9, обеспечивая " 0"н а е го выходе . " 1 " с выхода блока3 пос тупа ет также на вход элементаИ 1 2, н а втором входе которого такжеимеется уровень " 1 " с инвер тора 1 1 .На выходе элемента И 1 2 вырабатывается " 1, поступающая н а вход элемента ИЛИ-НЕ 7 и подтверждающая "0 " наего выходе . По этому очередной импульс , вырабатываемый н а элементеИ-НЕ 1 4, не проходит через элемент40 ИЛИ-НЕ 7 на триггер 18, элементы И-НЕ 16 и 17 и далее на выходы 21 и 22 устройства. Это вызвано требованием, заключающимся в том чтобы сУ 5 момента выработки сигнала обнуления до момента его снятия импульсы управления шаговым двигателем отсутствовали.Очередной импульс, вырабатываемый ,на элементе И-НЕ 14, поступает на вход элемента И-НЕ 9, обеспечивая н1 на его выходе на все время действия импульса. Одновременно импульс с выхода элемента И-НЕ 14 поступает на вход сброса триггера 8 и переводит последний в нулевое состояние. и иО с прямого выхода триггера 8 поступает на один из входов элемента ИЛИ-НЕ б. По окончании импульса с выхода элемента И-НЕ 14 к входам элемента И-НГ 9 оказываются приложен - ными уровни "1". На выходе элемента И-НЕ 9 вырабатывается "О", поступаю - щий на вход элемента ИЛИ-НЕ 6, на 25 втором входе которого также имеетсяО с прямого выхода триггера 8, На выходе элемента ИЛИ-НЕ б вырабаты 1 инается 1 , поступающая на вход элемента ИЛИ-НЕ 5 и запрещающая дальней Шее прохождение частоты с генератора 1 через элемент ИЛИ-НЕ 5 на вход делителя 2 частоты. Триггеры делителя оказываются в состоянии, аналогичном для первого случая обнуления.Таким образом, независимо от мо 35 Мента подачи сигнала обнуления через Ьремя не больше периода частоты на Выходе делителя 2 прекращается поступление частоты на вход делителя 2. Триггеры делителя оказываются в определенных состояниях, После снятия сигнала обнуления первый импульс на соответствующем выходе устройства вырабатывается через определенный промежуток нрейени, равный периоду45 следования импульсов на выходах устройства за вычетом длительности импульса.При отказе от входов обнуления н счетных триггерах делителя частоты количество транзисторов в каждом триггере уменьшается на 4. Наиболее распространенная частота генератора в электронных часах 32768 Гц, а частота ймпульсов на шаговый двигатель Гц. В этом случае количество счет-ных триггеров в делителе составляет 15, а количество транзисторов на весь делитель уменьшается на 60, Количество вновь добавляемых транзисторов в 0-триггере с входом обнуления - 20, а в инверторах и логических элементах - 24. Общее уменьшение количества транзисторон - 1 б,В электронных часах часто применяется генератор на 4194304 Гц. При этом количество триггеров в делителе частоты - 2 Сокращение числа транзисторов соответственно уменьшает площадь кристалла микросхемы и количество контактов, что также уменьшает стоимость и повышает надежность устройства.формула изобретенияУстройство для управЛения шаговым двигателем электронных часов, содержащее генератор, делитель частоты, состоящий из и последовательно соединенных счетных триггеров и инвертора1 выход которого подключен к прямому счетному входу первого счетного триггера, а вход - к инверсному счетному входу первого счетного триггера, блок управления обнулением и блок формирования импульсов, состоящий из пяти элементов И-НЕ, счетного триггера и двух усилителей-формирователей, причем первый вход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и ныходом и-го счетного триггера делителя. частоты, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ и выходом первого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу третьего .элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом -го счетного триггера делителя частоты, где( и, прямой счетный вход счетного триггера блока формирования импульсов соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, второй вход четвертого элемента И-НЕ соединен с прямым выходом счетного триггера, второй нход пятого элемента И-НЕ подключен к инверсному выходу счетного триггера, выходы четвертого и пятого элементов И-НЕ подключены соответственно к входам первого и второго усилителей-Формирователей, выходы которых являются выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройст1582329 Выхоаг-с ЛЛЛГ:дыхаа8-и Мха ыхаа дыха 21 дыха 22ва путем сокращения количества транзисторов, введены три элементаИЛИ-НЕ, два инвертора, шестой элемент И-НЕ, элемент И, Р-триггер, инверсный счетный вход которого соединен с выходом блока управления обнуления, первым входом шестого элемента И-НЕ, входом первого инвертораи первым входом элемента И, второйвход которого соединен с выходом вто -рого инвертора и инверсным входомсчетного триггера, вход второгоинвертора подключен к выходу третьего элемента ИЛИ-НЕ и прямому входусчетного триггера блока формирования,выход элемента И подключен к первомувходу третьего элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом шестого элемента И-НЕ, инверсным входом сброса 0-триггера ивыходом второго элемента И-НЕ блокаформирования импульсов, выход шестогоэлемента И-НЕ подключен к первомувходу второго элемента ИЛИ-НЕ, второйвход которого соединен с прямым выходом В-триггера, инверсный информационный вход которого заземлен, выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединенс первым входом первого элементаИЛИ-НЕ, выход первого инвертора соединен с прямым счетным входомР-,триггера, второй вход первого элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу генератора, а выход - к инверсномусчетному входу первого триггера.Составитель В,АлфимТехред М,Ходанич Корректор С.Шевку Редактор А,Лежни Заказ 209 ВНИИПИ Го Подписноеям и открытиям при ГКНТ ССС набе, д4/5 ственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушска Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарин