Часы «Электроника 6.15М»
Электронные часы с люминесцентными индикаторами получили в нашей стране широкое распространение в 80-е годы прошлого века.
Такие часы состояли из одних достоинств. У них был яркий индикатор, хорошо видимый в темноте. Такие часы были беззвучны и не тикали. Если же в электронных часах был будильник, он деликатно пищал, а не «орал благим матом», как звонок механического.
Относительными недостатками были цена (порядка 45 рублей) и питание от сети переменного тока 220 В. Чтобы при отключения сети часы не сбрасывались, в качестве резервного источника питания обычно применялась батарейка типа «Крона». При работе от неё индикация времени на часах отсутствовала.
Недавно мне достались хорошо пожившие часы «Электроника 6.15М». В публикации мы их разберём, почистим и попытаемся разобраться, как они работают.
Вскрытие показало
Часы при продаже позиционировались как нерабочие. Повреждений корпуса не было. Стекло сильно потёрто. Сетевой шнур был отрезан.
«Прозвонка» по шнуру показала, что короткого замыкания внутри нет. При «вскрытии» обугленных компонентов и вздувшихся конденсаторов не обнаружено. Предохранитель – исправен.
Схема электронных часов собрана на двухсторонней печатной плате с металлизированными переходными отверстиями. Сборку делали вручную.
В частотозадающих цепях установлены качественные керамические конденсаторы и кварцевый резонатор в миниатюрном корпусе. Остальные компоненты характерны для советской бытовой техники: конденсаторы К10-7, К50-16 и К50-35; резисторы С1-4; микросхемы в пластиковых корпусах.
Заменяем сетевой шнур на годный. Включаем часы в сеть. На экране появляется индикация. Продавец ввёл в заблуждение: часы работают!
Устанавливаем переключателем «Я» режим нормальной яркости. Кнопкой «Ч» устанавливаем текущее значение часов. Кнопкой «К» устанавливаем точное время: сбрасываем показания минут в ноль. Когда кнопка нажата, все разряды индикатора гаснут. Кнопкой «М» устанавливаем текущее значение минут.
Время срабатывания будильника устанавливается кнопками «Ч» и «М» при нажатой кнопке «Б». Переключателем «С» разрешается подача будильником звукового сигнала, при этом на индикаторе появляется значок в виде колокольчика.
Как эти часы работают
Схему от часов удалось найти только в таком ужасном качестве:
Функционально часы состоят из источника питания (нижняя часть схемы), люминесцентного индикатора (HG1) и специализированного набора микросхем.
В часах используются микросхемы К176ИЕ18, К176ИЕ13 и К176ИД3. В справочнике В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы» 1987 года издания данных о них нет. Анализ работы схемы будем проводить по публикации С. Алексеева «Применение микросхем серии К176», Радио, 1984, № 4, с.25-28, № 5, с.36-40, № 6, с.32-35.
Функции часов с будильником в этой схеме выполняет микросхема К176ИЕ13. Она содержит счётчики разрядов единиц и десятков минут, единиц и десятков часов, а также узел установки времени срабатывания будильника и схему сравнения текущего времени с временем срабатывания будильника. Внутренний коммутатор микросхемы обеспечивает поочередный вывод значений разрядов в двоично-десятичном коде (BCD) на дешифратор К176ИДЗ, преобразующий BCD в код управления семисегментным индикатором.
Для работы К176ИЕ13 нужен задающий генератор. На схеме ниже приведён пример совместной работы микросхемы часов К176ИЕ13 с задающим генератором на микросхеме К176ИЕ12:
С выходов микросхемы К176ИЕ12 на счётчик К176ИЕ13 подаются импульсы с частотой 1024 Гц, 2 Гц и 1/60 Гц (минутные). Для переключения разрядов индикатора К176ИЕ12 формирует на выходах четыре сигнала с частотой 128 Гц и скважностью 4, сдвинутых относительно друг друга на четверть периода. На рисунке ниже показаны временные диаграммы этих сигналов:
Работа микросхемы К176ИЕ18 во многом похожа на К176ИЕ12, но есть отличия. Выходы для переключения разрядов индикатора в К176ИЕ18 выполнены по схеме с открытым стоком, поэтому для подключения к ним управляющих сеток люминесцентного индикатора не нужны схемы согласования, достаточно «подтягивающих» резисторов. Скважность сигналов переключения разрядов увеличена с 4 до 32/7. При подаче высокого уровня на вывод 14 микросхемы К176ИЕ18 скважность сигналов переключения разрядов увеличивается в 3,5 раза, что существенно снижает яркость свечения индикатора.
Ещё одним отличием микросхемы К176ИЕ18 является наличие схемы звуковой сигнализации. При подаче со схемы сравнения микросхемы К176ИЕ13 на вывод 9 микросхемы К176ИЕ18 сигнала высокого уровня на выводе 7 этой микросхемы появляется прерывистый сигнал звуковой частоты, который можно подать прямо на пьезоизлучатель. На схеме он обозначен как BQ1.
В часах применена динамическая индикация. Одноимённые сегменты всех четырёх разрядов индикатора ИВЛ1-7/5 соединены параллельно. Индикация времени производится следующим образом: на сетку индицируемого разряда с соответствующего выхода К176ИЕ18 подаётся управляющий сигнал, в этот момент на выходе счётчика К176ИЕ13 установлен двоично-десятичный код индицируемого значения, который преобразуется дешифратором К176ИД3 в код управления анодами семисегментного индикатора.
Особенностью дешифратора К176ИД3 является то, что выходы этой микросхемы выполнены по схеме с открытым стоком, но «подтягивающие» резисторы на выходах почему-то отсутствуют.
Параметры источника питания определяются требованиями индикатора. В применённом в часах люминесцентном индикаторе ИВЛ1-7/5 в цепь накала подаётся 5 В «переменки», а для питания анодов и сеток требуется источник постоянного напряжения 27 В. Применённые в часах микросхемы питаются от источника постоянного напряжения 9 В.
Питание от сети переменного тока 220 В подаётся на трансформатор Т1 типа Т19-220-50, который был разработан специально для применения в часах с вакуумно-люминесцентными индикаторами ИВЛ1-7/5 или аналогичными. Выпрямленное диодом VD2 напряжение на конденсаторе C3 составляет порядка 30 В. Через токоограничивающие резисторы R5, R6 оно подаётся на стабилитрон VD3. В результате получаем источник двухполярного питания +9/-22 В.
Напряжение смещения на среднюю точку накальной обмотки подаётся с делителя R5, R6. Смещение нужно, чтобы все знаки индикатора светились одинаково ярко.
Краткие выводы
Советская промышленность выпускала несколько моделей электронных часов со специально разработанными для применения в электронных часах люминесцентными индикаторами и наборами микросхем.
В публикации мы разобрали устройство одной из моделей — «Электроники 6.15М» с индикатором ИВЛ1-7/5 и набором микросхем К176ИЕ18, К176ИЕ13 и К176ИД3. Каких-то сведений о зарубежных аналогах этих микросхем и индикатора найти не удалось.
Люминесцентные индикаторы обладали хорошим углом обзора и высокой яркостью свечения. Цвет свечения в зависимости от модели мог быть от зелёного до синего.
Вакуумно-люминесцентные индикаторы были вытеснены светодиодными и жидкокристаллическими, которые имели гораздо более простые схемы подключения и становились год от года дешевле и технологичней.
ВПС хостинг с быстрыми NVMе-дисками и посуточной оплатой можно у Маклауд.
Источник
Восстанавливаем старые часы «Электроника-7»
Доброго времени суток, уважаемые хабражители!
Началась эта история так. Во время работы на объекте, разместившимся в здании бывшего завода (кажется, металлоконструкций) с длинным названием (и, конечно же, имени очередного великого лидера партии) я увидел в куче хлама, предназначавшейся на выброс, одну вещь. Каковая вещь ударила по мне страшным приступом ностальгии, ибо точно такая же висела в холле СКБ (с не менее длинным и многосложным названием, чем вышеупомянутый завод), где работала когда-то моя мама, и где прошло немало времени из моего детства. Встречайте — часы «Электроника 7-06».
Конечно же, я не мог устоять от соблазна восстановить (а может быть, и доработать?) их. Кому интересен процесс, а равно и конечный результат — прошу под кат (осторожно, некоторое количество схем и фото!).
1. Немного теории
Схема часов свободно доступна в интернете. Элементной базой является 176 серия микросхем. Индикаторы — газоразрядные типа ИВ-26. Ниже представлен оригинал схемы.
Рис. 1. Оригинальная схема, часть 1
Рис. 2. Оригинальная схема, часть 2
2. Начнем-с
Часы были извлечены из кучи мусора, отвезены домой и препарированы. После очистки от мусора, накопившегося внутри, моим глазам предстало вот что.
Включаем. В принципе, всё работает. Но: индикаторы выгорели. Достать такие же ИВ-26 уже негде. Гугл дает множество ссылок, повествующих нам, как заменить эти ИВ-26 на светодиоды, а то и на готовые семисегментные сборки. Да только вот же незадача — это выглядит уже совсем не так… осовремененно и оттого попсово выглядит, я бы сказал. Поэтому моя задача номер один: восстановить индикаторы на светодиодах, максимально сохранив при этом внешний вид.
3. Табло
При взгляде на расчески из проводов, ведущие к табло, а также на схемы этих табло с сумматорами на диодах, мне становится несколько неуютно. Сложновато в наладке, запросто можно провода перепутать. Да и слабоваты выходы 176-й серии, чтобы напрямую светодиодами управлять. Плюс хотелось бы иметь возможность регулировки яркости индикации, желательно по сценарию тоже — ночью высокая яркость не совсем уместна дома. Стабильность опорного генератора на 25-тилетней давности компонентах мне тоже никто не гарантирует. Прикинув так и этак, я решил видоизменить схему полностью.
Каждый индикатор — светодиодная матрица 7 х 11, так выходит по количеству точек на оригинальных ИВ-26. Управляет ей хорошо всем известная ATtiny2313. Она же хранит в себе образы символов для отображения, таблицу знакогенератора, говоря иначе. Даже без всяких оптимизаций по 11 байт на символ в нее сотня символов точно влезет — значит, потенциально можно не только цифры писать на табло. И таких матриц у меня будет 4. А что отображать, они пусть получают по UART. Ну а собственно что будет считать время и отправлять по этому интерфейсу данные для табло — это позже. Я подумаю об этом позже (с). Зато к каждой матрице подходит всего 3 провода — GND, +5V и Data. Я посчитал, что однонаправленной линии передачи для данной задачи вполне достаточно.
Индикация динамическая, для выбора строк используется узел на регистрах 74HC595, а для выбора столбца — дешифратор 74HC238. Конструкция AVR + 74HC595 хорошо описана и интереса не представляет. К сожалению, SPI у tiny2313 какой-то порезанный, поэтому загрузка данных в регистры выполняется программно. Плюс к тому при попытке использовать SPI возникли проблемы с разводкой платы, поэтому я отказался от этой идеи. Дешифратор подключен через транзисторную сборку ULN2003 для увеличения мощности.
Изначально я планировал использовать для регулировки яркости светодиодов дополнительный транзистор, управляемый посредством аппаратного ШИМа на таймере T0, но возникла проблема: ШИМ, накладываясь на динамическую индикацию (их частоты, конечно, не совпадали), порождал неприятное мерцание светодиодов. Поэтому ШИМ программный, а реализован он с помощью дешифратора выбора столбца. Как видно, индикатор-то имеет 7 столбцов, а выходов у дешифратора 8, и последний выход не подключен. Выбирая его, мы гасим всю матрицу.
Ток светодиодов ограничен сопротивлениями. Исходя из документации на примененные LED-5213-PGC-6cd, на них падает 3 — 3,5В при токе 20 мА, примем в среднем 3,2В. Плюс еще 1В падения на ULN2003. Итого (5 — 3,2 — 1) / 0,02 = 40 Ом. Я взял на 39 Ом.
Переключателями SA1 задается адрес платы. Такой подход позволяет сделать все 4 платы одинаковыми.
К сожалению, металлизацию отверстий в домашних условиях я пока не осилил. Поэтому плата однослойная и количество перемычек на ней может ужаснуть, хоть и сводилось к минимуму всему усилиями.
Принципиальная схема приведена ниже.
Рис. 3. Принципиальная схема индикатора
А вот фото платы на одном из этапов изготовления (только что нанесен и проявлен фоторезист).
Протокол обмена очень простой:
Первый байт всегда FF, это заголовок пакета.
Второй байт — адрес платы.
Третий байт — данные для отображения, код символа согласно ASCII.
Четвертый — желаемая яркость в диапазоне 00 — FE.
В конце — младшие 8 бит от суммы всех байт пакета, проверка целостности. Если сумма равна FF, заменяем на FE. Пример пакета:
FF 01 32 80 B2 — вывести символ «2» на плате с адресом 1, яркость — половина от максимума.
В процессе написания кода мне также пришла идея сделать так, что плата индикации в момент старта до получения первых данных отображает свой адрес. Оказалось удобно при отладке.
4. Блок питания
Родной блок содержит в себе трансформатор с двумя обмотками: одна выдает 22В, которые применялись для питания анодов индикаторов, и 3,8В для питания их накалов. Конденсаторы, конечно, свою емкость потеряли, к тому же нам потребуются +5В. Значит, схему придется пересмотреть. Кроме того, предусматривается возможность питать логику от 6 батареек по 1,5В, чтобы не сбивалось время при обесточивании. Батарейки — это как-то несерьезно, требуют регулярной замены, так что я переделал этот узел на работу со стандартным аккумулятором 6В, 4.5 А*ч.
Однако ж, 22 * 1,41 = 31В. Нда, обычной 7805 тут не обойдешься, разве что мы хотим прикрутить сюда еще и функцию комнатного обогревателя. Непродолжительный гуглинг, и на помощь приходит LM2576-5.0 — интегральный импульсный стабилизатор с выходным током до 3А, которая даже нашлась в местном магазине радиодеталей.
Поиск, где бы мне спереть безвозмездно позаимствовать схему зарядного устройства с целью уменьшения количества созданных велосипедов, привел меня сюда (вообще, сайт посвящен именно велосипедам, что в контексте фразы несколько улыбает). Однако, схемка-то на линейных стабилизаторах… впрочем, существует версия вышеупомянутой LM2576 с перестраиваемым выходным напряжением. Фактически, нужно сваять источник с ограничением вида «выходное напряжение примерно 6 — 14В (с подстройкой, чтобы можно было и на 12В аккумулятор подцепить), выходной ток не выше 0,5А (тоже с подстройкой)». После некоторых раздумий получилось нечто такое.
Рис. 4. Схема источника питания
Переключение режима «зарядка / работа от аккумулятора» производится обычным механическим реле с обмоткой на 220В, подключенной параллельно первичной обмотке силового трансформатора. Несколько наивно, но, как ни парадоксально, вполне работает.
5. Сердце системы
Вот и настало то самое «позже», в котором я обещал себе подумать о том, что же будет собственно время считать, и управлять индикаторами. А еще лучше, если оно еще и синхронизировать его будет с мировым. По NTP, например. Или DAYTIME. Благо, что Wi-Fi в доме имеется. И самое главное, да. Чуть не забыл. В этих часах таки остался один родной элемент индикации, который такой трогательный, что я счел кощунственным его менять. Ибо воссоздать такое же не смогу, да и рабочий он вполне. Мигающая секундная точка на индикаторе ИВ-4! Вот еще ей надо мигать.
Я долго ковырял форумы на предмет сопряжения AVR и Wi-Fi, смотрел, как это делали на Arduino… но цена меня удручает. И тут мой взгляд упал на купленную с целью изучения с последующим созданием торрентокачалки «малинку», лежащую на полке…
Нет, ну это даже не пушкой по воробьям. Это просто удар главного калибра Звезды Смерти с целью уничтожения злых бактерий под ободком унитаза. А с другой стороны — не всё ли равно, где эта торрентокачалка будет стоять? Места под USB-HDD в корпусе часов более чем достаточно. Кроме того, мой опыт работы с *nix-системами пока не очень значителен — отличный повод расширить кругозор. Примерно эти мысли пролетели у меня в голове, и судьба малинки была решена. Ну пусть тогда еще уличную температуру показывает, что-ли… раз уж такими мощностями разжился. Да и знакогенератор табло теперь позволяет плюсы-минусы рисовать.
Как прикрутить к rPi часы реального времени, а также как ее вообще включить, провести начальную настройку, установить туда торрент-клиент — сказано много раз до меня. Впрочем, некоторое количество ссылок, показавшихся мне полезными, я все же приведу ниже.
Уличную температуру я беру с Рамблера. Выбор обусловлен предпочтениями моей второй половинки.
Итак, поэтапно все действия с «малинкой»:
Вот тут читаем, как подружить ее с Wi-Fi-адаптером TP-Link TL-WN725N.
А вот тут — как установить VNC-сервер, может пригодиться.
Здесь доходчиво расписано, как поднять Samba.
А вот тут, как работать со встроенным UART.
Вот такой скрипт синхронизирует время с мировым с помощью NTP.
Этот скрипт читает с Рамблера погоду, складывая принятые данные в файл
Источник
