石英數(shù)字鐘由于石英晶體的老化、溫度的變化以及其它因素的影響,若長時間不去校正走時,累加起來的計時誤差是可觀的。對用戶來講,希望電子鐘通電后,經(jīng)過一次性調(diào)時,能準(zhǔn)確地完成時間顯示和對其它外圍設(shè)備進(jìn)行一系列的時間控制功能。
1.校時電路
就目前公開的校時電路而言,電路設(shè)計的指導(dǎo)思想是采用帶通濾波技術(shù),取出對時信號。本文介紹的校時電路,采用頻率解碼技術(shù),使校時電路性能更加可靠,電路調(diào)試更為簡單。由鎖相環(huán)LM567和CMOS器件組成的校時電路如圖1所示,下面作一介紹。
圖1校時電路
2.頻率解碼電路
要完成自動校時功能;需要一個準(zhǔn)確的對時信號源,本文采用的是中央人民廣播電臺播放出的五聲頻率為800HZ和一聲頻率為1600HZ的對時信號。在每天晚上23點(diǎn)59分40秒時(由數(shù)字鐘事先預(yù)置),收音機(jī)自動接上電源于V1,頻率解碼電路接收收音機(jī)功放輸出的對時信號,分別對800HZ和1600HZ頻率的對時信號進(jìn)行頻率解碼。
集成鎖相環(huán)路解碼器LM567是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的56系列集成鎖相環(huán)路中的一種,其同類產(chǎn)品還有SE567/INE567等。LM567是一個高穩(wěn)定性的低頻集成鎖相環(huán)路解碼器。LM567的引腳功能見圖2。
圖2LM567框圖
LM567的第6端與地之間外接電容C和第5、6端之間外接的電阻R決定了環(huán)路中心頻率人,腳1、2通常是分別對地接一電容,形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單極低通濾波網(wǎng)絡(luò),第2腳所接電容決定鎖相環(huán)的捕捉帶寬,電容數(shù)值越大,環(huán)路帶寬越窄,腳1所接電容的選擇通常是腳2電容數(shù)值的兩倍。第3腳是信號輸入端,腳8是邏輯輸出端,允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.75—9V,工作頻率范圍0.IHZ~500kHZ,靜態(tài)工作電流為8mA。
為了更好地說明頻率解碼電路的參數(shù)選擇,將其電路單獨(dú)畫出見圖3。其工作原理是從收音機(jī)輸出的一定幅度的音頻信號I”。,其頻率在器件帶寬內(nèi)時,第8腳由高電平變?yōu)榈碗娖?,同時發(fā)光M極管LED由暗到亮,表示器件環(huán)路鎖定。
圖3頻率解碼電路
頻率解碼器帶寬BW通常用帶寬與中心頻率f0。比的百分值表示為%f0,這帶寬與環(huán)路濾波器外接電容O2有關(guān),也隨輸人信號的幅度而變化。在輸人信號幅度V4小于200mV時,可用下式計算,而當(dāng)輸入信號幅度V4超過200mV之后,帶寬不會再加大。
中心頻率由B和C決定,可用下式計算
調(diào)節(jié)收音機(jī)音量開關(guān),使Vt一25mV,取O2=O1/2=1uF,C=0.1uF,這樣由上述公式可以計算失于800HZ頻率解碼電路和1600HZ頻率解碼電路的BW/f0和R的設(shè)計值,見表1。
設(shè)計值R可由固定電阻和電位器組成,調(diào)整電位器的阻值,可在LM567腳5觀察到所需中心頻率f0的脈沖波形,其高電平為十V2一VBE,低電平為VBE。
眾所周之,鎖定時間與帶寬成反比關(guān)系,由LM567的技術(shù)手冊可知,在最壞情況下(Vt>200mV),兩個頻率解碼電路的鎖定時間均小于100ms,完全可以把中央電臺播出的800HZ和1600HZ頻率信號解碼輸出。
3.整機(jī)工作原理
數(shù)字電子鐘開機(jī)時,同時接通校時電路電源+V2,+V2經(jīng)電阻Rr1和電容Cr1構(gòu)成的微分電路在A端形成一正脈沖,使由兩個或非門(ll)、(lll)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器的輸出端/Q=0,三極管T截止,繼電器J處于常開狀態(tài),收音機(jī)電源十V1未接通。同時R-S觸發(fā)器的輸出端Q=1,這個正跳變經(jīng)電阻Rr2和電容Cr2構(gòu)成的微分電路,在B點(diǎn)形成一正脈沖分兩路傳送;一路到電子鐘復(fù)位,顯示為零點(diǎn),此時根據(jù)實(shí)際時間進(jìn)行走時調(diào)整,一路送至CC4022復(fù)位端CR,使Q。=1;或非門(l)輸出為0,R-S觸發(fā)器維持原態(tài)。
當(dāng)電子鐘走時為23點(diǎn)59分40秒時,給校時電路輸入一正跳變脈沖,經(jīng)電阻Rr2和電容Cr2構(gòu)成的微分電路,使R-S觸發(fā)器/Q=1,三極管T飽和導(dǎo)通,繼電器J閉合,收音機(jī)電源十V1接通。兩個頻率解碼電路等待電臺對時信號的到來,順便提一下,從第一聲800Hz對時信號播出到最后一聲1600HZ對時信號結(jié)束,時間間隔為10秒。CC4022為八進(jìn)制計數(shù)/分配器,當(dāng)收音機(jī)輸出800HZ對時信號時,LM567(800HZ)頻率解碼電路捕捉并鎖定;腳8輸出低電平,這一負(fù)跳變送至CC4022的EN端計數(shù)。
當(dāng)收音機(jī)播完五聲800HZ的對時信號時,CC4022的Qco=0,特別說明一下,用CC4022對五聲800HZ對時信號的解碼次數(shù)進(jìn)行計數(shù),不使用輸出端yn,而采用進(jìn)位輸出端Qco,其主要目的是提高800HZ頻率解碼電路的容錯能力。當(dāng)收音機(jī)播完最后一聲1600HZ的對時信號時,LM567(1600HZ)頻率解碼電路捕捉并鎖定,腳8輸出為0、由于CC4022的Qco=0,這樣或非門(l)輸出為1,使R-S觸發(fā)器的/Q=0,Q=1。/Q=0使三極管T截止,斷開收音機(jī)電源十V1,Q=1經(jīng)微分電路在B形成一正脈沖,一路送至CC4022的Cr端清零,另一路送至電子鐘復(fù)位,校正走時誤差,顯示零點(diǎn),與北京時間同步。
如果設(shè)置數(shù)字電子鐘在每天23點(diǎn)50分40秒給核時電路輸入一正跳變脈沖,那么電子鐘一天走時誤差允許范圍為:走快不限制,慢走為10秒。當(dāng)然這可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定輸入時刻。每天校時誤差小于0.1秒,且每天的誤差不累計。
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