Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки
Экономичный таймер
Предлагаемый таймер - попытка автора найти компромисс между сложностью устройства и его функциональными возможностями. Задачу удалось решить, заставив сравнительно дешевый микроконтроллер PIC12C508A с помощью всего одного входного и трех выходных сигналов управлять многовыводным ЖКИ и определять состояние большого числа органов управления.
Прибор очень экономичен и может работать автономно, подавая звуковой сигнал окончания заданной выдержки. Предусмотрено и управление внешним исполнительным устройством, от которого таймер может получать и питание. В последнем случае его возможности значительно расширены. Минимальная продолжительность выдержки - 1с, максимальная - 100 час.
Принципиальная схема таймера изображена на рис. 1. На элементе DD1.1 собран кварцевый генератор. С выхода элемента DD1.2, снижающего влияние входной цепи микроконтроллера DD3 на генератор (оно особенно заметно при напряжении питания менее 3,5 В) сигнал частотой 32768 Гц поступает на вход встроенного в микроконтроллер DD3 таймера/счетчика.
(нажмите для увеличения)
Коды программы, которую следует с помощью программатора занести в память микроконтроллера, приведены в таблице. После включения питания, действуя по этой программе, он настроит линии своего порта ввода/вывода GP2 и GP3 на работу в качестве входов, a GPO, GP1, GP4 и GP5 - выходов и переведет встроенный таймер/счетчик в режим счета импульсов, поступающих на вход GP2. Отсчет времени идет по прерываниям, генерируемым при переполнениях счетчика. Поэтому точность выдержки не зависит от стабильности встроенного в микроконтроллер тактового генератора частотой 4 МГц.
(нажмите для увеличения)
На выход GP0 микроконтроллер выдает сигнал, предназначенный для общего электрода (СОМ) ЖКИ HG1. Сдвиговый регистр длиной 32 разряда на микросхемах DD4-DD7 служит для формирования сигналов, подаваемых на сегменты всех разрядов индикатора, а также сигналов опроса кнопок SB1- SB 12 и переключателя конфигурации S1. Нужные для этого коды поступают в последовательном виде на вход D микросхемы DD4 с выхода GP1 микроконтроллера. На выходе GP4 их сопровождают импульсы сдвига. Необходимо отметить, что подобное применение сдвигового регистра с совмещением функций управления индикатором и опроса органов управления стало возможным благодаря значительной инерционности ЖКИ. Кратковременные "лишние" импульсы на его выводах не вызывают искажения отображаемых индикатором символов.
Для опроса органов управления на выходах сдвигового регистра DD4-DD7 образуется последовательность "бегущий ноль". В результате в тактах, соответствующих нажатым кнопкам или замкнутым контактам переключателя S1, логический уровень на входе GP3 микроконтроллера низкий, а в остальных - высокий. При низком логическом уровне на выводе 10 микросхемы DD6 микроконтроллер анализирует сигнал, вырабатываемый детектором понижения напряжения питания DA1 и приходящий на вход GP3 через элементы DD1.3, DD1. 4 и диод VD3.
Сигнал окончания выдержки, сформированный микроконтроллером на выходе GP5, поступает на выход прибора (контакт 2 розетки XS1) через защитный резистор R4. Этот же сигнал управляет генератором на микросхеме DD2, настроенным на 4200 Гц - резонансную частоту пьезоизлучателя НА1. В результате таймер подает звуковой сигнал. Звук можно отключить, замкнув контакты S1.7.
В автономном режиме прибор питает гальваническая батарея GB1. Обмотка реле К1 обесточена, и его разомкнутыми контактами К1.2 переключатель S1 (за исключением упомянутой выше группы контактов) отключен от входа микроконтроллера. Это сделано для уменьшения приблизительно на 0,5 мА потребляемого прибором тока, который в данном случае не превышает! мА (плюс еще 2 мА при работе звукового генератора). Цена экономии - таймер работает автономно в единственном режиме: обратный отсчет времени - в секундах, сигнал об окончании выдержки - непрерывный длительностью 1 мин., до истечения которой он может быть прекращен нажатием на любую кнопку. Нажатия кнопок в этом режиме сопровождаются короткими звуковыми сигналами.
Если подать на контакты 1 и 3 розетки XS1 напряжение 5 В от внешнего источника, реле К1 сработает, отключив батарею и подключив к микроконтроллеру переключатель S1. Диоды VD1, VD2 уменьшают напряжение на обмотке реле К1 до допустимого значения. Они же предотвращают переключение таймера на внешнее питание при неправильной полярности последнего
Теперь, замкнув контакты S1.1, можно вести счет времени в минутах, а с помощью S1.2 изменить его направление с обратного на прямое (показания индикатора в процессе счета будут увеличиваться). Следующие четыре группы контактов управляют форматом сигнала окончания выдержки. S1.3 делает сигнал непрерывным или прерывистым, S1.4 снимает или устанавливает ограничение длительности сигнала, S1.5 инвертирует его (звуковой сигнал, если он включен, будет звучать во время выдержки и прекратится по ее истечении). А при замкнутых контактах S1.6 принудительное отключение сигнала окончания выдержки произойдет только с запуском нового цикла ее отсчета нажатием на кнопку "Старт".
Назначение контактов S1.7, о котором было сказано выше, остается неизменным. С помощью S1.8 отключают "звуковое сопровождение" нажатий клавиш и соответствующие короткие импульсы на контакте 2 розетки XS1.
Так как микроконтроллер анализирует состояние переключателя S1 только один раз (сразу после включения питания), чтобы задействовать внесенные во время работы прибора изменения, нужно выключить и вновь включить питание.
При внешнем питании генератор звукового сигнала заблокирован открывшимся транзистором VT1. Если в блокировке нет необходимости, транзистор и резисторы R1 и R3 не устанавливают.
Сразу после включения прибора во все разряды индикатора выведены нули, а десятичные точки мигают, указывая, что таймер ждет ввода значения выдержки. После введения каждой цифры точка в соответствующем разряде мигать перестает. Попытки ввести в третий разряд цифры 6-9 останутся безуспешными. Здесь должна быть цифра, не превышающая 5. Максимальное значение, которое можно задать (9959), соответствует 99 мин. 59 с или 99 час 59 мин в зависимости от выбранной единицы счета (секунда или минута). Если при вводе допущена ошибка, следует нажать кнопку SB 11 ("Уст.") и ввести нужное значение заново.
Таймер начинает отсчет выдержки с нажатием кнопки SB12 ("Старт"). О том, что отсчет идет, свидетельствуют изменяющееся раз в секунду или минуту значение на индикаторе и непрерывно "бегущая" по его разрядам точка. Чтобы остановить таймер, достаточно еще раз нажать кнопку "Старт". При идущем счете прибор реагирует только на нее. Кнопка "Уст." действует, только когда счет остановлен.
Если до завершения счета напряжение питания снизилось до 2,8 В, во всех разрядах индикатора будут включены десятичные точки. Когда счет не идет, о падении напряжения нижеуказанного предупредит выведенная на индикатор надпись
- стилизованное "low battery" ("батарея разряжена"). Работа таймера при меньшем напряжении не гарантирована и зависит от свойств установленных в нем экземпляров микросхем. Громкость звукового сигнала резко уменьшается уже при напряжении 3,5 В.
Таймер собран на двусторонней печатной плате. На рис. 2 показана ее сторона, на которой размещены индикатор HG1, кнопки SB1- SB12 (TS-A3PS-130 или аналогичные), выключатель SA1 и звуковой излучатель НА1. Все остальные элементы установлены на обратной стороне, показанной на рис. 3, а батарея GB1 (три гальванических элемента типоразмера АА) - в контейнере вне платы.
Вместо микроконтроллера PIC12C508A подойдут без изменения программы PIC12C508, PIC12C509 или PIC12C509A. Реле К1 - РЭС60, исполнение РС4.569.435-04 или РС4.569.435-09. Кварцевый резонатор ZQ1- в малогабаритном цилиндрическом корпусе. Учтите, резонаторы большого размера плохо работают при пониженном напряжении питания.
При налаживании прибора постоянный резистор R8 временно заменяют переменным номиналом 100 кОм и с его помощью подбирают частоту звукового сигнала по максимальной громкости. Измерив введенное сопротивление переменного резистора, устанавливают вместо него постоянный ближайшего номинала. Для устойчивой работы кварцевого генератора во всем интервале изменения питающего напряжения может потребоваться подборка резистора R5.
Автор: А.Ермаков, г.Нижний Новгород
- Автор: Super User
Часы-счетчик времени телефонных разговоров
Приставка к часам (рис. 1) реагирует на исходящие звонки. Она содержит выпрямитель на диодном мосте VD2, стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, стабилитроне VD4 и конденсаторе С5, компараторы на логических элементах DD1.1- DD1.3, D-триггер на микросхеме DD2, электронные ключи на оптроне U1 и транзисторе VT1.
Подключают приставку к электромеханическим часам в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2. При этом в часы добавляют оксидный конденсатор С1.
Работает приставка так. После подключения ее к часам и телефонной линии в течение нескольких секунд конденсаторы С2 и C3 зарядятся: С2 - через резистор R5 до высокого логического уровня, а C3 - через стабилитрон VD3 и резистор R4. На выходе элемента DD1.2 будет высокий логический уровень, а на выходе триггера - низкий. Транзистор закрыт, часы обесточены.
Если снять телефонную трубку, напряжение в линии уменьшится, стабилитрон VD3 закроется. Напряжение на конденсаторе C3 за несколько секунд уменьшится до низкого уровня, а на С2 практически не изменится. На выходе элемента DD1.2 появится низкий логический уровень, а через доли секунды высокий уровень установится на выходе элемента DD1.3. Это приведет к появлению такого же уровня на выходе триггера, а значит, к открыванию транзистора. Часы начнут отсчет времени.
Если трубку положить на аппарат, напряжение в линии увеличится. Через несколько секунд конденсатор C3 зарядится, на выходе элемента DD1.2 появится высокий уровень. Триггер обнулится, транзистор закроется, часы остановятся.
Когда поступят вызывные сигналы, через излучающий диод оптопары будет протекать переменный ток, начнет открываться фототранзистор, а конденсатор С2 - быстро разряжаться. Во время промежутков между вызывными сигналами он зарядиться не успеет. Поэтому если снять трубку, через несколько секунд на выходе элемента DD1.3 появится высокий уровень, а на выходе триггера - низкий. Транзистор останется закрытым, часы отсчет времени не начнут.
Кроме указанных на схеме, в приставке допустимо использовать оптопары АОТ110Б-АОТ110Г, АОТ122А- АОТ122Г, АОТ127А-АОТ127В; транзистор - КП302А или КП302Б; диод VD1 - любой выпрямительный маломощный; диодный мост VD2 - КД906Г, КД407А либо составленный из четырех диодов КД102А, КД102Б или аналогичных; стабилитрон VD3 - КС515А, VD4 - КС482А, КС510А, КС191Ж. Конденсатор С1 - серий К73, С2, C3, С5 - К52, К53 или аналогичные с малым током утечки, С4 - КМ. Резисторы - МЛТ, С2-33.
Детали монтируют на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Плату размещают в корпусе из изоляционного материала.
Налаживание устройства сводится к подбору конденсаторов С2 и C3. Емкость конденсатора С2 должна быть такой, чтобы после серии вызывных сигналов при снятии трубки часы не включались. Возможно, для получения такого результата придется установить конденсатор С1 большей емкости. Конденсатор C3 нужно подобрать такой емкости, при которой через 1...2 с после снятия трубки на часовой механизм поступит напряжение питания.
Следует добавить, что в устройстве должны быть использованы такие электромеханические или кварцевые часы с механическим циферблатом, которые начинают отсчет времени сразу после подачи напряжения питания.
Автор: И.Нечаев
- Автор: Super User
Часы Фишера на базе компьютера
Среди радиолюбителей немало шахматистов. Многие из них самостоятельно собирают шахматные часы. Однако самодельные приборы нельзя применять на более-менее серьезных соревнованиях, в основном по причине их несоответствия требованиям ФИДЕ. Подобная ситуация объясняется не столько сложностью реализации необходимых алгоритмов учета времени с помощью устройств на логических микросхемах малой и средней степени интеграции, сколько неосведомленностью разработчиков о разновидностях шахматных часов и предъявляемых к ним требованиям. Чтобы ликвидировать этот пробел, в начале предлагаемой статьи рассказано об истории шахматных часов, их классификации и режимах работы.
Учитывая, что сегодня в каждом офисе, а у многих и дома имеются компьютеры, автор предлагает читателям разработанную им программу, реализующую все требуемые от электронных шахматных часов (ЭШЧ) функции с наглядным отображением ситуации на экране, и рассказывает о конструкции необходимой для этого простой приставки к компьютеру.
Неотъемлемый атрибут шахматных турниров и матчей - часы. Самые древние были песочными, их заменили механические, электрические и, наконец, электронные. Современные ЭШЧ нередко называют "часами Фишера". Чтобы разобраться в причинах появления этого названия, обратимся к истории.
Когда-то в шахматы играли без контроля времени. Случалось, игрок, попав в заведомо проигрышное положение, брал соперника "на измор". Партии тянулись много часов подряд, сутками. Корифеи умудрялись думать над отдельными ходами по несколько часов. Каплей, переполнившей чашу терпения, стал случай на международном турнире 1851 г. Судья партии Вильяме-Маклоу сделал историческую запись: "Партия не закончена, оба противника уснули...".
Через два года в матче Гарвиц-Левенталь впервые соперников ограничили во времени, дав по 10 мин на обдумывание каждого хода. Часы были песочные, у каждого соперника свои. За превышение лимита времени взыскивали денежный штраф. В 1866 г. в матче Андерсен-Стейниц песочные часы заменили механическими, правда, пока не специальными шахматными, а обычными.
Шахматные часы с двумя циферблатами изобрел в 1883 г. англичанин Томас Брайт Уилсон. Их конструкция была еще далека от современной, но позволяла при остановке одного часового механизма запускать другой. Год спустя Амандус Шируотер получил патент на промышленное производство шахматных часов. В 1886 г. их уже можно было приобрести в магазинах Ливерпуля. С 1899 г. в шахматных часах появился "флажок", показывающий, что до истечения лимита времени осталось менее трех минут. Идею предложил Д. Б. Мейер. На рис. 1 показана одна из ранних моделей шахматных часов фирмы Ferranti.
Прототип нынешних механических шахматных часов появился в 1900 г. благодаря усовершенствованиям Веенхоффа. Примерно в то же время американец Генри Уоррен изобрел электрические часы. Их шахматный вариант появился в продаже в середине 20-х годов прошлого века (рис. 2).
Первые в мире ЭШЧ были изготовлены в Киеве в 1964 г. Алгоритм их работы ничем не отличался от классических турнирных. В течение длительного времени ЭШЧ совершенствовали лишь в связи с технологическими достижениями электроники: на смену транзисторам пришли микросхемы, вакуумным и газоразрядным индикаторам - светодиодные и жидкокристаллические. Свою лепту внесли и радиолюбители. Описания нескольких вариантов самодельных ЭШЧ можно найти в [1-3], а в [4] приведена схема приставки превращающей в шахматные часы обычный микрокалькулятор.
Но в начале 90-х годов прошлого века спокойное течение событий нарушил американский гроссмейстер Роберт Джеймс Фишер - одиннадцатый чемпион мира по шахматам. Выйдя из длительного затворничества, он в очередной раз удивил всех, предложив играть в "шахматы Фишера" по "часам Фишера".
Для справки: "случайные шахматы Фишера" (Fischer Random Chess) отличаются тем, что выстроенные, как обычно, в исходном положении фигуры перед началом игры по жребию меняют местами. В результате конь вполне может оказаться на месте ферзя, ладья - на месте слона и т. п. Вместо одного единственного получается 960 варианбавочными секундами за каждый сделанный ход. Если, обдумывая очередной ход, постоянно укладываться в эту премию, "флажок" на часах никогда не упадет. Более того, запас времени может возрасти. Опытный шахматист в таких условиях доведет любую теоретически выигрышную позицию до победы.
Свои часы Р. Фишер запатентовал [5]. В отличие от "случайных шахмат", они получили поддержку ФИДЕ. Новый способ контроля времени впервые был применен на практике в матче Фишер-Спасский (1992 г.). А с 1999 г. "Официальные часы ФИДЕ" (Official FIDE Digital Chess Timer, рис. 3) в режиме "часов Фишера" используют в командных шахматных чемпионатах Европы и мира. В официальных часах предусмотрены и другие, не менее интересные режимы. Всего их 12, ниже рассмотрены основные.
Отсрочка времени ("часы с задержкой", Andante) - после каждого сделанного одним из соперников хода отсчет времени его противника начинается не сразу, а с задержкой, например, на 5 с. Если за это время игрок успеет сделать ход, его часы не изменят показании Неизрасходованное призовое время не накапливается, поэтому "сверхбыстрая" игра никаких преимуществ не дает. Этот регламент распространен в турнирах, проводимых под эгидой Американской национальной шахматной федерации (USCF).
При нулевой задержке счет времени не отличается от обычных механических шахматных часов. Недостатком "часов с задержкой" считается неизменность их показаний при достаточно быстрой игре. У игроков это невольно ассоциируется с неисправностью механизма часов.
Прибавка времени без накопления ("часы Бронштейна", Adagio) - режим, эквивалентный рассмотренному выше, но время добавляют не до, а после сделанного хода (стрелки передвигают назад). Если новый ход сделан раньше, чем истекла "добавка", прежде чем дать еще одну, показания часов автоматически возвращаются к исходным, без добавок.
Метод был предложен еще в 70-х годах советским гроссмейстером Д. Бронштейном. Психологически "часы Бронштейна" привлекательнее "часов с задержкой", так как их показания постоянно меняются, убеждая шахматистов в исправности механизма.
Прибавка времени с накоплением ("часы Фишера", "часы ФИДЕ", bonus, progressive) - алгоритм, подобный "часам Бронштейна", но неиспользованное призовое время накапливается. Запас времени после каждого хода возрастает на установленное число секунд независимо от того, сколько игрок думал над этим ходом. Серией "сверхбыстрых" ходов можно накопить достаточно времени для продолжительного анализа позиции. Хорошо это или плохо - теоретики шахмат спорят по сей день.
Вспомогательные режимы ("часы для забавы", "песочные часы", "гонг") делают ЭШЧ привлекательными для потребителя. По крайней мере, так считают фирмы-изготовители. Действительно, после серьезной партии можно позволить себе расслабиться и поиграть, например, в режиме, когда время, затраченное на обдумывание хода, автоматически добавляется сопернику.
Еще один вспомогательный режим "гонг" ведет свою родословную с 30-х годов прошлого века, когда практиковали массовые турниры, в которых партии одновременно играли все участники. На обдумывание каждого хода отводили строго фиксированные интервалы времени, сообщая об их истечении всем сразу ударами самого настоящего гонга. Шахматист, пару раз не успевший сделать ход до гонга, считался проигравшим.
Вращать "туда-сюда" стрелки механических часов очень сложно. Поэтому успешно реализовать новые принципы контроля времени удается лишь с помощью электроники. Так с легкой руки Фишера ЭШЧ получили "второе дыхание". В соответствии с действующими правилами ФИДЕ сегодня международные турниры проводят только с применением ЭШЧ. Как правило, первые 40 ходов играют с обычным контролем времени, а далее включают "часы Фишера". Многие национальные шахматные федерации, в том числе российская, ведут планомерную замену механических часов электронными. К сожалению, из-за высокой стоимости "часов ФИДЕ" выполнение этих планов далеко от завершения.
В качестве альтернативы ЭШЧ можно найти в Интернете немало программ, превращающих в шахматные часы персональный компьютер. Из бесплатных наиболее известны [6-8]. Их общие недостатки: только цифровая индикация времени, имитация нажатия кнопок часов с помощью обычной клавиатуры. Ее размещают сбоку от шахматной доски, один игрок пользуется клавишей ESC, другой - ENTER. Практика показывает, что при игре в "блиц" для некоторых особо экспрессивных шахматистов прочность стандартной компьютерной клавиатуры явно недостаточна.
Цифровая индикация времени сильно затрудняет игру в цейтноте. Следить за числом оставшихся секунд боковым зрением, не отвлекаясь от доски, крайне сложно, сразу вспоминается удобный флажок обычных шахматных часов. Поэтому в дополнение к цифровому на экране необходим "аналоговый" индикатор. Например, такой, как в программе [9], в исходном состоянии которой на экране монитора видны два зеленых круга-циферблата. По мере расходования времени каждым игроком на циферблатах растут окрашенные в синий цвет секторы. Игра заканчивается, когда один иэ циферблатов станет синим полностью.
Если взять за основу подобный способ индикации, добавив к нему и цифровой, предусмотреть современные режимы учета времени, возможность управления с помощью дополнительных достаточно прочных и удобных кнопок, получатся ЭШЧ, не уступающие официальным.
На рис. 4 и рис. 5 показаны простейшие схемы, по которым две внешние кнопки (по одной для каждого соперника) могут быть подключены к компьютеру - соответственно к разъемам LPT- или СОМ-порта. Через замкнувшиеся при нажатии контакты кнопок SB1 и SB2 потечет ток 2...5 мА. Такое значение можно считать оптимальным. При большем контакты быстро обгорят, при меньшем растет вероятность ненадежного срабатывания по причине нестабильности контактного сопротивления.
Кнопки можно разместить как в общем, так и в двух отдельных корпусах при длине соединительных проводов до нескольких метров. Один из вариантов - воспользоваться двумя компьютерными "мышами", даже неисправными. В каждой из них соединяют параллельно контакты всех имеющихся клавиш, что позволяет нажимать "не глядя" любую. Остальная "начинка" не используется. Чтобы конструкция была механически устойчивой, удаляют обрезиненный шар. Недостаток один - "не шахматный" способ нажатия кнопок (хотя кто-нибудь именно это сочтет преимуществом).
На рис. 6 приведена схема более сложного блока выносных кнопок (БВК). Его детали размещены внутри стандартных шахматных часов "Янтарь", часовые и кнопочный механизмы которых не подвергают никаким переделкам. Это стало возможным благодаря применению бесконтактных оптических датчиков положения уже имеющихся в часах кнопок. Датчики состоят из излучающих диодов BI1, BI2 и сдвоенных фототранэисторов BL1, BL2.
Розетку XS1 БВК можно соединять как с параллельным, так и последовательным портом компьютера. Достаточно изготовить соответствующий кабель по схемам, изображенным на рис. 7 (к порту LPT) или на рис. 8 (к порту СОМ).
Показанные на рис. 5 и 8 розетки XS1 (DB-9F) стыкуются с установленными в современных компьютерах вилками DB-9M порта СОМ1. Порт COM2 обычно снабжен вилкой DB-25M, назначение контактов которого несколько иное. Большим разнообразием отличаются разъемы последовательных и параллельных портов компьютеров устаревших типов, в основном производства СССР. ГДР и ПНР. Во всех подобных случаях БВК придется соединять с разъемом компьютера, ориентируясь на приведенные на рисунках названия линий портов.
Вернемся к рис. 6. Ток через излучающие светодиоды ВИ и BI2 задан резисторами R1 и R4 (при подключении к LPT) или R1-R4 (при подключении к СОМ). Излучатели и соответствующие им фотоприемники (BL1, BL2) расположены таким образом, что оптическую связь между ними прерывает, находясь в соответствующем положении, коромысло кнопочного механизма шахматных часов. Например, при нажатой правой кнопке должна отсутствовать связь ВI1-BL1, фототранзисторы сборки BL1 должны быть закрыты. Когда нажаты обе кнопки (полная остановка часов), освещены и открыты фототранзисторы обеих сборок (BL1 и BL2).
Эксперименты показали, что сигналы оптических датчиков достигают достаточной для непосредственной подачи на входы портов компьютера амплитуды лишь при очень маленьком расстоянии между излучателями и фотоприемниками. Поэтому в БВК предусмотрены усилители-инверторы сигналов датчиков - транзисторы VT1 и VT2. Их коллекторными нагрузками при подключении к СОМ-порту служат резисторы R7 и R8. Для работы с LPT-портом нагрузочные резисторы не требуются. Диод VD1 - защитный, на случай переполюсовки напряжения на линиях RTS и DTR СОМ-порта.
БВК собран на плате из стеклотекстолита размерами 95x15x1 мм. Как показано на рис. 9, эта плата (4) приклеена изнутри к верхней стенке корпуса часов "Янтарь". Все детали и печатные проводники находятся на свободной стороне платы. У ее противоположных концов на расстоянии приблизительно 85 мм друг от друга и вблизи соответствующих кнопок 2 расположены оптические датчики 3. Расстояние между излучающим диодом и работающей совместно с ним фототранзисторной сборкой - 6...8 мм. Другие элементы БВК установлены на плате таким образом, чтобы не мешать ходу коромысла 1.
Розетка XS1 укреплена на съемной задней стенке корпуса часов и соединена с платой 4 жгутом проводов 5. Из-за недостатка места на плате диод VD1 и резисторы R1, R4 припаяны непосредственно к контактам розетки. В БВК, рассчитанный на подключение только к порту LPT, Диод VD1 и резисторы R2, R3, R7, R8 можно не устанавливать.
Элементы оптических датчиков - излучающие диоды и фототранзисторы - извлечены из компьютерных "мышей" Genius Easy Mouse. При замене их аналогичными приборами от "мышей" других типов, возможно, потребуется подобрать номиналы резисторов: R1-R4, чтобы установить ток 4...8 мА через излучающие диоды, и R5, R6, чтобы добиться надежного срабатывания датчиков.
Диод VD1 и транзисторы VT1, VT2 - любые малогабаритные. Все резисторы - МЛТ-0,125. Розетку DB-9F можно заменить на СНП101-9Г или другую, подходящую по числу контактов и габаритам, изменив соответственно кабельные вилки ХР1 (см. рис. 7 и 8).
Совместно с любым из описанных кнопочных пультов или с БВК работает программа "Электронные шахматные часы". Для интересующихся подробностями алгоритма ее работы там же имеется исходный текст на языке С.
Программа разработана для операционной системы MS DOS и видеоадаптера VGA (640x480 пике), что позволяет запускать ее на самых "древних" компьютерах, нередко пылящихся без дела в кладовках. Возможна работа под Windows в режиме эмуляции DOS.
Сразу после запуска следует сообщить программе способ управления часами (кнопки, оптические датчики, клавиши ESC и ENTER на клавиатуре компьютера), к какому из портов подключены кнопки или БВК (LPT1, LPT2, СОМ1, COM2) и выбрать режим контроля времени (часы с задержкой, "часы Бронштейна", "часы Фишера", песочные часы). Остается задать время, отведенное каждому игроку на всю партию, и указать величину задержки или прибавки времени. Все действия по установке режимов компьютер сопровождает подсказками. Основной экран программы, показанный на рис. 10, содержит два круглых циферблата.
Отсчет времени ведется как аналоговым (израсходованное время - сектора белого и желтого цветов, оставшееся - фиолетовые сектора), так и цифровым способами. На табло в верхней части экрана выведено текущее время - показания внутренних часов компьютера. Клавишей 5 шахматные часы можно временно остановить и запустить вновь. Клавишей 7 можно откорректировать значения счетчика ходов любого игрока (выведены по нижним углам экрана). Это может потребоваться, если кнопка часов нажата ошибочно.
Как только в запасе у игрока остается менее 1 мин времени, в нижней части экрана под его циферблатом появляется белая полоса "последней мили", постепенно заполняющаяся синим цветом. Именно по ней ориентируются в цейтноте.
В соответствии с правилами ФИДЕ истечение времени обозначается остановкой хода часов обоих соперников, звуковым сигналом и надписью СТОП на экране. Устранена присущая игре с механическими часами невозможность определить победителя при почти одновременно упавших "флажках", когда вне зависимости от позиции на доске судьи фиксируют ничью.
ЭШЧ на базе компьютера можно применять и в других играх: шашках, спортивном бридже, го, рэндзю.
Литература
Автор: С.Рюмик, г.Чернигов, Украина
- Автор: Super User
Часы на светодиодных индикаторах КЛЦ202А
Настольные часы, о которых рассказывает эта статья, отличаются от многих аналогичных конструкций тем, что в них применены не люминесцентные, а крупногабаритные светодиодные индикаторы. Будильник в этих часах издает двухтональный сигнал с регулируемым временем звучания и имеет индикатор включенного состояния. Кроме того, конструкция обеспечивает гашение незначащего нуля на табло часов и резервирование питания часовых микросхем.
Принципиальная схема часов приведена на рис. 1. Для отображения времени в них использованы четыре крупногабаритных светодиодных индикатора с общим анодом. В экспериментах применялись КЛЦ202А, КЛЦ202В, КЛЦ402Б с h = 18 мм и КИПЦ04А с h = 25 мм. Основу самих часов составляют интегральные схемы К176ИЕ12 и К176ИЕ13, описанные в [1, 2]. Элементы DD1, ZQ1, R1, R2, С1 - C3 образуют генератор с делителем частоты, a DD2, VD3 - VD5, R5, С4 - основной счетчик с элементами управления. Включение этих микросхем типовое. В качестве катодного дешифратора применена ТТЛ микросхема К514ИД2, питающаяся от цепи +Uпит через балластный резистор R9. Такое включение несколько некорректно, поскольку входные напряжения для К514ИД2 превышают в этом случае допустимые. Но это имеет и свое преимущество - из часов удалось удалить катодные ключи (семь транзисторов с базовыми резисторами).
(нажмите для увеличения)
Анодные ключи выполнены на транзисторах VT3 - VT10. Устройство гашения незначащего нуля максимально упрощено и содержит всего три элемента - VD7, VD8, R17. Его действие основано на фиксации зажигания сегмента f, который является отличительным признаком цифры 0 по отношению к цифрам 1 и 2. При появлении на выходе f дешифратора низкого логического уровня (менее 1 В) диод VD8 открывается и шунтирует базовый ток транзистора VT9. Ключ на транзисторах VT9. VT10 закрывается и гасит индикатор десятков часов. В качестве разделительных точек циферблата используются одиночные светодиоды HL1 и HL2, мигающие в такт секундным импульсам.
Узел отключения индикации содержит тиристор VS1 и транзистор VT2. В рабочем режиме VS1 удерживается в открытом состоянии проходящим через него током питания микросхемы DD3, величина которого находится в пределах 30...40 мА. При отключении сетевого питания VS1 закрывается, микросхема DD3 от питания отключается и индикаторы гаснут. При дальнейшем включении питания тиристор VS1 остается закрытым и цифры не зажигаются, хотя разделительные точки мигают. Это привлекает внимание пользователя и напоминает ему о том, что после включения часов их показания надо сверить по другим часам (ведь неизвестно, какой длительности был перебой в питании). Включается же индикация нажатием кнопки SB3 ("Б"), при этом импульсы частотой 128 Гц, появившиеся на базе транзистора VT2, усиливаются им по току и открывают тиристор VS1.
Будильник выполнен на микросхемах DD4 и DD5 и работает следующим образом. Импульсы с выхода HS микросхемы К176ИЕ13 детектируются цепью VD9R18C6, и отрицательный перепад напряжения с выхода элемента DD5.1 через цепочку R19C7 запускает ждущий мультивибратор на элементах DD4.4 и DD5.2. В результате включается генератор на элементах DD5.3, DD5.4 и его противофазные выходные сигналы управляют работой коммутатора на элементах DD4.1 - DD4.3. В итоге на базу выходного транзистора проходит либо сигнал частоты 512 Гц (с выв. 1 микросхемы DD4), либо 1024 Гц (с выв. 5 микросхемы DD4). Таким образом формируется двухтональный сигнал, прерываемый импульсами частотой 1 Гц, поступающими через резистор R24. Частота переключения коммутатора определяется параметрами элементов R23, С9, а время звучания сигнала - элементами R21, С8.
При указанных на схеме номиналах элементов эту длительность можно изменять от 0 до 60 с. Кнопка SB5 выполняет функции выключателя будильника, а светодиод HL3 - индикатора его включенного состояния. Диод VD10 блокирует выдачу звукового сигнала при ложном срабатывании ждущего мультивибратора не в установленное время (например, под действием помех).
Источник питания часов состоит из трансформатора T1, выпрямителя - VD13C10, и стабилизатора напряжения на элементах VT12, VD14, R28 (рис. 2). Его выходное напряжение около 8,5 В. В случае перебоя сетевого питания микросхемы DD1, DD2 получают подпитку от конденсатора С5, за счет чего поддерживается ход часов еще в течение некоторого времени (естественно, без индикации времени). Ряд элементов часов в этом режиме устраняет утечки с выходов работающих микросхем в отключенную часть часового устройства.
Так, диод VD12 препятствует утечке тока через выв. 5 микросхемы DD4. Эмиттерный переход транзистора VT1 закрывается диодом VD1, а выходы микросхемы К176ИЕ13 переводятся в высокоомное состояние низким логическим уровнем на входе V. Резистор R24 большого сопротивления уменьшает утечку через выв. 8 и 12 микросхемы DD5. Все эти меры позволяют эффективно использовать энергию заряженного конденсатора С5. Емкость же последнего выбирают, исходя из ожидаемой длительности перебоев питания. Экспериментально при Uпит = 9 В получены такие значения времени сохранения хода при следующих емкостях конденсатора С5:
- 1000 мк х 16 В (К50-16) - 5 мин;
- 2200 мк х 25 В (К50-35) - более 10 мин;
- 6800 мк х 10 В (PHILIPS) - более 1 ч.
При более длительных перебоях в питании применение обычного конденсатора становится нерациональным, лучшие результаты удается получить при использовании ионистора или аккумуляторной батареи. Конденсатор емкостью 1 Ф х 6,3 В поддерживает ход не более 20 ч (схема включения С5 в этом случае должна быть изменена в соответствии с рис. 3), а батарея из четырех элементов Д - 0,26 Д - более четырех суток. В последнем варианте часы полезно дополнить устройством автоматической подзарядки аккумуляторов.
Разумеется, все приведенные способы питания не исключают классического решения - применения батареи "Крона" или ей подобной.
Основные узлы часов собраны на печатной плате размерами 120x70 мм. При монтаже были использованы постоянные резисторы: КИМ (R1) (он может быть заменен 2 - 3 резисторами МЛТ) и МЛТ (остальные), переменный резистор - СПЗ - 9а (R21). Все оксидные конденсаторы - К50 - 16, К50 - 33 или импортные аналоги, С1 - КТ4 - 25, остальные - керамические К10 - 7 или КМ. Конденсаторы С11 - С13 напаиваются непосредственно на выводы питания микросхем DD1, DD2, DD4. В качестве транзистора VT12 можно использовать КТ815, КТ817; а транзисторов VT4, VT6, VT8, VT10 - КТ208, КТ209, КТ313; остальные - КТ315, КТ3102, КТ503 с любыми буквенными индексами. На транзисторе VT12 закреплен теплоотвод в виде алюминиевой пластины размером 15x25 мм. Стабилитрон VD14 - любой малогабаритный, напряжением стабилизации 9...10 В при токе стабилизации не менее 20 мА (Д814Б1, Д814В1, Д818 (А - Е и др). Диоды VD1 - VD12 - любые малогабаритные кремниевые. Тиристор подойдет из серии КУ101. Светодиоды HL1 и HL2 выбирают одного цвета с цифровыми индикаторами (и желательно одного оттенка). Светодиод HL3 со свечением любого цвета. Использован кварцевый резонатор в цилиндрическом корпусе от наручных часов. Динамическая головка - любая мощностью 0,5 или 0,25 Вт с сопротивлением звуковой катушки 50 Ом. Возможно и применение телефонных капсюлей ТА - 4 (65 Ом) и ТК - НТ - 67. Переключатели SB1 - SB5 - П2К, все они смонтированы на общей планке, причем кнопки SB1 - SB4 без фиксации, a SB5 с возвратом повторным нажатием. В качестве трансформатора Т1 использован ТП8 - 8 с гасящим резистором в цепи вторичной обмотки (МЛТ - 1 сопротивлением 24 Ом). Вообще, подойдет любой малогабаритный трансформатор с напряжением вторичной обмотки 10,5...11,5 В при токе нагрузки 200...250 мА (превышение этого напряжения нежелательно из-за ухудшения теплового режима в корпусе часов).
На месте микросхем DD4 и DD5 могут работать аналогичные из серии К561. Дешифратор DD3 - К514ИД2 в корпусе с пленарным расположением выводов. Возможна его замена на более доступную микросхему КР514ИД2 в пластмассовом корпусе. На принципиальной схеме (см. рис. 1) нумерация всех выводов для этой микросхемы указана в скобках.
Настройка часов производится в такой последовательности. Вначале часы нужно включить в сеть и убедиться, что при нажатии кнопки SB3 ("Б") устойчиво включается индикация. Если этого не происходит, необходим подбор тиристора или замена транзистора VT12 на другой с большим коэффициентом усиления.
После этого подбором резистора R4 нужно установить желаемую яркость мигающих разделительных точек (HL1 и HL2).
Затем следует настроить будильник. Для этого отключить диоды VD10 и VD11 и проверить работу ждущего мультивибратора, подавая уровень логического нуля на выв. 12 микросхемы DD4. При этом на выв. 4 микросхемы DD5 должен формироваться отрицательный импульс с длительностью, зависящей от положения движка резистора R21. Далее подбором элементов R23 и С9 нужно установить частоту переключения коммутатора (в пределах 6...12 Гц) по наиболее приятному звучанию будильника, а подбором резистора R27 - яркость свечения индикатора HL3. После этого следует возвратить диоды VD10 и VD11 на свое место. Если длительность звучания сигнала будильника изменять не обязательно, переменный резистор R21 можно заменить соответствующим постоянным.
На следующем этапе настраивают кварцевый генератор, используя электронно-счетный частотомер (и часы, и частотомер перед измерением необходимо прогреть в течение 1 ч). Сначала ротор конденсатора С1 нужно поставить в среднее положение и подбором конденсаторов С2 и C3 установить частоту генерации, близкую к 32768 Гц, проконтролировав ее на выв. 14 микросхемы DD1. Затем вращением ротора С1 добиваются точного значения частоты 32768,0 Гц. Более точная настройка возможна при измерении периода колебаний на выв. 4 микросхемы DD1 (1 с) с дискретностью 0,1 мкс.
В заключение подбором резистора R9 следует установить на выв. 16 микросхемы DD3 напряжение в пределах 4,75...5,25 В (конечно, при включенной индикации).
А теперь несколько слов о возможной доработке часов. В описанной конструкции использовались, как уже отмечалось, четыре типа индикаторов, но по-настоящему хорошее свечение способны обеспечить лишь приборы КЛЦ202В. Увы, беда многих отечественных индикаторов, особенно крупных, - большая неравномерность свечения как внутри сегмента, так и между соседними сегментами, а также значительный разброс по яркости даже при рабочих токах, близких к максимальным. Одно из решений этой проблемы - применение зарубежных индикаторов с общим анодом (одиночных или сдвоенных), а также специальных часовых четырехразрядных сборок. Принципиально важно для данной схемы наличие отдельного вывода анода от каждого разряда, а для четырехразрядных сборок - еще и возможность отображения времени в 24 - часовом формате.
Еще один пример доработки часов - введение электронного выключателя будильника (рис. 4). При этом из старой конструкции удаляют переключатель с фиксацией, в результате чего все управление можно вести малогабаритными кнопками (ПКн - 150 - 1 или им подобными). Будильник включается любой из кнопок SB1 - SB3 ("Б", "Ч", "М"), а выключается отдельной кнопкой SB1 ' ("В"), установленной вместо SB5. После перебоя сетевого питания будильник включается принудительно. (На рис. 4 вновь введенные элементы имеют нумерацию со штрихом.)
Следует отметить один недостаток, свойственный таким часам, - пониженная контрастность при сильной внешней засветке. По этой причине часы желательно располагать в затемненной части комнаты, не допуская попадания на них прямых солнечных лучей.
Некорректность согласования выходов микросхемы DD2 со входами DD3 желательно устранить. Для этого между микросхемами следует установить пять эмиттерных повторителей на любых кремниевых маломощных p-n-p транзисторах, например КТ361. Базы транзисторов надо подключить к выходам DD2, эмиттеры - к соответствующим входам DD3, коллекторы - к общему проводу.
Литература
Автор: Д.Никишин, г.Калуга
- Автор: Super User
Устройство для плавного пуска питания
Очень часто аппаратура выходит из строя в момент ее включения в сеть. Происходит это из-за импульсных бросков тока в блоке питания с мощным сетевым трансформатором и сглаживающими конденсаторами большой емкости. Присуще это явление и импульсным блокам питания.
Обычный метод снижения бросков тока - установка мощных низкоомных резисторов на входе блока питания, которые затем шунтируются контактами реле. Но такая схема плохо защищает при периодическом пропадании сетевого напряжения, поскольку имеет медленный самовозврат.
Предлагаемое устройство (рис.1) обеспечивает надежную защиту аппаратуры и может включаться на входе любого источника питания. Питается оно от сети переменного тока (от одной из фаз при трехфазном включении защищаемого устройства). Выпрямитель VD1 подключен через балластный конденсатор С1, емкостное сопротивление которого ограничивает величину потребляемого тока. Резистор R2 разряжает конденсатор С1 после отключения сетевого напряжения, а резистор R1 ограничивает начальный ток С1 (в момент включения).
Если необходимо питать устройство от другого напряжения, нужно пересчитать емкость С1.
Стабилитрон VD2 ограничивает напряжение питания на уровне 15 В. Цепочка R5-C4-VD4 служит для установки RS-триггера на элементах DD1.2, DD1.3 в исходное состояние при подаче питания (диод VD4 быстро разряжает С4 при пропадании сети). В момент включения устройства на входе 8 DD1.2 - низкий уровень.
Для логического элемента 2И-НЕ этот уровень - переключающий. Особенностью RS-триггера является то, что он срабатывает от первого нулевого импульса, а на остальные не реагирует.
Интегрирующая цепь R3-C3-VD3 создает временную задержку при включении (около 3 с). Заряд конденсатора С3 идет от выпрямителя VD1 через резистор R3 (диод VD3 быстро разряжает С3 в случае пропадания сетевого напряжения). В исходный момент на входе 8 DD1.2 - низкий уровень, а на входе 13 DD1.3 - высокий. При таком состоянии входных сигналов RS-триггера на выходе 11 DD1.3 - низкий уровень, и транзистор VT1 закрыт. Микросхема DA1 обесточена, симистор VS1 выключен, и последовательно с нагрузкой Rн подключен токоограничивающий резистор R10. После зарядки конденсатора С4 на выводе 8 DD1.2 устанавливается высокий уровень. Единичные сигналы на обоих входах RS-тригера соответствуют режиму хранения информации.
Через 3 с на входе 13 DD1.3 появляется "0", триггер переворачивается и подает высокий уровень на транзистор VT1. Транзистор открывается и включает светодиод микросхемы DA1. Микросхема состоит из инфракрасного излучающего диода, оптически связанного с детектором двустороннего перехода напряжения через ноль, и с симисторной выходной схемой. Выходная схема DA1 открывает симистор VS1 (импульсный выходной ток микросхемы может достигать 1 А, но этот выход нельзя нагружать постоянной нагрузкой).
Тиристор VS1 открывается, шунтирует ограничительный резистор R10, и полное напряжение сети поступает на нагрузку.
В случае пропадания сети конденсатор С4 разряжается через VD4, на входе 8 DD1.2 формируется низкий уровень, и триггер возвращается в первоначальное состояние, т.е. на транзистор VT1 подается низкий уровень.
Транзистор закрывается, отключает симистор VS1, и в цепь нагрузки включается ограничивающий резистор R10. При появлении сети и истечении времени выдержки (3 с) триггер переключается, и включившийся симистор шунтирует ограничивающий резистор.
Временную задержку можно корректировать изменением номиналов цепочки R3-C3.
Устройство выполнено на печатной плате размерами 91x41 мм (рис.2).
Сопротивление резистора R10 подбирается исходя из максимально допустимого тока защищаемого устройства.
Симистор VS1 выбирают по величине необходимого рабочего тока. Следует учитывать, что токи, коммутируемые симисторами, зависят от температуры.
Поэтому симисторы необходимо устанавливать на радиаторы. К одному выходу микросхемы DA1 можно подключить только один симистор.
При проверке устройства сетевое напряжение изменялось в диапазоне от 120 до 270 В. Если такой широкий диапазон не нужен, емкость конденсатора С1 можно уменьшить вдвое.
Автор: В.Калашник, г.Воронеж
- Автор: Super User