專利名稱：全集成自動時間控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于可編程自動化控制設備，它以絕對時標為時間基準，通過時間地址信息的編譯，借助靜態(tài)隨機存貯器實現(xiàn)用戶控制程序的存取，經(jīng)由隨動機構對所接外部設備進行自動控制。
現(xiàn)有的時間順序控制器主要有兩大類，一是建立在硬件邏輯上的時序控制，用戶不可編程控制，應用場合專一，功能單調，控制時序改變需修改硬接線；第二是軟件可編程時序控制，這又分(1)工業(yè)用單片微機型時控裝置，使用專用單片機匯編語言編程，需由專業(yè)人員才能使用，且造價高，操作復雜，多用于機床，機電等工業(yè)設備控制，不適合通用要求與家庭化普及；(2)普通電子時控器，由計時器，譯碼器，顯示器，存貯器，驅動器等部分組成，但目前已出現(xiàn)的技術普遍存在1.控制能力弱，周期短，精度差，可編程點少，2.分列計時器，時間譯碼器，時間顯示器，電路繁雜，集成化程度低，實現(xiàn)復雜、成本增高；3.使用顯示驅動筆段信號直接作程序地址信息，冗余度大，存貯器利用率低，且常用PMOS／TTL電平轉換電路復雜；4.對外設的驅動是觸點控制方式，壽命短，可靠性差，驅動能力易受限制；5.編程操作復雜，不易大眾化；6.專用數(shù)字鐘IC配獨立程序地址計數(shù)器，存在掉電后“控制失步”的實用隱患。
鑒于上述現(xiàn)行技術存在問題，本實用新型的目的是在下述諸方面作創(chuàng)新性設計與實質性的更新提高(1)時間基準部分(計時器)，增加計時與顯示的功能與時間范圍(雙星期)。
(2)程序時間地址編譯碼器與電平轉換器，壓縮地址信息，提高存貯器利用率。
(3)程序邏輯輸出隨動機構與驅動方式的更新設計。
(4)改態(tài)CTRL信號的引入與其有關操作控制模塊。
這些新型設計整體上使本實用新型具有功能／成本比高，工程實現(xiàn)簡化，可靠度提高，實用操作方便，擴展升檔余地大，控制周期長，精度高，節(jié)能節(jié)材等比現(xiàn)有技術各方面均有不同程度的實質創(chuàng)新的特點，客觀適于通用型自動化程控設備的應用要求。
全集成自動時間程控裝置有4塊電路板插入具有前、后面板的機箱中。4塊電路板的主要電路由六大部分組成，有數(shù)字鐘部分(01)，雙星期指示器(02)、程序存貯體部分(03)其中包括有地址編譯碼器，程序存貯體。I／O控制與隨動(04)、電源部分(05)，單元電路(06)其中包括有電路A.CTRL改態(tài)控制信號、B.秒點顯示控制、C.日進位脈沖控制電路，D.正點報鳴電路。在機箱的前面板上裝有數(shù)字鐘時間顯示屏(1)、功能選擇開關(3)、時分雙向調定(4)，發(fā)光二極管(8)，工作指示(21)編程開關(22)，應急手控(23)、程序寫入(24)。在機箱的后面板上裝有第一路輸出插座(25)、第二路輸出插座(26)，第三路輸出插座(27)、第四路輸出插座(28)、睡眠／定時輸出插座(29)、第一路電壓調節(jié)(30)，保護電源輸入(31)。
下面詳細介紹各部分電路數(shù)字鐘部分(01)此部分的關鍵元件為MK50366N／PMOS大規(guī)模數(shù)字鐘集成塊(2)，為40腳雙列封裝，四位LED紅色發(fā)光二極管數(shù)字時間顯示屏(1)采用TOSHIBA－C，TVC－2－HB／AE。時鐘集成塊(2)與數(shù)字鐘時間顯示屏(1)連接，如

圖1所示此部分工程安裝分別在A，B板上。
雙星期指示器(02)原理參見圖2。兩片74LS74接成串行七進制計數(shù)器(5)計數(shù)脈沖(日進位脈沖)由數(shù)字鐘集成塊“PM”輸出端(38腳)引入。第四個D觸發(fā)器接成T′觸發(fā)器工作方式，記憶單／雙周。
星期譯碼器(6)由一片74LS138構成。反相器(7)由74LS04構成。y0～y6各接星期日至星期六顯示點，y7作星期歸零(周進位)脈沖，反饋到星期計數(shù)器(5)CLR端，并兼作單／雙周觸發(fā)器的翻轉脈沖。
星期顯示器使用園形三色發(fā)光二極管(8)2EF302型，C端共陰，G與R端各接y0～y6與y0～y6(星期日位的G端直接置高電平)，顯示效果為當前星期位發(fā)紅光，其余五個星期位發(fā)綠光，星期日位發(fā)橙光。最左端指示燈亮／暗分別指示單／雙周。星期指示器工程安裝分別在A，C板上。
程序存貯體部分(03)①地址編碼譯碼器(9)及電平轉換器(10)為了可靠地實現(xiàn)數(shù)字鐘與程序準確的同步運行，以通用起見，從原有數(shù)字鐘集成塊筆段驅動極直接引出筆段信息經(jīng)此地址編譯器換轉成為存貯體地址信息驅動程序。此方案免去了專用的時基發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、譯碼器與驅動器，使用現(xiàn)成的通用時鐘集成塊即可得異曲同工的效果。電路既簡潔又可靠，同時也徹底避免了“失步”的問題。將4位7段碼信息轉換為程序體地址信息，就是此地址編譯碼器的任務。
圖3，為地址編譯碼器邏輯原理圖。電平轉換器(10)的作用是將時鐘集成塊(2)PMOS的筆段驅動電平轉換成TTL電路的邏輯電平，實現(xiàn)電平匹配。其單線電路如圖4。
②程序存貯體(12)編碼結果為使本裝置能在雙周內以每5分鐘為一編程單位施行控制共引入12根地址線，故此程序存貯體(12)設計為4K×4W容量。使用4片M2114SRAM為主存，附帶一片74LS138片選譯碼器(11)，采用地址全譯碼方式工作，其邏輯原理圖見圖5。
74LS138譯碼器(11)輸入端最高位接應急手控開關，以確定4片M2114片選端CS被選中或無效，從而實現(xiàn)手控，自動兼?zhèn)涔δ堋?br> 其中程序寫入(24)與應急手控(23)開關選擇存貯體(12)的讀寫狀態(tài)與4位編程開關(22)的作用。
I／O控制與隨動(04)圖5中74LS244緩沖器(14)與74LS373鎖存器(13)是兩個關鍵的I／O器件。244緩沖器(14)四個輸入端分別接編程開關(22)，其功能是一作為程序存貯體(12)的寫入設備(當應急手控(23)、程序寫入(24)均為“0”時)，二是作為實時手控開關(此時上述兩開關分別為“1”與“0”)。鎖存器(13)為三態(tài)鎖存門，當CTRL信號無效時輸出直接取樣于輸入，當之低電平有效時，輸出保持CTRL下跳沿前一刻狀態(tài)不再隨輸入端變化，直至CTRL重新被抬高為止。
鎖存器(13)的輸出直接送往隨動機構。如圖6，四只繼電器(17)的觸點控制雙向可控硅(19)。這種用直流小電流控制交流大功率的方法能比較有效，安全地實現(xiàn)交直流分離控制與調試。該裝置四路輸出設計見圖7。其中第一路接成交流調壓工作方式，能實現(xiàn)對所接用電設備進行調光／調溫／調速等操作，適用于電風扇、電熱器、電燙斗、電飯灶、電燈等家用設備的程序控制。同時，第一、二路還設有正／負邏輯選擇開關(18)。一般說來，正邏輯控制適用于常關電器的程控，負邏輯正好相反，注意，使用負邏輯編程時，工作指示(21)亮為休止，暗為工作。
另外，在時控器的第三、四路輸出上設置了“交流電壓／直流開關”(20)的選擇。使用“交流電壓”時，類同第二路正邏輯方式；使用“直流開關”時從三芯插座引出的A.B.C三極分別為動片與常閉／常開觸點，可用于控制直流(或小交流)電路。
圖8所示為第五路專用睡眠／定時輸出，它能控制用電器在最近59分鐘內延時工作的時間。其中控制開關來自圖1所示睡眠端(21腳)所接的繼電器。
隨動部分工程安裝在D板。
電源部分(05)
如圖9，該裝置整機共有三種配電電壓電源。Vcc1，為＋9V，供時鐘部分使用；Vcc2為＋5V，供TTL邏輯部分使用。Vcc3為＋4.5V，為斷電保護電源，供靜態(tài)程序存貯體(M2114)使用。
接在電源變壓器次級的RC電路為50Hz振蕩取樣電路，供作數(shù)字鐘時基標準。因MK50366時鐘集成塊(2)內部設有50Hz穩(wěn)頻與整形電路，故這種取自工頻的時基有較高的精度，不易受電網(wǎng)波動影響，日誤差小于±1秒。
LM7805為三端固定集成穩(wěn)壓塊，使用方便、可靠，由它提供整機TTL邏輯工作電壓。D1為反向灌電流保護二極管，C2，C3用于防止IC自激，D2，D3為定向導向二極管，為RAM提供不間斷電源。此部分工程安裝在D板。
單元電路(06)A.CTRL改態(tài)控制信號由于本裝置的程序地址直接來自數(shù)字鐘顯示屏(1)的筆段信號，而作為多功能選擇的MK50366時鐘集成塊(2)只配用一片公共顯示屏，即當使用數(shù)字鐘其它功能(如秒顯示，日歷顯示)時，屏上的筆段集合將不是所需的程序地址信息，從而會導致錯誤的輸出控制。為防止這一“失步”問題，需要在時鐘改變當前時間顯示狀態(tài)時及時保持當時輸出信息，直至重新恢復當前時顯示狀態(tài)。故而引入了CTRL狀態(tài)指示信號。
CTRL信號取自面板功能選擇開關(3)，即使用雙刀雙擲乒乓開關組成串行優(yōu)先鏈式線路，當改態(tài)功能的選擇開關閉合時，CTRL為低電平有效輸出，只有當所有其他功能選擇開關均無效時(即為當前時間顯示)，CTRL才被抬高為無效，如圖10所示。
B.秒點顯示控制(1Hz振蕩器)由于MK50366時鐘集成塊(2)內部無秒點顯示筆段，為增強顯示的動態(tài)效果，本時控裝置引入了1HZ秒點顯示控制電路。在正常的當前時間顯示時，屏上雙秒點作周期1秒的閃爍，當功能顯示改態(tài)時，屏上不再是雙點閃爍，而是特別的單下秒點亮顯，如顯示日歷，為“10.21”，等等。
此單元電路見圖11，下方兩個非門構成多諧無穩(wěn)態(tài)振蕩器(32)，上方四個與非門為秒點狀態(tài)控制邏輯(33)。工程安裝在B板。
C.日進位脈沖控制電路MK50366時鐘集成塊(2)僅有PM顯示端，當PM由“1”至“0”跳變時送給星期計數(shù)器(5)一個日進位脈沖。如圖12所示。
由于星期計數(shù)器(5)進位脈沖來源于LED數(shù)字鐘時間顯示屏(1)的筆段信號，故當屏顯改態(tài)時可能引入誤觸發(fā)。如當前時為下午200，即屏顯為“200”若此時使用者選了秒顯功能，屏上改為“.21”，左上方PM點由“1”變“0”了，倘進位脈沖直接取此PM點，無疑就產(chǎn)生了一次誤進位。為此，本時控器增設了這一日進位脈沖控制電路，以消除這一現(xiàn)象。
圖12中按鈕開關作星期快調。此部分工程安裝在B板。
D.正點報鳴電路見圖13。使用一片集成音樂片(34)CW9300能使數(shù)字鐘增加正點音樂報鳴功能，便于實際使用。實驗證明，CW9300集成音樂片(34)的SW端當接收到一高電平脈沖后即可奏出內存音樂一遍，直接推動蜂鳴片或經(jīng)單管放大后推動揚聲器發(fā)出響亮的樂曲報嗚。
作為時鐘正點特征是分十位由“5”至“0”的跳變。此時b2由0變1，而在其余數(shù)字更變中再無此特征，故由它引出正點報嗚觸發(fā)信號。圖13中RC為b2電平微分電路，使每次跳變僅觸發(fā)一次。當進入改態(tài)時，屏上不再是當前時刻故此時應取消b2作正點觸發(fā)電平的作用，二極管D用于完成此功能。
本裝置功能齊全，結構新穎，集成化程度高，使用靈活、可靠、可廣泛適用于工業(yè)設備控制、廠礦、學校、企事業(yè)機關單位的廣播、電鈴、路燈、電動門窗等設備的時間控制及家用電器的工作管理。
本實用新型有如下附圖。
圖0，電路方框圖。
圖1.數(shù)字鐘部分原理圖。
圖2.雙星期計數(shù)器與顯示器邏輯圖。
圖3.地址編譯碼器邏輯圖。
圖4.電平轉換器。
圖5.程序存貯體邏輯圖。
圖6.四路輸出隨動機構。
圖7.四路程控輸出設置。
圖8.睡眠／定時輸出端口。
圖9.整機電源圖。
圖10.CTRL控制信號產(chǎn)生電路。
圖11.秒點振蕩與控制電路邏輯圖。
圖12.日進位脈沖控制與星期快調電路。
圖13.正點報嗚電路圖。
圖14.前面板圖圖15.后面板圖。
圖中標號如下01.數(shù)字鐘部分。02.雙星期指示器。
03.程序存貯體部分04.I／O控制與隨動部分05.電源部分06.單元電路部分1.數(shù)字鐘時間顯示屏2.時鐘集成塊(MK50366N)3.功能選擇開關(如圖14所示從左至右，開關功能為當前時間校、世界時校與顯示、鬧時／定時校與顯示、秒顯示。睡眠校與顯示。日歷校與顯示)。
4.時／分雙向調定(如圖14所示，下排從左至右功能有分個位、分十位、時位、星期校、鬧時／定時，上排左4復位、左5取消睡眠)。
5.計數(shù)器(74LS74)6.譯碼器(74LS138)7.反相器(74LS04)8.發(fā)光二極管(2EF302)9.地址編譯碼器10.電平轉換器11.譯碼器(74LS138)12.程序存貯體(2114)13.鎖存器(74LS373)14.緩沖器(74LS244)15.三極管(9013)16.發(fā)光二極管17.繼電器(4100)18.正／負邏輯選擇開關19.雙向可控硅20.交流電壓／直流開關21.工作指示22.編程開關23.應急手控24.程序寫入25.第一路輸出插座26.第二路輸出插座
27.第三路輸出插座28.第四路輸出插座29.睡眠／定時輸出插座30.第一路電壓調節(jié)31.保護電源輸入32.多諧無穩(wěn)態(tài)振蕩器33.秒點狀態(tài)控制邏輯34.集成音樂片(CW9300)本裝置具體實施如下安裝模塊順序為①電源板，②數(shù)字鐘，(主時鐘電路與顯示部分)，③雙星期指示器，④秒點振蕩與邏輯控制器及正點報鳴器，⑤日進位控制部分，⑥地址編譯碼器和主存貯體，⑦I／O控制門及編程開關，⑧I／O輸出隨動部分。
一般說來，由于該時控器集成化、模塊化程度較高，各方面設計均經(jīng)反復實驗與調整過，故只需元件合格，安裝無誤，調試工作會簡單與順利的，以下只就可能出現(xiàn)的一些制作問題做些分析A)電源部分見圖9，C2、C3是消振電容，若出現(xiàn)7805輸出電壓偏差大于±5％，應檢查其質量與此二電容的焊接。
B)數(shù)字鐘部分上電后應顯示1200，鬧時，世界時也均1200日歷為12.31，秒顯為00，按下任一校時鈕后開始走時。若屏幕字段雜亂無章，應在線檢查電源電壓Vcc1，是否過低(＜7.5V)若不能正常走時可檢查30腳時基RC輸入是否接好。
C)雙星期指示器給入一正脈沖，星期應左移一位，至星期六后直接跳成星期日。若中間出現(xiàn)一空跳，應檢查74LS138星期譯碼器(6)的Y7端是否接上，若一次脈沖產(chǎn)生多個跳格，應檢查C2。
D)秒點振蕩與邏輯控制部分如圖11，調節(jié)R2，使振蕩器產(chǎn)生1Hz的穩(wěn)定秒閃，并用蠟封好R2。將CTRL端置O，只有下秒點亮(不閃)，將之置1，雙點閃爍。
E)日進位控制將主時鐘置為“1200”，鬧鐘時間置為“·1200”先進入當前時顯示，Q點為低電平，閉合鬧顯示開關，屏上“PM”點亮，Q應始終保持低電平。同理將兩種時間反置，顯示為當前時，Q為高電平，閉合鬧顯示開關，屏上“PM”滅，Q仍應為高，反復試驗多次，Q應無跳變。反之就應檢查接線與RC延遲部分。
F)I／O控制門、編程開關、地址編譯碼器與主存貯體部分。
此部分是整機的核心與關鍵。第一步，先將時鐘部分接電(但不進入走時)使用星期快校鈕，分別在星期日、一、二、…六寫入0000，0001，0010，0100，1000，1001，1111，再回頭依次讀出，對照星期顯示，看看是否一致，若偏差，應檢查地址線A9，A10，A11。第二步，固定一星期位與分十位和個位，進入“當前時調定”，使用“時”位快校鈕讓時間由上午1200開始走12小時，分別寫入相應的二進制碼，即0001，0010，0011……，再從下午1200開始走12小時，以逆順序寫入其二進制碼，最后核查一遍，若有誤，應檢查A1，A2，A6，A7，A8。第三步，同上法，固定星期位與小時位，檢查“分”的兩位，核查A0，A3，A4與A5直至全部讀／寫一致無誤，即可完成此部分調試。
G)I／O輸出與隨動如圖6，在輸入端加上2V左右的電壓，繼電器應可靠地吸合，發(fā)光二極管同時點亮。當電壓降至0.5V后，繼電器應截止釋放。
使用舉例
現(xiàn)以一所學校，四種電氣設備一周程序控制為例說明本時控器的功能，用法。
△用戶要求1)課間鈴聲控制從周一至周六，每天上午在730，815，830，915，945，1030，1045，1130輸出高電平觸發(fā)鈴響設備發(fā)出上、下課信號。同樣從周一至周五每天下午200，245，300，345輸出響鈴信號。高電平維持5分鐘，用上升沿觸發(fā)。
2)校園廣播設備由星期一至星期六每天上午700轉播中央人民廣播電臺“新聞和報紙摘要節(jié)目”，半小時后關機。然后在925～940播放“做廣播體操”節(jié)目，1045－1055播放“做眼保健操”音樂。
3)教學樓照明設備每天晚間630起用，直至1030熄燈。周六則延至1130熄燈。
4)電教教室視聽設備配電控制每周一、三、五下午300～400開放提供外語聽音；每周二、四、六晚700～900開放播放教學錄象節(jié)目，星期日上午900～1100，下午200～400開放播放文藝、娛樂節(jié)目。
△程序編制與使用該裝置每路外設一周共有兩千多個互異的程控點，而上述例子中最多所用的互異點才十幾個。據(jù)此“用戶要求”將上述開／關狀態(tài)份別寫入程序存貯體。這樣在今后時間里學校工作人員就不必天天兼顧電鈴、配電、廣播等設施了，它們都將在時控器控制下自動地按學校規(guī)定進行工作，這就顯著地提高了管理工作的效率和可靠度，有著較高的實用價值與普及意義。
權利要求1.全集成自動時間控制裝置使用三種配電電壓電源，其特征在于該裝置共有4塊電路板插入具有前、后面板的機箱中，其主要電路有數(shù)字鐘部分(01)、雙星期指示器(02)、程序存貯體部分(03)，I/O控制與隨動(04)、單元電路(06)部分組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于在機箱的前面板上裝有數(shù)字鐘顯示屏(1)，功能選擇開關(3)，時分雙向調定(4)，發(fā)光二極管(8)，工作指示(21)，編程開關(22)、應急手控(23)、程序寫入(24)，在機箱后面板上裝有第一路輸出插座(25)第二路輸出插座(26)、第三路輸出插座(27)、第四路輸出插座(28)、睡眠／定時輸出插座(29)、第一路電壓調節(jié)(30)、保護電源輸入(31)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于數(shù)字鐘部分(01)、由大規(guī)模數(shù)字鐘集成塊(2)連接數(shù)字時間顯示屏(1)，分別安裝在電路板上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于雙星期指示器(02)、由兩片74LS74接成串行七進制計數(shù)器(5)，用 計數(shù)脈沖，記憶單／雙周，星期譯碼器(6)由一片74LS138與反相器(7)構成，星期顯示器，使用三色發(fā)光二極管(8)用以顯示星期發(fā)光位。
5.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于程序存貯體部分(03)，中地址編譯碼器包含電平轉換器(10)，程序存貯體(12)使用4片2114集成電路塊及一片譯碼器(11)實現(xiàn)全地址譯碼，譯碼器(11)輸入端最高位接“手控／自動”開關產(chǎn)生程序存貯體(12)的片選信號，程序存貯體(12)供存入用戶程序。
6.根據(jù)權利要求1或2或5所述的裝置，其特征在于I／O控制與隨動(04)由緩沖器(14)與鎖存器(13)為關鍵器件，緩沖器(14)輸入端分別接編程開關(22)，實現(xiàn)對程序存貯體(12)的寫入和作為實時手控輸入，鎖存器(13)的輸出直接送往隨動機構，由繼電器(17)的觸點控制雙向可控硅(19)。四路輸出中的第一、二路設有正／負邏輯選擇開關(18)，第三、四路設有“交流電壓／直流開關”(20)的選擇，第五路有專用睡眠／定時輸出插座(29)。
7.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于單元電路(06)部分，包括有A.CTRL改態(tài)控制信號，B.秒點顯示控制，C，日進位脈沖控制、D.正點報鳴 電路 構成，CTRL改態(tài)控制信號取自面板功能選擇開關(3)，CTRL為低電平有效，高電平無效，防止錯誤信息輸出，秒點顯示控制電路由多諧無穩(wěn)態(tài)振蕩器(32)和四個與非門構成的秒點控制邏輯(33)組成，用以增強顯示的動態(tài)效果，日進位脈沖控制電路用以防止誤觸發(fā)，正點報鳴電路，使用集成音樂片(34)，使該裝置增加音樂報鳴功能。
專利摘要本實用新型是一種軟件控制方式的電子時控裝置，由新式設計的雙星期二十四小時制時間組合計時裝置與顯示裝置、新型PMOS/TTL端口電平轉換器和時間程序地址編譯碼器、程序存貯體及I/O控制通道、各路外設雙值開關或可調式輸出控制模塊等部分組成。該實用新型具有結構嚴謹，集成化程度高，工作可靠，程控周期長，精度高，操作簡便，擴展方便等特點，適用于工業(yè)設備、公共配電及各類電器的自動化時間順序控制。
文檔編號G05B19/10GK2041434SQ8820956
公開日1989年7月19日 申請日期1988年8月16日 優(yōu)先權日1988年8月16日
發(fā)明者楊培新 申請人:楊培新