专利名称：全集成自动时间控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于可编程自动化控制设备，它以绝对时标为时间基准，通过时间地址信息的编译，借助静态随机存贮器实现用户控制程序的存取，经由随动机构对所接外部设备进行自动控制。
现有的时间顺序控制器主要有两大类，一是建立在硬件逻辑上的时序控制，用户不可编程控制，应用场合专一，功能单调，控制时序改变需修改硬接线；第二是软件可编程时序控制，这又分(1)工业用单片微机型时控装置，使用专用单片机汇编语言编程，需由专业人员才能使用，且造价高，操作复杂，多用于机床，机电等工业设备控制，不适合通用要求与家庭化普及；(2)普通电子时控器，由计时器，译码器，显示器，存贮器，驱动器等部分组成，但目前已出现的技术普遍存在1.控制能力弱，周期短，精度差，可编程点少，2.分列计时器，时间译码器，时间显示器，电路繁杂，集成化程度低，实现复杂、成本增高；3.使用显示驱动笔段信号直接作程序地址信息，冗余度大，存贮器利用率低，且常用PMOS／TTL电平转换电路复杂；4.对外设的驱动是触点控制方式，寿命短，可靠性差，驱动能力易受限制；5.编程操作复杂，不易大众化；6.专用数字钟IC配独立程序地址计数器，存在掉电后“控制失步”的实用隐患。
鉴于上述现行技术存在问题，本实用新型的目的是在下述诸方面作创新性设计与实质性的更新提高(1)时间基准部分(计时器)，增加计时与显示的功能与时间范围(双星期)。
(2)程序时间地址编译码器与电平转换器，压缩地址信息，提高存贮器利用率。
(3)程序逻辑输出随动机构与驱动方式的更新设计。
(4)改态CTRL信号的引入与其有关操作控制模块。
这些新型设计整体上使本实用新型具有功能／成本比高，工程实现简化，可靠度提高，实用操作方便，扩展升档余地大，控制周期长，精度高，节能节材等比现有技术各方面均有不同程度的实质创新的特点，客观适于通用型自动化程控设备的应用要求。
全集成自动时间程控装置有4块电路板插入具有前、后面板的机箱中。4块电路板的主要电路由六大部分组成，有数字钟部分(01)，双星期指示器(02)、程序存贮体部分(03)其中包括有地址编译码器，程序存贮体。I／O控制与随动(04)、电源部分(05)，单元电路(06)其中包括有电路A.CTRL改态控制信号、B.秒点显示控制、C.日进位脉冲控制电路，D.正点报鸣电路。在机箱的前面板上装有数字钟时间显示屏(1)、功能选择开关(3)、时分双向调定(4)，发光二极管(8)，工作指示(21)编程开关(22)，应急手控(23)、程序写入(24)。在机箱的后面板上装有第一路输出插座(25)、第二路输出插座(26)，第三路输出插座(27)、第四路输出插座(28)、睡眠／定时输出插座(29)、第一路电压调节(30)，保护电源输入(31)。
下面详细介绍各部分电路数字钟部分(01)此部分的关键元件为MK50366N／PMOS大规模数字钟集成块(2)，为40脚双列封装，四位LED红色发光二极管数字时间显示屏(1)采用TOSHIBA－C，TVC－2－HB／AE。时钟集成块(2)与数字钟时间显示屏(1)连接，如
图1所示此部分工程安装分别在A，B板上。
双星期指示器(02)原理参见图2。两片74LS74接成串行七进制计数器(5)计数脉冲(日进位脉冲)由数字钟集成块“PM”输出端(38脚)引入。第四个D触发器接成T′触发器工作方式，记忆单／双周。
星期译码器(6)由一片74LS138构成。反相器(7)由74LS04构成。y0～y6各接星期日至星期六显示点，y7作星期归零(周进位)脉冲，反馈到星期计数器(5)CLR端，并兼作单／双周触发器的翻转脉冲。
星期显示器使用园形三色发光二极管(8)2EF302型，C端共阴，G与R端各接y0～y6与y0～y6(星期日位的G端直接置高电平)，显示效果为当前星期位发红光，其余五个星期位发绿光，星期日位发橙光。最左端指示灯亮／暗分别指示单／双周。星期指示器工程安装分别在A，C板上。
程序存贮体部分(03)①地址编码译码器(9)及电平转换器(10)为了可靠地实现数字钟与程序准确的同步运行，以通用起见，从原有数字钟集成块笔段驱动极直接引出笔段信息经此地址编译器换转成为存贮体地址信息驱动程序。此方案免去了专用的时基发生器、时钟计数器、译码器与驱动器，使用现成的通用时钟集成块即可得异曲同工的效果。电路既简洁又可靠，同时也彻底避免了“失步”的问题。将4位7段码信息转换为程序体地址信息，就是此地址编译码器的任务。
图3，为地址编译码器逻辑原理图。电平转换器(10)的作用是将时钟集成块(2)PMOS的笔段驱动电平转换成TTL电路的逻辑电平，实现电平匹配。其单线电路如图4。
②程序存贮体(12)编码结果为使本装置能在双周内以每5分钟为一编程单位施行控制共引入12根地址线，故此程序存贮体(12)设计为4K×4W容量。使用4片M2114SRAM为主存，附带一片74LS138片选译码器(11)，采用地址全译码方式工作，其逻辑原理图见图5。
74LS138译码器(11)输入端最高位接应急手控开关，以确定4片M2114片选端CS被选中或无效，从而实现手控，自动兼备功能。
其中程序写入(24)与应急手控(23)开关选择存贮体(12)的读写状态与4位编程开关(22)的作用。
I／O控制与随动(04)图5中74LS244缓冲器(14)与74LS373锁存器(13)是两个关键的I／O器件。244缓冲器(14)四个输入端分别接编程开关(22)，其功能是一作为程序存贮体(12)的写入设备(当应急手控(23)、程序写入(24)均为“0”时)，二是作为实时手控开关(此时上述两开关分别为“1”与“0”)。锁存器(13)为三态锁存门，当CTRL信号无效时输出直接取样于输入，当之低电平有效时，输出保持CTRL下跳沿前一刻状态不再随输入端变化，直至CTRL重新被抬高为止。
锁存器(13)的输出直接送往随动机构。如图6，四只继电器(17)的触点控制双向可控硅(19)。这种用直流小电流控制交流大功率的方法能比较有效，安全地实现交直流分离控制与调试。该装置四路输出设计见图7。其中第一路接成交流调压工作方式，能实现对所接用电设备进行调光／调温／调速等操作，适用于电风扇、电热器、电烫斗、电饭灶、电灯等家用设备的程序控制。同时，第一、二路还设有正／负逻辑选择开关(18)。一般说来，正逻辑控制适用于常关电器的程控，负逻辑正好相反，注意，使用负逻辑编程时，工作指示(21)亮为休止，暗为工作。
另外，在时控器的第三、四路输出上设置了“交流电压／直流开关”(20)的选择。使用“交流电压”时，类同第二路正逻辑方式；使用“直流开关”时从三芯插座引出的A.B.C三极分别为动片与常闭／常开触点，可用于控制直流(或小交流)电路。
图8所示为第五路专用睡眠／定时输出，它能控制用电器在最近59分钟内延时工作的时间。其中控制开关来自图1所示睡眠端(21脚)所接的继电器。
随动部分工程安装在D板。
电源部分(05)
如图9，该装置整机共有三种配电电压电源。Vcc1，为＋9V，供时钟部分使用；Vcc2为＋5V，供TTL逻辑部分使用。Vcc3为＋4.5V，为断电保护电源，供静态程序存贮体(M2114)使用。
接在电源变压器次级的RC电路为50Hz振荡取样电路，供作数字钟时基标准。因MK50366时钟集成块(2)内部设有50Hz稳频与整形电路，故这种取自工频的时基有较高的精度，不易受电网波动影响，日误差小于±1秒。
LM7805为三端固定集成稳压块，使用方便、可靠，由它提供整机TTL逻辑工作电压。D1为反向灌电流保护二极管，C2，C3用于防止IC自激，D2，D3为定向导向二极管，为RAM提供不间断电源。此部分工程安装在D板。
单元电路(06)A.CTRL改态控制信号由于本装置的程序地址直接来自数字钟显示屏(1)的笔段信号，而作为多功能选择的MK50366时钟集成块(2)只配用一片公共显示屏，即当使用数字钟其它功能(如秒显示，日历显示)时，屏上的笔段集合将不是所需的程序地址信息，从而会导致错误的输出控制。为防止这一“失步”问题，需要在时钟改变当前时间显示状态时及时保持当时输出信息，直至重新恢复当前时显示状态。故而引入了CTRL状态指示信号。
CTRL信号取自面板功能选择开关(3)，即使用双刀双掷乒乓开关组成串行优先链式线路，当改态功能的选择开关闭合时，CTRL为低电平有效输出，只有当所有其他功能选择开关均无效时(即为当前时间显示)，CTRL才被抬高为无效，如图10所示。
B.秒点显示控制(1Hz振荡器)由于MK50366时钟集成块(2)内部无秒点显示笔段，为增强显示的动态效果，本时控装置引入了1HZ秒点显示控制电路。在正常的当前时间显示时，屏上双秒点作周期1秒的闪烁，当功能显示改态时，屏上不再是双点闪烁，而是特别的单下秒点亮显，如显示日历，为“10.21”，等等。
此单元电路见图11，下方两个非门构成多谐无稳态振荡器(32)，上方四个与非门为秒点状态控制逻辑(33)。工程安装在B板。
C.日进位脉冲控制电路MK50366时钟集成块(2)仅有PM显示端，当PM由“1”至“0”跳变时送给星期计数器(5)一个日进位脉冲。如图12所示。
由于星期计数器(5)进位脉冲来源于LED数字钟时间显示屏(1)的笔段信号，故当屏显改态时可能引入误触发。如当前时为下午200，即屏显为“200”若此时使用者选了秒显功能，屏上改为“.21”，左上方PM点由“1”变“0”了，倘进位脉冲直接取此PM点，无疑就产生了一次误进位。为此，本时控器增设了这一日进位脉冲控制电路，以消除这一现象。
图12中按钮开关作星期快调。此部分工程安装在B板。
D.正点报鸣电路见图13。使用一片集成音乐片(34)CW9300能使数字钟增加正点音乐报鸣功能，便于实际使用。实验证明，CW9300集成音乐片(34)的SW端当接收到一高电平脉冲后即可奏出内存音乐一遍，直接推动蜂鸣片或经单管放大后推动扬声器发出响亮的乐曲报呜。
作为时钟正点特征是分十位由“5”至“0”的跳变。此时b2由0变1，而在其余数字更变中再无此特征，故由它引出正点报呜触发信号。图13中RC为b2电平微分电路，使每次跳变仅触发一次。当进入改态时，屏上不再是当前时刻故此时应取消b2作正点触发电平的作用，二极管D用于完成此功能。
本装置功能齐全，结构新颖，集成化程度高，使用灵活、可靠、可广泛适用于工业设备控制、厂矿、学校、企事业机关单位的广播、电铃、路灯、电动门窗等设备的时间控制及家用电器的工作管理。
本实用新型有如下附图。
图0，电路方框图。
图1.数字钟部分原理图。
图2.双星期计数器与显示器逻辑图。
图3.地址编译码器逻辑图。
图4.电平转换器。
图5.程序存贮体逻辑图。
图6.四路输出随动机构。
图7.四路程控输出设置。
图8.睡眠／定时输出端口。
图9.整机电源图。
图10.CTRL控制信号产生电路。
图11.秒点振荡与控制电路逻辑图。
图12.日进位脉冲控制与星期快调电路。
图13.正点报呜电路图。
图14.前面板图图15.后面板图。
图中标号如下01.数字钟部分。02.双星期指示器。
03.程序存贮体部分04.I／O控制与随动部分05.电源部分06.单元电路部分1.数字钟时间显示屏2.时钟集成块(MK50366N)3.功能选择开关(如图14所示从左至右，开关功能为当前时间校、世界时校与显示、闹时／定时校与显示、秒显示。睡眠校与显示。日历校与显示)。
4.时／分双向调定(如图14所示，下排从左至右功能有分个位、分十位、时位、星期校、闹时／定时，上排左4复位、左5取消睡眠)。
5.计数器(74LS74)6.译码器(74LS138)7.反相器(74LS04)8.发光二极管(2EF302)9.地址编译码器10.电平转换器11.译码器(74LS138)12.程序存贮体(2114)13.锁存器(74LS373)14.缓冲器(74LS244)15.三极管(9013)16.发光二极管17.继电器(4100)18.正／负逻辑选择开关19.双向可控硅20.交流电压／直流开关21.工作指示22.编程开关23.应急手控24.程序写入25.第一路输出插座26.第二路输出插座
27.第三路输出插座28.第四路输出插座29.睡眠／定时输出插座30.第一路电压调节31.保护电源输入32.多谐无稳态振荡器33.秒点状态控制逻辑34.集成音乐片(CW9300)本装置具体实施如下安装模块顺序为①电源板，②数字钟，(主时钟电路与显示部分)，③双星期指示器，④秒点振荡与逻辑控制器及正点报鸣器，⑤日进位控制部分，⑥地址编译码器和主存贮体，⑦I／O控制门及编程开关，⑧I／O输出随动部分。
一般说来，由于该时控器集成化、模块化程度较高，各方面设计均经反复实验与调整过，故只需元件合格，安装无误，调试工作会简单与顺利的，以下只就可能出现的一些制作问题做些分析A)电源部分见图9，C2、C3是消振电容，若出现7805输出电压偏差大于±5％，应检查其质量与此二电容的焊接。
B)数字钟部分上电后应显示1200，闹时，世界时也均1200日历为12.31，秒显为00，按下任一校时钮后开始走时。若屏幕字段杂乱无章，应在线检查电源电压Vcc1，是否过低(＜7.5V)若不能正常走时可检查30脚时基RC输入是否接好。
C)双星期指示器给入一正脉冲，星期应左移一位，至星期六后直接跳成星期日。若中间出现一空跳，应检查74LS138星期译码器(6)的Y7端是否接上，若一次脉冲产生多个跳格，应检查C2。
D)秒点振荡与逻辑控制部分如图11，调节R2，使振荡器产生1Hz的稳定秒闪，并用蜡封好R2。将CTRL端置O，只有下秒点亮(不闪)，将之置1，双点闪烁。
E)日进位控制将主时钟置为“1200”，闹钟时间置为“·1200”先进入当前时显示，Q点为低电平，闭合闹显示开关，屏上“PM”点亮，Q应始终保持低电平。同理将两种时间反置，显示为当前时，Q为高电平，闭合闹显示开关，屏上“PM”灭，Q仍应为高，反复试验多次，Q应无跳变。反之就应检查接线与RC延迟部分。
F)I／O控制门、编程开关、地址编译码器与主存贮体部分。
此部分是整机的核心与关键。第一步，先将时钟部分接电(但不进入走时)使用星期快校钮，分别在星期日、一、二、…六写入0000，0001，0010，0100，1000，1001，1111，再回头依次读出，对照星期显示，看看是否一致，若偏差，应检查地址线A9，A10，A11。第二步，固定一星期位与分十位和个位，进入“当前时调定”，使用“时”位快校钮让时间由上午1200开始走12小时，分别写入相应的二进制码，即0001，0010，0011……，再从下午1200开始走12小时，以逆顺序写入其二进制码，最后核查一遍，若有误，应检查A1，A2，A6，A7，A8。第三步，同上法，固定星期位与小时位，检查“分”的两位，核查A0，A3，A4与A5直至全部读／写一致无误，即可完成此部分调试。
G)I／O输出与随动如图6，在输入端加上2V左右的电压，继电器应可靠地吸合，发光二极管同时点亮。当电压降至0.5V后，继电器应截止释放。
使用举例
现以一所学校，四种电气设备一周程序控制为例说明本时控器的功能，用法。
△用户要求1)课间铃声控制从周一至周六，每天上午在730，815，830，915，945，1030，1045，1130输出高电平触发铃响设备发出上、下课信号。同样从周一至周五每天下午200，245，300，345输出响铃信号。高电平维持5分钟，用上升沿触发。
2)校园广播设备由星期一至星期六每天上午700转播中央人民广播电台“新闻和报纸摘要节目”，半小时后关机。然后在925～940播放“做广播体操”节目，1045－1055播放“做眼保健操”音乐。
3)教学楼照明设备每天晚间630起用，直至1030熄灯。周六则延至1130熄灯。
4)电教教室视听设备配电控制每周一、三、五下午300～400开放提供外语听音；每周二、四、六晚700～900开放播放教学录象节目，星期日上午900～1100，下午200～400开放播放文艺、娱乐节目。
△程序编制与使用该装置每路外设一周共有两千多个互异的程控点，而上述例子中最多所用的互异点才十几个。据此“用户要求”将上述开／关状态份别写入程序存贮体。这样在今后时间里学校工作人员就不必天天兼顾电铃、配电、广播等设施了，它们都将在时控器控制下自动地按学校规定进行工作，这就显著地提高了管理工作的效率和可靠度，有着较高的实用价值与普及意义。
权利要求1.全集成自动时间控制装置使用三种配电电压电源，其特征在于该装置共有4块电路板插入具有前、后面板的机箱中，其主要电路有数字钟部分(01)、双星期指示器(02)、程序存贮体部分(03)，I/O控制与随动(04)、单元电路(06)部分组成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于在机箱的前面板上装有数字钟显示屏(1)，功能选择开关(3)，时分双向调定(4)，发光二极管(8)，工作指示(21)，编程开关(22)、应急手控(23)、程序写入(24)，在机箱后面板上装有第一路输出插座(25)第二路输出插座(26)、第三路输出插座(27)、第四路输出插座(28)、睡眠／定时输出插座(29)、第一路电压调节(30)、保护电源输入(31)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于数字钟部分(01)、由大规模数字钟集成块(2)连接数字时间显示屏(1)，分别安装在电路板上。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于双星期指示器(02)、由两片74LS74接成串行七进制计数器(5)，用 计数脉冲，记忆单／双周，星期译码器(6)由一片74LS138与反相器(7)构成，星期显示器，使用三色发光二极管(8)用以显示星期发光位。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于程序存贮体部分(03)，中地址编译码器包含电平转换器(10)，程序存贮体(12)使用4片2114集成电路块及一片译码器(11)实现全地址译码，译码器(11)输入端最高位接“手控／自动”开关产生程序存贮体(12)的片选信号，程序存贮体(12)供存入用户程序。
6.根据权利要求1或2或5所述的装置，其特征在于I／O控制与随动(04)由缓冲器(14)与锁存器(13)为关键器件，缓冲器(14)输入端分别接编程开关(22)，实现对程序存贮体(12)的写入和作为实时手控输入，锁存器(13)的输出直接送往随动机构，由继电器(17)的触点控制双向可控硅(19)。四路输出中的第一、二路设有正／负逻辑选择开关(18)，第三、四路设有“交流电压／直流开关”(20)的选择，第五路有专用睡眠／定时输出插座(29)。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于单元电路(06)部分，包括有A.CTRL改态控制信号，B.秒点显示控制，C，日进位脉冲控制、D.正点报鸣 电路 构成，CTRL改态控制信号取自面板功能选择开关(3)，CTRL为低电平有效，高电平无效，防止错误信息输出，秒点显示控制电路由多谐无稳态振荡器(32)和四个与非门构成的秒点控制逻辑(33)组成，用以增强显示的动态效果，日进位脉冲控制电路用以防止误触发，正点报鸣电路，使用集成音乐片(34)，使该装置增加音乐报鸣功能。
专利摘要本实用新型是一种软件控制方式的电子时控装置，由新式设计的双星期二十四小时制时间组合计时装置与显示装置、新型PMOS/TTL端口电平转换器和时间程序地址编译码器、程序存贮体及I/O控制通道、各路外设双值开关或可调式输出控制模块等部分组成。该实用新型具有结构严谨，集成化程度高，工作可靠，程控周期长，精度高，操作简便，扩展方便等特点，适用于工业设备、公共配电及各类电器的自动化时间顺序控制。
文档编号G05B19/10GK2041434SQ8820956
公开日1989年7月19日 申请日期1988年8月16日 优先权日1988年8月16日
发明者杨培新 申请人:杨培新