Podařilo se mi sehnat fajnový digitronový stopky z roku 1980 od ZPA Pragatron. Původně jsem je chtěl přenechat kamarádoj, který momentálně stopky staví, že by si je třeba překuchal, nebo tak něco. On je (pro jeho smůlu) nechtěl a mě bylo líto je vyhodit. Rozhodl jsem se tedy přestavět je na digitronové hodiny. Dnes se digitrony hůře shánějí, takže to je celkem libovka (navíc ukazují i sekundy).
Obvod obsahuje dva zdroje. První pro digitrony (160 V dc) a druhý pro TTL (a CMOS) logiku (5 V dc) . Ze zdroje je navíc odpíchnutá časová základna → stopky mají přesnost jako frekvence sítě.
Pod zdrojovou částí je ovládací logika → spouštění, vypínání a reset stopek. Navíc se dá připojit externí zdroj 100 Hz impulzů (zvýší se tím přesnost stopek).
Pravá část schéma (výpočet a zobrazení) se skládá z digitronů (RFT Z573M), dekodéru 1 z 10 s výstupem k buzení digitronů (MH74141), čítače v BCD kódu (MH7490A) a čtyřnásobný dvouvstupový NAND (MH7437), který slouží k tomu aby se sekundy resetovaly po 59 a ne po 99 sekundách.
Časová základna
Původní stopky používaly jako časovou základnu síťový kmitočet 50 Hz. O jeho přesnosti se můžete něco přečíst v článku Stabilita frekvence elektrické sítě, nebo třeba zde. Jako náhradu jsem vytvořil časovou základnu alá co dům dal (viz schéma). IC mají samozřejmě napájení blokováno kondenzátorem cca 100 nF. Teď zpětně si říkám, že jsem měl nechat původní obvod a řešit řízení nekompenzovaným krystalem. Zachovala by se přesnost sítě, která není špatná a ušetřil bych se ladění krystalu. No, alespoň jsem si vyzkoušel výrobu časového obvodu.
Základ je krystal 4. 194 MHz (4194304 Hz) spolu s obvodem CMOS 4011 (4×dvouvstupové hradlo NAND). Frekvence krystalu jde ještě doladit kapacitním trimrem (na fotkách ještě není kapacitní trimr ale kondenzátor 27 pF). Na výstupu 4 z IC1 je obdélníkový signál o frekvenci krystalu.
Signál je třeba ještě vydělit tak, bylo na výstupu přesně 1 Hz. Nejjednodušší by to bylo asi obvodem CMOS 4536 (programovatelný dělič kmitočtu s 24 stupňovým čítačem). Ovšem ten doma nemám a kupovat se mi ho nechce. Našel jsem ale CMOS 4040 (12stupňový čítač). Protože je to ale jen 12 stupňový čítač minimální frekvence na jeho výstupu (Q11) bude 1024 Hz. Je tedy potřeba ještě jeden tento obvod, který frekvenci 1024 Hz vydělí na potřebný 1 Hz. Výstup Q9 (f = 1 Hz) se připojí do bodu A na schématu stopek místo původní časové základny.
Dále na výstupech IC3 máme obdélníkové signály vyšších frekvencí, kterým lze hodiny řídit. Požadovanou frekvenci připojíme přes mikrospínač a kondenzátor (100 nF) do bodu A (budou rychle ubíhat sekundy), nebo bodu D (budou rychle ubíhat minuty).
Jde pěkně vidět že NANDy fungují jako tvarovač signálu. Na vstupu (fXtal) vypadá obdélník trochu jinak než na výstupu 16 Hz. Možná by na výstup (za kondenzátory) nebylo špatné zapojit ještě invertor (v IC1 jsou dva volný) jako další tvarování..
| Čítač CMOS 4040 | |||
|---|---|---|---|
| Výstup | Pin | Dělící poměr | Frekvence na výstupu |
| Q0 | 9 | 1:2 | 512 Hz |
| Q1 | 7 | 1:4 | 256 Hz |
| Q2 | 6 | 1:8 | 128 Hz |
| Q3 | 5 | 1:16 | 64 Hz |
| Q4 | 3 | 1:32 | 32 Hz |
| Q5 | 2 | 1:64 | 16 Hz |
| Q6 | 4 | 1:128 | 8 Hz |
| Q7 | 13 | 1:256 | 4 Hz |
| Q8 | 12 | 1:512 | 2 Hz |
| Q9 | 14 | 1:1024 | 1 Hz |
| Q10 | 15 | 1:2048 | 0.5 Hz |
| Q11 | 1 | 1:4096 | 0.25 Hz |
| Výstupní hodnoty při frekvenci 1024 Hz na vstupu MR | |||
Řízení hodin
Původně stopky „stopkovaly“ do 99 min 59,99 sec. U hodin potřebujeme 23 hod, 59 min, 59 sec. Je tedy nutné vytvořit obvod, který resetuje sekundy při 60 sec a zároveň minuty posune o 1 napřed. To lze velmi elegantně provést pomocí hradla NAND.
| Výstupy z obvodu MH7490 | ||||
|---|---|---|---|---|
| Zobrazená číslice | A | B | C | D |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 4 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Zvýrazněny jsou stavy, které se budou vyhodnocovat | ||||
Resetování sekund a navýšení minut
Z výstupu IC4.11 je vedena cesta, která posune IC5 o jedno číslo vpřed. Tu je potřeba odstranit. Resetovací vstup IC4.2 a IC4.3 je potřeba oddělit od ostatních resetů (viz červené značky na schématu stopek) aby se při resetování 60. sekundy neresetoval celý obvod včetně minut a hodin.
- reset se provádí připojením log. 1 na resetovací vstupy obvodů
- čítání se provádí přivedením log. 0 na vstup (negovaný vstup)
Na vstupy hradla IC1.1 jsou přivedeny výstupy z čítače desítek sekund (IC4.8 (bod B) a IC4.9 (bod C)). Pokud se na výstupech čítače objeví log. hodnota čísla 6 (0110 – viz. pravdivostní tabulka) hradlo IC1.1 se uzavře na na výstupu (IC5.14 (bod D))se objeví log. 0 → přičte se minuta.
Zároveň se na výstupu hradla IC2.2 (IC4.2, IC4.3 (bod E)) objeví log. 1, která obvod čítající desítky sekund resetuje.
Resetování celého obvodu po uplynutí 24 hodin
Pokud se na čítačích reprezentující hodiny zobrazí číslice 2 a 4 otevře se hradlo IC1.3, výstup se neguje obvodem IC1.4 (reset se provádí log. 1) a resetují se všechny obvody kromě IC4, který není potřeba resetovat (právě napočítal 60 minut).
- původě se používalo 5 hradel NAND (2× obvody MH7437), dalo se to ale zjednodušit. Druhá patice DIL je nyní rezerva.
Zdroj a záloha zdroje (udržení času při výpadku sítě)
Nyní je přes ochranou diodu na vstup stabilizátoru připojena 9 V baterie. Ale odběr z baterie je cca 400 mA(!!), takže se při výpadku napájení budou nejspíš odpojovat i dekodéry 1 z 10 na ovládání digitronů. Doteď jsem vyměnil původní stabilizátor MA7805 za moderní 7805 a kondenzátory 2×1000 uF, 16 V za kondenzátor 3300 uF, 50 V.
Další nectnost je, když jsou hodiny napájeny baterií a připojí se do sítě tak něco zakmitá a hodiny to rozšteluje (někdy ne, někdy o 2 minuty, někdy o víc).
Intenzita svitu digitronů
Už asi týden to mám vedle postele a … na to že to jsou vlastně doutnavky, tak docela solidně svítí. Takže v plánu je i stmívání „displeje“. Původně jsem chtěl jen přidat do série a napájením digitronů větší odpor. Ale asi udělám něco sofistikovanějšího – s ubývající intenzitou okolního osvětlení budou digitrony stmívat. Takže to vidím na nějaký tranzistor, fotoodpor a dělič…
- Zdroj, ani svit digitronů už se měnit nebude. Hodiny jsem prodal někomu, komu budou sloužit víc než mě (u mě ležely už delší dobu ve skříni).
Krabička
To co jste tady četli a viděli, tak to stejně nikdo neocení. Každému jde hlavně o vzhled. A i když já něco stavím, tak se snažím aby to (z venku) vypadalo alespoň trochu k světu…teda, pokud už od začátku není plán, že to bude nakonec někde ležet.
Z toho důvodu jsem na hodiny udělal dřevěnou krabičku. Vše kromě bočních stran je ze sololitu. Celý to přijde ještě naleštit a bude to. Snad to vypadá aspoň trošku snesitelně… Holt co dům dal…
Původně byla DPS přišroubovaná ke dnu na čtyřech distančních sloupcích…
Ale aby digitrony vynikly, prostrčil jsem digitrony co nejvíc ven a DPS zajistil kouskem dřeva který jsem přišrouboval ke dvěma špalíčkům na okrajích.