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1、集成电路石英电子表 下面介绍一种由集成电路构成的石英电子表。第一部分 数字电子表原理 下面的资料参见电子手表原理使用维修李建邦，周孟奇，朱和编著，电子工业出版社1984 年出版。资料下载网址：集成电路石英电子表等文件 https:/ 点击链接保存，或者复制本段内容，打开阿里云盘APP，无需下载极速在线查看，视频原画倍速播放。https:/ 访问码：x997 复制这段内容，可在 115App 中直接打开！微云文件分享:集成电路石英电子表下载地址:https:/ 我通过百度网盘分享的文件：集成电路石英电子 链接:https:/ 提取码:6f94 复制这段内容打开百度网盘 APP 即可获取 我通过百
2、度网盘分享的文件：集成电路石英电子 链接:https:/ 提取码:57ka 复制这段内容打开百度网盘 APP 即可获取 https:/ 数字式电子表的工作原理如图 1-1 所示。由石英谐振器，振荡器，微调电容和 CMOS 集成电路中的振荡电路中的振荡电路组成稳定的 CMOS 石英振荡器，产生 32768 赫的振荡信号作为基准频率，然后把这一基准频率信号输入到分频电路。分频电路由 15 级相互连接的二分频电路组成。输入分频电路的 32768 赫的基准信号每经过 1 级二分频电路，就将其频率减半（即除以 2），连续经过 15 级二分频电路，其频率信号就变为 1 赫的方波信号（即秒信号）。再将此信号
3、送到秒、分、时、日、周、月等时间计数电路进行时间累计，然后把累计结果送入到译码电路，译码电路又将累计结果转换成七段数字显示所需的信号，此信号又去控制液晶驱动电路，最后在液晶显示器上正确显示出时间。5.驱动电路 为了确保液晶显示器的使用寿命，液晶显示器必须用交流信号驱动，而译码器输出的信号是直流信号，通常需要把译码电路输出的信号转换成能够驱动液晶显示的 32 赫的方波信号，才能用以驱动液晶显示器。这个直流到交流的转换任务是由驱动电路来完成的。驱动电路的类型较多，现以传输门构成的驱动电路为例来说明其工作原理。如图 2-16 所示，液晶显示器的公共电极接 32 赫的方波信号，字划 a 的电极与传输门
4、 T0a和 T0a的输出端相接，T0a的输入端与公共电极相连，T0a输入端的驱动方波与公共电极的驱动方波的相位相反。当七段译码器的输出端 A 为“1”时，传输门 TGa导通、TGa截止，给 a 字划电极施加的驱动方波信号与公共电极驱动方波信号反相，则字划 a 显示。当 A 端输出为“0”时，传输门 T0a导通，T0a截止，a 字划电极所施加的驱动方波信号与公共电极驱动方波同相，则 a 字划不显示，其余六段字划的驱动电路和工作原理都和 a 段字划相同。这样对液晶显示器就实现了 32 赫的交流驱动，并且液晶字划的显示与否完全由译码器的输出信号来控制，这就满足了数字式电子表的要求。6.升压电路与电平
5、转换电路 在电子表中，一般仅用一个扣式电池（1.5 伏）作为能源，液晶显示器需要 3 伏以上的交流电压来驱动，对于电源电压只有 1.5 伏的电子手表来说，就必须采用升压电路来升高电压。在早期的电子手表中，一般采用变压器升压电路，因为早期电子手表采用的液晶显示器属于动态散射型，它的工作电压为 15 伏，一个变压器一次升压就可满足该种液晶显示器的工作要求。由于目前电子手表中所采用的液晶显示器属于场效应扭曲型，其工作电压为 3-6 伏，因此在目前的电子手表中大都采用电容二倍压整流电路或 CMOS 升压电路。(1)电容二倍压整流电路 它是由两个电容（升压电容 C1、滤波电容 C2）及二极管 D1、D2
6、 组成的，如图 2-17 所示。输入端接触发器的 Q 和 Q 端。触发器输出-1.5 伏、512 赫的方波。该电路电源正极接地。滤波电容 C2 一端接地，另一端是输出端。电路的工作原理如下：当 Q 端是-1.5 伏，Q 端是 0 伏时，二极管 D1 加正向电压而导通，此时升压电容 C1 充电，充电过程是：QC1D1Q。C1 两端电压被充为 1.5 伏，电压极性如图所示，此时 A 点对地电压是-1.5 伏，D2 两端加的是反向电压因而不导通。当 Q 端是 0 伏，Q 端是-1.5 伏时，由于电容 C1 两端的电压不能突变，因此使 A 点的电压变为-3 伏。D1 两端加的是反向电压因而不导通，升压
7、电容 C1 向滤波电容 C2 放电，即 C2 被充电，其回路是：地C2D2C1Q。触发器的状态不断变化，C2 上的电压就被充为-3 伏。电路中的二极管可制作在CMOS 集成电路里，电容 C1、C2 是外接的。（2）CMOS 升压电路，如图 2-18 所示的二倍压电路是目前采用较多的一种升压电路，其外部也只能配用两个电容，而且转换效率较高。此电路中，F1,F2,F3 为倒相器，N1,N2 相当于控制开关，C1 为升压电容，C2 为滤波电容，现对该电路的工作原理介绍如下：A 点信号为连线的 0-1.5 伏的 512 赫兹的方波。当 A 点为-1.5 伏，经过倒相器 F1 后，B 点为 0 伏，经过
8、倒相器 F1 后 C 点为 0 伏，再经过 F2 倒相器后，D 点为-1.5 伏。由于 C 点为 0伏，N1 管导通，E 点电压为-1.5 伏。由于 D 点为-1.5 伏，所以 N2 管截止，不能对电容 C2充电。当 A 点为 0 伏，经过倒相器 F1 后，B 点为-1.5 伏，由于 C1 两端电位不能突变，所以使 E 点电位变为-3 伏，同时经过 F1.F3 的倒相，使 C 点变为-1.5 伏，D 点变为 0 伏，因此使 N1 管由导通变为截止，N2 由截止变为导通。由于 N2 管的导通而使 F 点变为-3 伏（因 E点电压为-3 伏），于是电容 C1 就被充上-3 伏电压，如此周而复始，升
9、压电路就在 A 信号的控制下，不断向 C2 充电。因为电路的功耗极小，所以只要选择适当的 C1,C2,从 C2 上就能获得-3 伏的电压输出，从而满足了液晶显示器所需要的驱动电压。因为电路的功耗极小，所以只要选择适当的 C1,C2,从 C2 上就能获得-3 伏的电压输出，从而满足了液晶显示器所需要的驱动电压。为了既保证液晶驱动等电路的需要，又要减小电子手表的功能，因而在电子表中的 CMOS 石英振荡电路及第一至第六级二分频电路中，都采用 1.5 伏电压供电，而第七级以后的其它电路采用 3 伏电压供电，因此在第六级与第七级二分频电路之间设有一个电平转换电路，从而保证了级间的相互配合。而第七级以后
10、的其它电路采用 3 伏电压供电，因此在第六级与第七级二分频电路之间设有一个电平转换电路，从而保证了级间的相互配合。下面的资料参见石英电子手表原理及维修刘令祥，谷宜德编著，江苏科学技术出版社1982 年出版 2.秒钟信号的产生 CMOS 石英振荡电路中产生的基准频率信号是 32KHZ 或 4.2MHZ，要使这样高的频率信号变成秒钟信号就必须用一种分频电路的电路来降低这个频率，直到得到秒钟信号及某些二针的薄型表中低于 1HZ 的频率信号。直到得到秒钟信号及某些二针的薄型表中低于 1HZ 的频率信号。图 2-11（a）为石英电子表用 CMOS 集成电路中经常采用的二分频电路。它是由CMOS 倒相器、
11、传输门组成的 D 型触发器。传输门（1），（2），倒相器 F1,F2 组成主触发器，传输门（3）、（4），倒相器 F3,F4 组成从触发器。从波形图图 2-11（b）可见，每输入二个脉冲信号该电路输出一个脉冲信号，实现了二分频作用。二分频电路的种类甚多，但基本原理大同小异。指针式石英电子表用的 CMOS 电路一般采用 16 级相互级联的二分频电路，二针薄型表中的 CMOS 电路采用的级数更多。数字式石英表用的 CMOS 电路一般采用 16 级。如果是 4.2MHZ 的高频石英表其级数需 22 级或更多。一旦某一级二分频电路出故障，石英电子表就会出现成倍的快或成倍的慢这一故障。3.驱动步进马达的
12、窄脉冲信号的形成 在一般的指针式石英表中，石英振荡电路产生的 32.768HZ 的标准频率信号经过 16 级二分频电路后得到的是 0.5HZ 的方波信号，这样的信号即不能直接驱动步进马达又不省电，目前广泛采用的是经过功率放大的正负交替、脉宽为 7.8ms（毫秒）的脉冲信号。这样的脉冲信号，即能驱动步进马达不停的转动，又仅需用原来 1/128 的能量（因为一秒钟的时间里马达线圈里只有 1128 秒即 7.8ms 有电流通过）。这一脉冲信号是由集成电路中的窄脉冲形成电路和驱动电路来产生的。窄脉冲形成电路有多种形式。如图 2-12 是采用 R-S 触发器等电路组成的窄脉冲电路的逻辑图和波形图。图中
13、Q9,Q15,Q16,Q16 分别表示第 9 级、15 级、16级二分频电路输出端。从图 2-12 可以清楚的分析出窄脉冲形成的过程。利用上述电路在 hg端就可以得到交替输出的其脉宽为 7.8ms，时间间隔为 1 秒的正脉冲信号。从 h,g 输出的脉冲信号，由于输出阻抗很高，故仍不能驱动马达。为了获得足够的功率以驱动步进马达，常采用图 2-13 的电路来进行功率放大。驱动电路一旦顺坏，出来的脉冲信号有时为单脉冲，或脉冲正负不对称，或输出阻抗仍然大，这样的脉冲信号是不能保证步进马达的可靠工作的，表就会出现走慢、停走等现象。4.计数电路 指针式石英表与机械表一样，其时间的累计是靠轮系来实现的，而数
14、字式石英表是靠集成电路中的计数电路来实现的。为了把从分频电路中出来的 1HZ 的标准秒信号累计出时、分、秒、上下午、月、日、周等时间，在数字式石英表的集成电路中设有各样的计数电路。有六十进位的秒、分计数器，有十二或二十四进位的时计数器，有七进位的星期计数器等等。这些计数器实际上都是由数级二分频电路加上适当的门电路组成，因此不同进位制的计数器实际上就是一种不同分频比的分频器。如图 2-14 是一个三级二分频电路连接在一起，加上一个三端与非门组成的六进计数电路。如果采用四级二分频电路，则在 不加与门控制的情况下是十六进制计数器，但加上一定的与门控制就可成为十进制或十二进制计数器。因此，用增加或减少
15、级联的二分频电路和安排适当的门电路就组成我们所需的一切计数电路。数字式石英表就靠这些名目繁多的计数电路来实现其正确的时间累计，数字式石英表就靠这些名目繁多的计数电路来实现其正确的时间累计，一旦某个计数器损坏，其累计的结果就是不正确的。5.译码电路 根据表 2-1 及“反译码”的原则可以得到如下的逻辑表达式：a =DCB A +AB C b =C B A+C B A c =C B A d =BCD A +AB C +A B C e =A +C B f =A B C +CD B +CD A g =CDB+C B A 数字式石英表在调校过程中除调校项外，其余各项均不显示，所以，液晶数码管熄灭状态应用
16、较多。为了能使液晶数码管通过一个简单的控制就能熄灭，在译码电路中采用加入一个控制参量 x 来实现。当 x=1，则译码电路输出的七个控制字段的输出端均为“0”，各字段都熄灭。因此，实际逻辑表达式中还应加上 x。如图 2-16 所示为实际译码电路的逻辑图。7.控制电路 数字式石英表，依靠外壳上装有的与电池正极相连的按钮就可顺利实现其功能的变换，时间的调校等工作，这些都靠集成电路中的控制电路来实现。现在我们以调校的逻辑控制电路为例来说明控制电路的工作原理。（1）调校程序的概念 一只具有秒、分、时、日、星期、月六种指示功能的数字式石英表，为了使表能对这六种功能分别进行调校，必须使表按照日常的调校次序：月、日、周、时、分、秒处于六种不同的调校状态，还要加上一个正常走时的状态（非调校状态）共计七种状态，所以，所谓调校程序就是指上述依次的七种不同的状态。（2）调校程序的产生 调校程序的产生是采用三级级联的二分频组成的七进计数电路来实现。当表壳上的调校按钮每按一次，集成电路中与按钮相通的单脉冲发生器就产生一个脉冲，而且这一脉冲就进入调校程序计数器，使计数器从一种状态变为另一种状态。每按动一次按钮，计数
