ЦИФРОВОЙ ТАЙМЕР С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ТОЧНОСТИ ВРЕМЕННОЙ УСТАВКИ

Полезная модель относится к области времязадающих устройств (таймеров), предназначенных для формирования выходного сигнала через требуемый интервал времени (временная уставка) и может быть использована для автономного управления объектами с высокой точностью во времени.
В различных устройствах широкое распространение получили таймеры, содержащие опорный генератор электрических колебаний и делитель частоты, значение коэффициента деления которого определяет требуемую временную уставку. Точность ее отработки зависит от стабильности частоты опорного генератора в условиях допустимого перепада температуры окружающей среды.
0
-4
Для повышения точности отработки временной уставки в таймере используется стабилизация частоты опорного генератора с применением кварцевых резонаторов, относительная нестабильность частоты под действием дестабилизирующих факторов которых составляет порядка Δf/f≈10 (Радиотехника: Энциклопедия/ Под ред. Ю.Л. Мазора, Е.А. Мачусского, В.И. Правды.- М.: Издательский дом «Додэка-XX1», 2002, с.337).
Такая стабильность частоты опорного генератора во многих случаях не отвечает предъявляемым требованиям. Например, при временной уставке один месяц точность в ее отработке будет составлять ±4,32 минуты, что при решении некоторых задач является недостаточной.
Для повышения стабильности частоты опорных кварцевых генераторов применяют способ термостатирования. При поддержании в термостате температуры с точностью до долей градуса относительная нестабильность частоты термостатированных кварцевых генераторов ТСКГ снижается
-8
примерно на 4 порядка и составляет, например, для ГК80-ТС<±2,5х10 (Кварцевые генераторы, фильтры, резонаторы, кристаллические элементы.- С-П.: ОАО «МОРИОН», 2002, с.15). Однако, применение этого способа стабилизации частоты опорного генератора ОГ связано с существенным возрастанием потребления тока от источника питания (десятки миллиампер), поэтому их применение в автономно работающих таймерах проблематично.
Таким образом, недостатками существующих высокостабильных кварцевых генераторов являются высокое энергопотребление и, как следствие этого, необходимость применения крупногабаритных источников тока при больших временных уставках.
Наиболее близкой к полезной модели является устройство цифровой автоподстройки частоты ЦФАПЧ (Ю.Т.Давыдов, Ю.С.Данич, А.П.Жуковский и др. Радиоприемные устройства./ Под ред. А.П.Жуковского. - М.:«Высшая школа», 1989, с.207), которое выбрано в качестве прототипа. Устройство содержит опорный генератор, схему добавления (вычитания) импульсов, делитель частоты, цифровой фазовый детектор и формирователь сигналов.
Известное устройство для получения высокой стабильности частоты опорного генератора путем подстройки его частоты с точностью до фазы под стабильную частоту, например, термостатированного кварцевого генератора ТСКГ связана с неприемлемо высоким энергопотреблением и дополнительным усложнением схемной реализации.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение высокой точности отработки продолжительной временной уставки при низком энергопотреблении таймера.
Данный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее опорный генератор и делитель частоты, введены дополнительно термостатированный кварцевый генератор, вход которого соединен с первым
выходом ключа, а выход термостатированного кварцевого генератора подключен к входу счетчика эталонного счета, триггер, первый вход которого соединен с выходом эталонного счетчика, а второй вход подключен к первому выходу делителя частоты, выход триггера соединен со вторым входом счетчика контрольного счета, первый вход счетчика контрольного счета подключен к выходу опорного генератора, а выход счетчика контрольного счета соединен со вторым входом делителя частоты, второй выход делителя частоты соединен с входом счетчика временной уставки, выход которого является выходом таймера. Кроме того, делитель частоты выполнен на счетчике ИЕ 10564 серии, счетчик временной уставки выполнен на счетчике ИЕ 10564 серии, эталонный счетчик выполнен на счетчике ИЕ 10564 серии. При этом ключ выполнен на КТ 3564 серии.
Нами используется периодическая синхронизация частоты опорного генератора, работающего в режиме микротоков, колебаниями ТСКГ. Последний будет включаться на короткое время (2-3 с), в течение которого будет происходить синхронизация и коррекция частоты опорного генератора, работающего непрерывно.
-4
На фиг.1 показана схема цифрового таймера с периодической коррекцией точности временной уставки. Цифровой таймер с периодической коррекцией точности временной уставки содержит опорный генератор ОГ (Радиотехника: Энциклопедия/ Под ред. Ю.Л.Мазора, Е.А.Мачусского, В.И.Правды, - М.: Издательский дом «Додэка-XX1», 2002, с.337) с относительной нестабильностью частоты 10, в качестве которого использован генератор ГК88-ТК (Кварцевые генераторы, фильтры, резонаторы, кристаллические элементы. С-П.: ОАО «МОРИОН», 2002, с.50), делитель частоты ДЧ, счетчики контрольного СК, эталонного счета СЭ и отработки временной уставки СВУ, выполненные на микросхемах серии К564ИЕ10; термостатированный кварцевый генератор ТСКГ, триггер ТГ, выполненный на микросхеме К564ТМ2 и
ключ Кл на микросхеме К564КТЗ.
Цифровой таймер с периодической коррекцией точности временной уставки работает следующим образом. Колебания с генератора ОГ поступают на делитель частоты ДЧ. Выбранный коэффициент деления определяет появление сигнала на выходе ДЧ через заданный интервал времени между операциями коррекции частоты ОГ. Сигналом с выхода делителя частоты ДЧ взводится триггер ТГ, который открывает ключ Кл, включающий питание генератора ТСКГ и разрешающий прохождение импульсов с ОГ на вход счетчика СК и с выхода ТСКГ на вход счетчика СЭ. Емкость счетчика СЭ обеспечивает появление сигнала на его выходе через эталонный интервал времени коррекции. Этим сигналом сбрасывается триггер ТГ, в результате закрывается ключ Кл, определяя окончание записи импульсов с генератора ОГ в счетчик СК. В результате разной стабильности частоты генераторов ОГ и ТСКГ количество импульсов, занесенных в счетчики СК и СЭ за один и тот же эталонный интервал времени также будет разным. При выключении питания ТСКГ счетчик СЭ обнуляется. Двоичный код, записанный в счетчик СК, в последующем сохраняется до следующей операции коррекции частоты и является в интервале между этими операциями коэффициентом деления для делителя частоты ДЧ.
Синхронизированная последовательность импульсов со второго выхода делителя частоты ДЧ поступает на вход счетчика временной уставки СВУ. После заполнения этого счетчика импульсами появление сигнала на выходе СВУ определяет окончание заданного интервала времени (временной уставки). Фиксированное значение временной уставки задается коэффициентом пересчета счетчика СВУ.
Таким образом высокая точность частоты опорного генератора обеспечивается за счет его кратковременной периодической подстройки от термостатированного кварцевого генератора, благодаря чему обеспечивается его низкое энергопотребление.