Stiskněte "Enter" pro přeskočení obsahu

Digitronové hodiny

13

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).

 

Původní koncepce
Pracuji na tom

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.

Napájecí napětí, měřeno na transformátoru (efektivní hodnota, frekvence)
Stejnosměrné napětí před stabilizátorem (efektivní hodnota)
Střídavá složka napětí před stabilizátorem (maximální a minimální hodnota střídavé složky)
To samé co výše (efektivní hodnota střídavé složky, frekvence)
Napájecí napětí digitronů (efektivní hodnota, frekvence)

 

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.

Původní zapojení
Upravené zapojení (červeně – přerušené cesty; modře – připojení externích obvodů)

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.

 

Tímto obvodem dostaneme z krystalu jmenovitou frekvenci.
Obdélník na výstupu fXtal (max. amplituda, frekvence)

 

Obdélník na výstupu fXtal (min. a max. amplituda)

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).

Výstup 16 Hz na seřizování hodin (frekvence, max. amplituda)

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
Stavba časové základny

Strana spojů

Návrh na papíře

Návrh z počítače. Je možné, že ve finále jsem některý cesty vedl trochu jinak. Ale na funkci to nemá vliv…

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.

Časová základna a ovládací logika na jedné desce (1. verze zapojení)
Strana spojů (1. verze zapojení)

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.
Deska ze stopek

Pár věcí je potřeba „odpíchnout“. V levé části fotky je vidět čip (MH7437) na drátech – úplně první verze (ještě bez desky a časové základny)

Digitron 8)
Tohle má něco do sebe 🙂

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…

Rozdělaná krabička

Původně byla DPS přišroubovaná ke dnu na čtyřech distančních sloupcích…

Rozdělaná krabička

Ale aby digitrony vynikly, prostrčil jsem digitrony co nejvíc ven a DPS zajistil kouskem dřeva který jsem přišrouboval ke dvěma špalíčkům na okrajích.

  1. digitrontube digitrontube

    Zdravim tě, moc pěkná konstrukce, je fajn že se najde i v dnešní době procesorů ještě někdo kdo používá TTL logiku. Kdžtak se podívej na muj web, tam jsou digitronové hodiny s TTL taky. Jinak ten oscilátor teď předělávám na frekvenci s krystalem 100kHz skleněným od tesly a samozřejmě všechny TTL obvody jsou také tesla. 😉

    • Roman Roman

      Dobrý den,

      zaujal mě váš komentář. Vlastním staré nefunkční amatérské digitronové hodiny TTL ze začátku 70 let s velkým skleněným krystalem Tesla 1AK 60901 100kHz. Ten je však rozbitý. Sehnal jsem jiný menší skleněný, dokonce 2 ks rovněž od Tesly 100 kHz-je na něm nápis „SQ“, ale hodiny nejedou ani s jením z nich. Čítače jsem postupně vyměnoval mezi sebou a nic, 7490 jsou v paticích. Oscilátor zřejmě nekmitá. Mohu skleněné krystaly od Tesly zaměnovat nebo je v nich nějaký rozdíl v parametrech a ty se musí dodržovat? Pokud přivádím pulzy přímo na výstup 1Hz z posledního dělícího 7490, tak hodiny zobrazují sekundy a dál čítače čítají minuty i hodiny. Nemám osciloskop pro změření oscilátoru. Napadla mne ještě možnost postavit nový oscilátor, ale chtěl bych zachovat původní stavbu včetně původních součástek a to je právě skleněný krystal. Mohu zaslat fotky jak krystalů tak i celých hodin.
      Děkuji za vaši odpověď.

  2. ivan ivan

    Výborný nápad s tou dřevěnou bednou (i když by to šlo i řešit elegantněji). Určitě to řešení vyplynulo z pohledu do zásob a odpadu někde v koutě, ale to je právě to kouzelné na bastlení, že se využívá co dům dá a nekoupí se všechno „super“ a na míru. Fakt mě ta bednička moc potěšila. I.

  3. bob bob

    Zdravím hezká práce, mám něco podobného v plánu nebylo by přesné schéma zapojení,,díky.

  4. Peťan: Hodně štěstí při stavbě. Přesné schéma je v článku uvedeno.
  5. bob bob

    myslel jsem tu časovou základnu jak jí spojit se starým spojem s digitrony nějak mi to nejde na rozum

  6. Peťan: Na původním schématu jsou modře naznačeny body A – H. Časová základna příjde připojit do bodu „A“. U časové základny i u logických obvodů jsou všechny body napsaný…
  7. bob bob

    [4] bob: zrovna na to koukám tak nějak to snad zapojím až mi příjdou stopky domů

  8. bob bob

    tak,že tam budou jeden 4011 dva 4040 a jeden 7437

  9. Peťan: Tak to mám já. 4011 + dva 4040 slouží jako časová základna a 7437 jako logika. Na původní desce jsou přerušené některé cesty (červeně přeškrtlé) a do míst označených modrými body jsou zapojeny vstupy/výstupy IO výš.

    PS.: Dva 4040 jdou nahradit jedním 4536.

    PPS.: Teď bych už časovou základnu nedělal. Síť je dost stabilní. Sice pak nejde udělat bateriové zálohování…ale to jsem tam stejně nemel.

  10. bob bob

    aha díky za rady už to chápu nechám to podle původního plánu když je to vše cmos hodí se to k tomu stavěl jsem digitronové hodiny z tipa a bojoval jsem tam s krystalem zabil jsem dva než jsem upravil oscilátor a nemaj vteřiny proto chci postavit tyto je tam šest digitronu oproti čtyřem co mám teď vlastní oscilátor mi příjde lepší když se dá doladit síť je stabilní taky by to šlo řešit takto.akorát ta spotřeba je dost velká.na tipácký mi stačí trafo 220/24v2VA z kontrolky TR2 T6 systém uplně v pohodě

  11. bob bob

    tak zrovna si hraju s hodinama a mam problém při 23.59 se to nehodí na 00.00 použil jsem misto mh 7437 mh 7400 a asi to bude problém

  12. Peťan: V tom by problém bejt neměl. Oboje je NAND. Zkus připojit na piny 9 a 10 log. 1. Pokud je integráč funkční a správně připojenej, tak to resetuje hodiny. V tom případě máš špatně připojenej vstup. Pokud hodiny neresetuje, tak může být špatnej IO, nebo špatně připojenej výstup.
    Můžeš zkusit pin 9 a 10 spojit a připojit pouze do bodu „H“. Mělo by to taky funovat.
    Snad mám vše správně zakresleno 🙂 Kdyžtak zkus zapojit ještě větší kus mozku a nějak to vybádat 😛
  13. bob bob

    [8] bob: mh jsou dobré hradla fungují jsou nové někde je to blbě zapojený díky za rady jdu hledat

  14. bob bob

    tak jsem odpojil od ic2 ten společný reset pěti ic a už je to dobré už se to chová jakmá 🙂

  15. Michal Michal

    Ahoj, diky za super popis a navod. Muzu se zeptat na to „odpichnuti“, ktere ma byt videt na fotce plosnaku zespodu? Chapu ze schematu, ze cervene cary nebo krizky oznacuji preruseni vodive cesty – to jsi na tom plosnaku proste pretnul vodivou cestu? A ty kondenzatory v bilych obalech jsou tam origo a nemaji s tim nic spolecneho? Na dalsi fotce u drevene krabicky totiz uz ty kondenzatory zespodu videt nejsou, tak me to plete. Mozna se ptam blbe, asi hledam nejakou vychytavku, ktera tam neni 🙂 Diky!

    Peťan: Přesně jak píšeš – křížky jsou přerušené cesty. Normálně jsem ji přeškrábl rýsovací jehlou. Místa označená písmeny jsou pak napojena do těch integráčů, co jsem přidával. Ty kondenzátory zespodu jsou originál. Nepoužíval jsem původní časovou základnu, tak jsem některé kondenzátory odpájel. Myslím že to jsou blokovací kondenzátory k logickým obvodům. Je možné je odpájet a napájet třeba „na prasáka“ z horní strany přes integráč.

  16. Daniel Daniel

    Moc pěkná práce. Mám stejné stopky a pustil sem se do toho. Jen chci poprosit. Neposlal bys mi schema v lepší kvalitě? Nerad bych něco zkazil. Takovou věc už totiž neseženu.

    Peťan: Bohužel, už je to deset let a hodiny, ani schéma už dávno nemám. Osobně bych už časovou základnu nestavěl, ale dal před bod „A“ na schématu pouze děličku. Část „není potřeba“ bych tedy ponechal. Myslím že by bylo třeba dělit 100. Ale nejsem si jistý…

Napsat komentář: bob Zrušit odpověď na komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *