多路可编程时间控制器

许多电子爱好者都喜欢制作时间控制器，用于家庭时间控制及为学校、单位自动打铃等。由于工作上的需要，本人设计制作了一种新颖的多路可编程时间控制器，用于本厂各部门按作息时间自动打铃，效果很好。该时间控制器具有四路独立的时间控制通道，可同时控制四路不同的负载，每路最大控制时间点为1024点，且结构简单合理，性能稳定可靠。由于采用了性能优良的静态随机存取存贮器（RAM），不仅大大提高了其通道和容量，而且使控制时间的设置彻底摆脱了传统的硬接线设置法，以类似于微机用键盘输入程序的“软”方式，通过改变面板上各控制按钮、开关的状态和位置将控制时间“程序”输入静态随机存取存贮器（RAM）内，所以控制时间的设置非常方便可靠，同时还可以对输入的各控制时间点进行检查、修改。

我们知道，静态随机存取存贮器RAM具有很强的随机编程的功能，本电路正是利用RAM的这一独特功能来实现的。电路中选用的RAM型号为Inte2114，图1为2114引脚排列图。它有10根地址线，4根数据线，由工作模式表可知，当CS-=0，改变R／W-端的电位即可使RAM工作在“读”状态或“写”状态。

图2为整机电原理图，图中虚框①为目前市售最常见的LM8361电子数字钟电路，它的作用有两个：其一是显示各种时间（包括正常走时时间显示、校调时间显示和控制时间输入显示）；其二是在编程输入时将控制时间和在控制状态时的正常走时时间均作为RAM的地址信息送入RAM，使RAM准确不误地工作。在数字钟电路中，K\(_{1}\)、K2、K\(_{3}\)、K4、K\(_{5}\)、K6和K\(_{7}\)分别为快校、慢校、秒显示、闹显示、定时显示、止闹和暂停开关。按下K1、K\(_{2}\)可对时间进行校调，首先按下K1显示器数字会迅速变化，待接近需要校调的时间松开K\(_{1}\)，再按下K2，显示器上的数字就缓慢变化，直到跳到所需时间松开K\(_{2}\)。按下K3，显示器即显示分的个位和秒的读数，如需校准秒，可按下K\(_{1}\)和K2。按下K\(_{4}\)，显示器显示出预置的闹时时间，若要改变闹时时间，同样按K1、K\(_{2}\)。按下K5，显示器显示出定时时间，若要改变定时时间，可按K\(_{1}\)、K2，显示器数字将在59分钟范围内不断变化。若要止闹，可按下K\(_{6}\)，若要暂停，可按下K7。

虚框②为电平匹配转换部分。由于电子数字钟的工作电压（各笔划段输出对29脚的电压为高电平时约为8.5V）与RAM工作电压（高电平时约5V）不同，必须使其相互匹配，其原理比较简单，当数字钟笔划段对地（29脚）输出为高电平（8.5V）时，晶体管饱和。其集电极输出电压接近于0V，即为低电平；当笔划段输出为低电平（0V）时，晶体管截止，其集电极输出电压接近于电源电压5V，即为高电平。这样电压电平统一变换为0V和5V，同时还将数字钟笔划段输出信号反相。

虚框③为时间存贮与控制部分。这部分核心为两块RAM（Intel2114），AN\(_{1}\)—AN2为两RAM读写控制联动按钮，当不按动AN\(_{1}\)—AN2时；它们的R／W-脚都接在+5V高电位，两个RAM同时工作于“读”状态（即数据线变为输出线，向外输出信号）；当按下AN\(_{1}\)—AN2时，两个R／W-脚各通过一个10k电阻接地为低电位，两个RAM同时工作于“写”状态（即数据线变为输入线，从数据线上输入信号）。K\(_{a}\)、Kb、K\(_{c}\)、Kd和K\(_{a}\)＇、Kb＇、K\(_{c}\)＇、Kd＇分别为两RAM数据输入选择开关，当RAM输入信息时，改变这些开关的位置，即可使输入到RAM的信息是0或是1，例如K\(_{a}\)扳至上端则输入的信息为1，反之则为0；当RAM输出信息时，RAM的数据线变为输出线，相当于四个低内阻信号源，所以无论Ka、K\(_{b}\)……Kc＇、K\(_{d}\)＇扳向什么位置均不会影响RAM向外输出信号。

虚框④为控制时间输出及显示电路。当两RAM的两个相对应数据线输出均为1时（如A与A＇），通过二极管与门电路运算后，输出为1，此时三极管饱和导通，发光二极管发亮，同时三极管集电极由高电平1变为低电平0，输出一负脉冲触发信号；反之，当两数据线输出有一不为1或全为0时，与门输出为低电平0，三极管截止，发光二极管不发亮，同时三极管集电极电压保持高电平1不变，无负脉冲输出。

从电路中我们看出，电子数字钟输出的分、十分、时各字段均为七段码。为了使时间信息能加到RAM地址线上，必须减少各字段的笔划段数，而且减少后的笔划段应能正确无误地区分各字段要求输出的数字（如分和时要输出0～9十个数字、十分要输出0～5六个数字）。经分析发现各字段只要取a、b、e、f、g这五段特征码即能满足上述要求，当各字段以七段码显示0～9十个数字时，对应的a、b、e、f、g五段特征码的逻辑代码为：11110（0），01000（1），11101（2），11001（3），01011（4），10011（5），10111（6），11000（7），11111（8），11011（9）。所以用a、b、e、f、g五段特征码既能正确无误地区分各字段输出的数字又满足了时间信息输出线数目与RAM地址线数目相吻合的要求。图中，各字段以a、b、e、f、g五段特征码引出的时间信息通过电平匹配转换部分转换电压电平后，加到两个RAM的地址线上。从图中可以看出，数字钟的时和十时作为RAM\(_{1}\)的地址，分和十分作为RAM2的地址。当显示器显示的时间不同时，其总的地址信息也就不同，这样就把各种时间分开，每个2114RAM地址线为十根，最大存贮容量可达2\(^{1}\)0=1024，所以其时间容量是相当高的。

设置控制时间时，按下K\(_{4}\)，显示器显示出原预置控制时间，按K1、K\(_{2}\)，调整到现在要设置的控制时间上，此时，在RAM1、RAM\(_{2}\)上得到一个与该控制时间相对应的地址信息，选择一个通道，如选择第一通道，即可在这一通道将该控制时间记录存贮下来，其过程是：将Ka、K\(_{a}\)＇扳到1位置，按下AN1—AN\(_{2}\)联动按钮，RAM1和RAM\(_{2}\)的R/W-端均为0电位，处于“写”状态，于是将第一通道两个数据线上的1信号分别写入两个RAM内。其余各控制时间依此法逐个输入，控制时间不同，输入1信号到两RAM中的地址单元也就不同。理论上，每一通道可设置的控制时间点为1024点，实际上已能远远满足要求。

当一系列控制时间输入到RAM后，本时间控制器就能在走到某个控制时间时准确无误地发出一个负脉冲信号。然后由该负脉冲信号去触发控制各种设备工作（例如触发一延时电路去控制打铃），其控制过程下面进一步阐述。

由前述可知，当数字钟处于正常走时工作状态时，RAM的地址信息随着显示器显示时间的变化而变化，当到达某个控制时间时，RAM上的地址信息正好与原存入的该控制时间的地址相吻合，且RW-端为高电位，处于“读”状态，这时RAM\(_{1}\)和RAM2在某一通道的数据线上均输出1，例如第一通道两数据线A和A＇输出均为1，则通过二极管与门电路的作用，也输出1信号，三极管饱和导通，发光二极管发亮，同时三极管集电极输出一负脉冲信号，迟续一分钟。

当显示器上显示的走时时间与控制时间不相符时，则两数据线输出的信号不会同时为1，二极管与门输出也就一直为0，保持不变，三极管截止，发光二极管不发亮，三极管集电极保持高电平不变，无负脉冲信号产生。

同理，利用数字钟的定时功能，能方便地进行多点定时控制，这里不再赘述。

该时间控制器制作比较灵活，它可与各种带闹功能的电子数字钟配合。电子钟部份电路如图3所示。可自己购买集成电路与整机一起设计印刷电路板装配，也可直接购买数字钟成品与控制器配接，究竟采用哪种方案好，可根据自己的具体情况酌情考虑。元器件的选择除RAM外，其它无特殊要求，RAM的功能要完好，要正品，晶体管业余品都可用，电阻为一般碳膜电阻，印刷线路板可根据自己的实际情况灵活设计。本电路对电源的要求是电子数字钟最好采用单独的电源变压器，控制部分5V稳压电源如图4所示，也以单独供电为好，由于此部分功耗并不太大，用2～3W小型电源变压器即可。RAM最好不要直接焊在线路板上，较好的方法是为RAM配上插座，这样既使用灵活方便，工作又安全可靠。焊接装配完毕，仔细检查后，即可通电调试，一般只要数字钟工作完好，RAM为正品，不用复杂的调试即可工作，这样总的调试任务就只限于按工作原理所述进行一些必要的功能检验调试。通电调试时，首先将RAM清0，方法是：将K\(_{a}\)、Kb……K\(_{c}\)＇、Kd＇各开关均扳至0位置，按下AN\(_{1}\)—AN2联动开关，使RAM工作于写状态，接通数字钟闹显示开关K\(_{4}\)，此时显示器显示出控制时间，然后按动K1、K\(_{2}\)校调控制时间，则显示器显示的控制时间不断加1递增，最后回到起始控制时间，这样就将全部24小时时间所对应的RAM存贮单元全部清了0。

清0完毕，即可对整机进行读、写功能的检验调试，自己先编制一串控制时间，然后逐个输入，检查各控制时间是否真正输入，可通过每次控制时间输入完毕，放开AN\(_{1}\)—AN2联动开关时，对应通道内发光二极管是否发亮来判断，如发亮，说明该控制时间已准确无误输入了，否则没有。

各控制时间输入完毕并检查无误后，下一步进行读功能的检验调试。方法有二，一是校调控制时间，看是否在各控制时间位置发光二极管发亮，发亮即工作正常，否则不正常；二是实际走时或走时校调检验，判定方法同上。一般经过上述各种检验调试后，即可投入使用。

任何一台设备投入运行后，应保证其正常可靠，否则将失去其本身的意义甚至带来损失。为保证本时间控制器的正常运行，应注意以下几点：

1．由于控制时间存放于RAM中，一旦RAM失电，其内部存贮的信息会全部破坏，造成控制的失误。所以RAM一经写入信息应始终保持不断电。本电路中，在RAM供电部分加入了备用电池，它能在市电突然断电的情况下，同时接通电路向RAM部分供电，并能在市电再来时自动退出电路，转由市电供电，保证了RAM中存贮的信息不受破坏。

2．时钟部分的工作也应不受市电的牵制，电子钟最好采用电池供电、石英晶体振荡的电子数字钟（如MM5316N）。本电路选择LM8361主要考虑其经济方便，另外本厂备有交直流自动转换逆变器，所以由此采用数字钟LM8361是可行的。

3．多路（多通道）同时运行时，应注意各路控制时间输入时相互牵制影响，否则，输入的时间程序很容易出错。在多路编程时，我们千万要注意，当正在输入的某个控制时间与某路或某几路某个控制时间相同时，应将那路或那几路的输入选择开关扳至1位置；对于有一半相同的情况，即“时”同、“分”不同或“分”同、“时”不同，应将相同的那一半所对应的输入选择开关扳到1位置，不相同的扳至0位置。（刘国中）