專利名稱：數(shù)字計時器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于計時儀器。
在中學(xué)物理教學(xué)儀器配套目錄中編號為0201、型號為J0201、3位或4位數(shù)字顯示、兩路光電控制、時間測量分辨率為1ms的數(shù)字計時器已在大、中學(xué)物理實驗中得以廣泛應(yīng)用，但其具有使用器件多、電路復(fù)雜、體積大、造價高、耗電多等缺點。而普通數(shù)字電子秒表，尤其是當(dāng)前市售具有秒表功能的多功能數(shù)字電子表雖然有結(jié)構(gòu)簡單、體小、價廉、耗電省等優(yōu)點，但由于其時間測量分辨率為10ms，且又是手動控制，不具有實驗所要求時間測量分辨率和光電控制功能。
本實用新型的目的是為大、中學(xué)物理實驗提供一種新型光控數(shù)字計時器，它具有使用器件少、線路簡單、體積小、重量輕、耗電省、造價低、使用方便等優(yōu)點。
本實用新型的目的是通過為數(shù)字電子秒表附加一個使其計數(shù)加快10倍的裝置(振蕩電路)和一個兩路光電控制其計時啟動、停止的裝置(光電控制電路)實現(xiàn)的。用以實現(xiàn)本實用新型目的的數(shù)字電子秒表時間測量分辨率為10ms，其內(nèi)部CMOS集成電路板上接有一只32768HZ石英晶體。所述數(shù)字電子秒表可以是只有秒表功能的數(shù)字電子秒表，亦可以是具有秒表功能的多功能數(shù)字電子表。由于本實用新型只使用上述數(shù)字表的秒表計時功能，故下文中除特別指出外，統(tǒng)稱數(shù)字電子秒表。使數(shù)字電子秒表計數(shù)加快10倍的裝置是一振蕩電路。本實用新型的特征在于將振蕩電路產(chǎn)生的頻率為327680HZ±0.2％的振蕩電信號送入數(shù)字電子秒表內(nèi)的CMOS集成電路，用以代替數(shù)字電子秒表原有的32768HZ時基振蕩信號，從而使數(shù)字電子秒表計數(shù)加塊10倍、時間測量分辨率由原來的10ms提高為1ms；所述振蕩電路與數(shù)字電子秒表內(nèi)電路的聯(lián)接方式是振蕩電路振蕩電信號輸出端接數(shù)字電子秒表內(nèi)CMOS集成電路板上石英晶體的一個接入端，振蕩電路供電電源的正或負(fù)極接石英晶體的另一個接入端(此端是與數(shù)字電子秒表內(nèi)CMOS集成電路板上的1.5V供電電源正極接入端相聯(lián)的)作為公共地線。振蕩電信號的幅度最好等于或大于1.5V以保證數(shù)字電子秒表正常工作，但不亦超過5V，否則有損壞數(shù)字電子秒表內(nèi)CMOS集成電路的可能。應(yīng)注意的是振蕩電路與數(shù)字電子秒表內(nèi)的電路相聯(lián)接后數(shù)字電子秒表內(nèi)電路板上的石英晶體、CMOS集成電路內(nèi)部電容以及線路分布電容對振蕩電路振蕩頻率的影響。說明書附圖2所示電路中11－－16組成的振蕩電路是實現(xiàn)本實用新型的振蕩電路之一。本實用新型還為數(shù)字電子秒表附加了一個兩路光電控制其計時啟動、停止的裝置，該裝置是包括有光電轉(zhuǎn)換器件、控制電路構(gòu)成的光電控制電路，其輸出端接數(shù)字電子秒表內(nèi)電路板上的計時啟動、停止信號輸入端，光電控制電路輸出端送出一個上升躍變的電信號將使數(shù)字電子秒表的計時啟動或停止。說明書附圖2所示電路中1－－10組成的電路是實現(xiàn)本實用新型的光電控制電路之一。
本實用新型與現(xiàn)教學(xué)用J0201型數(shù)字計時器相比，由于采用了結(jié)構(gòu)簡單、體小、價廉、重量輕、耗電省的數(shù)字電子秒表為本實用新型帶來了使用器件少、電路簡單、體積小、重量輕、耗電省、造價低、使用方便等優(yōu)點。由于提高了數(shù)字電子秒表時間測量分辨率并使其具有光電控制計時啟動、停止的功能使本實用新型足以滿足大、中學(xué)物理實驗教學(xué)的要求。故本實用新型將為物理實驗教學(xué)作出積極貢獻。由于可采用5號電池供電，對無電地區(qū)的農(nóng)村中學(xué)尤為適用。
附

圖1是本實用新型數(shù)字計時器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本實用新型數(shù)字計時器實施例的電路圖。
以下結(jié)合附圖詳細描述本實用新型數(shù)字計時器的實施例。它是一種兩路光電控制4位液晶數(shù)字顯示的計時儀器，其時間測量分辨率分1ms和10ms兩檔，對應(yīng)的時間測量范圍是1ms－－5999ms和10ms－－59.99s，相對誤差小于0.2％，耗電小于0.2W，體積12.0cm×7.0cm×3.0cm(長×寬×高)。
附圖1中包括有在塑料支架裝有紅外發(fā)射二極管、光電接收管和聯(lián)接導(dǎo)線的紅外電門A；三接點紅外光電門插座B；插在另一個紅外光電門插座上的三接點紅外光電門插頭C；電源開關(guān)K1；1ms、10ms計時選擇開關(guān)K2；固定在外殼內(nèi)底座上的電路板D；專為具有秒表功能的多功能數(shù)字電子表設(shè)置的功能轉(zhuǎn)換按鈕開關(guān)K3；置零按鈕開關(guān)K4；裝在外殼內(nèi)5號電池卡盒中的四節(jié)5號電池串聯(lián)組成的6V電池組E；通過外殼上表面板所開出矩形孔露出的數(shù)字電子秒表液晶顯示器F；數(shù)字電子秒表G和塑料機殼H。如使用只有秒表功能的數(shù)字電子秒表不必設(shè)置功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K3。
附圖2中包括有由二只紅外發(fā)射二極管TLN107 1、3；二只光電接收管TLP1072、4；二只330Ω電阻5、7；二只3K電阻6、8；CMOS集成電路四、2輸入端與非門CD4011I中的一個2輸入端與非門9；開關(guān)二極管10構(gòu)成的兩路光電控制電路，由CD4011I中的二個2輸入端與非門11、12；一只3.6K電阻13；一只2K可調(diào)電阻14；一只51K電阻15；一只82P瓷片電容16構(gòu)成的1ms計時檔頻率為327680HZ±0.2％的振蕩電路，一只三端穩(wěn)壓器17；一只240Ω電阻18；一只5.1K可調(diào)電阻19；四節(jié)5號電池串聯(lián)組成6V電池組E構(gòu)成的為光控電路，振蕩電路供電的3.5V穩(wěn)壓電源電路，組成電路的還有二只單刀單擲開關(guān)K1、K2；兩只有一對常開觸點的按鈕開關(guān)K3、K4；一粒1.5V扣式電池E1和數(shù)字電子秒表G。
紅外發(fā)射二極管1、光電接收管2和紅外發(fā)射二極管3、光電接收管4分別安裝在紅外光電門塑料支架上(紅外發(fā)射二極管和光電接收管相對安裝使光電接收管能接收到紅外發(fā)射二極管發(fā)射出的紅外光)經(jīng)導(dǎo)線、三接點插頭插座與機殼內(nèi)電路板上的電路接通。圖2虛線框中的元件5－－19安裝在電路板上，開關(guān)K1、K2、K3、K4和數(shù)字電子秒表G安裝在外殼上表面板上。四節(jié)5號電池串聯(lián)的6V電池組E安裝在外殼內(nèi)的5號電池卡盒中。1.5V扣式電池E1安裝在數(shù)字電子秒表G的電池卡座上。
以下詳細描述本實用新型數(shù)字計時器實施例的電路原理及聯(lián)接方式。
本實用新型的電路與同類計時器一樣由電源、控制、振蕩、分頻、譯碼電路和顯示器構(gòu)成。
分頻、譯碼和10ms計時檔的振蕩電路由數(shù)字電子秒表G內(nèi)CMOS集成電路充當(dāng)。用數(shù)字電子秒表G液晶顯示器的后4位數(shù)字作本實用新型的數(shù)字顯示。
3.5V穩(wěn)壓電源聯(lián)接方式如下，6V電池組E的正極通過電源開關(guān)K1接三端穩(wěn)壓器17的電源輸入端，三端穩(wěn)壓器17的調(diào)整端接電阻18的一端、可調(diào)電阻19的一固定端和調(diào)整端，電阻18的另一端接三端穩(wěn)壓器17的輸出端并作為給振蕩電路和光控電路供電的電源正極，可調(diào)電阻19的另一固定端接6V電池組E的負(fù)極并作為給振蕩電路和光控電路供電的電源負(fù)極。使用穩(wěn)壓電源的目的是使振蕩電路的頻率穩(wěn)定以保證儀器的穩(wěn)定度。
3.5V穩(wěn)壓電源的正負(fù)極分別接CD4011I的正負(fù)極電源輸入端為其供電。
光電控制電路聯(lián)接方式如下，二只紅外發(fā)射二極管1、3的正極和二只光電接收管2、4的集電極聯(lián)在一起接3.5V穩(wěn)壓電源正極，電阻5、6、7、8的一端聯(lián)在一起接3.5V穩(wěn)壓電源負(fù)極，電阻5、7的另一端分別接發(fā)射二極管1、3的負(fù)極，電阻6、8的另一端分別接光電接收管2、4的射極并分別接2輸入端與非門9的一個輸入端，與非門9的輸出端接開關(guān)二極管10的正極，開關(guān)二極管10的負(fù)極接數(shù)字電子秒表G內(nèi)CMOS集成電路的啟動、停止信號輸入端。當(dāng)數(shù)字電子秒表G處于準(zhǔn)備啟動計時或準(zhǔn)備停止?fàn)顟B(tài)時二只光電接收管2、4在二只紅外發(fā)射二極管1、3發(fā)射出紅外光的照射下處于低阻狀態(tài)，從而使與非門9的2個輸入端均處于高電平、輸出端處于低電平；當(dāng)任一光電接收管2、4被檔光時該管立即變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，使與非門9的對應(yīng)輸入端變?yōu)榈碗娖?、從而使與非門9輸出端輸出一上升躍變的電信號通過開關(guān)二極管10送入數(shù)字電子秒表G內(nèi)部CMOS電路中的開關(guān)電路啟動或停止計時。
振蕩電路的聯(lián)接方式如下，與非門11的輸出端和與非門12的2個輸入端相聯(lián)并接電阻13的一端，電阻13的另一端接可調(diào)電阻14的調(diào)整端，可調(diào)電阻14的一固定端懸空另一固定端接電阻15和電容16的一端，電阻15的另一端接與非門11的2個輸入端，電容16的另一端接與非門12的輸出端并作為振蕩電路的輸出端通過1ms、10ms計時轉(zhuǎn)換開關(guān)K2接數(shù)字電子秒表G內(nèi)CMOS電路板上石英晶體的一個接入端(石英晶體的另一接入端是與數(shù)字電子秒表內(nèi)電路板上的1.5V供電電源正極輸入端相聯(lián)的)以將振蕩電信號送入數(shù)字電子秒表G內(nèi)的CMOS電路。開關(guān)K2接通時，數(shù)字電子秒表G的時間測量分辨率為1ms；開關(guān)K2斷開時，數(shù)字電子秒表G的時間測量分辨率為10ms。
1.5V扣式電池E1是數(shù)字電子秒表G的供電電源，其正、負(fù)極分別聯(lián)接數(shù)字電子秒表G內(nèi)CMOS集成電路的正、負(fù)極電源輸入端，1.5V扣式電池E1的正極還與3.5V穩(wěn)壓電源正極相聯(lián)作為振蕩信號，光控信號輸入的公共地線。
常開觸點開關(guān)K3為本實用新型的功能轉(zhuǎn)換按鈕開關(guān)，其一端接1.5V扣式電池E1正極，另一端接具有秒表功能的多功能數(shù)字電子表內(nèi)CMOS集成電路的功能轉(zhuǎn)換信號輸入端。若采用只有秒表功能的數(shù)字電子秒表可不設(shè)置此開關(guān)K3。
常開觸點開關(guān)K4為本實用新型的置零按鈕開關(guān)，其一端接1.5V扣式電池E1正極，另一端接數(shù)字電子秒表G置零信號輸入端。使用其完成本實用新型的置零功能。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字計時器，它包括有數(shù)字電子秒表(G)、光電轉(zhuǎn)換器件和電路板(D)，所述電路板(D)上安裝的電路包括有控制電路和振蕩電路，所述數(shù)字電子秒表(G)內(nèi)的CMOS集成電路板上有CMOS集成電路和32768HZ石英晶體接入端，其特征在于將所述振蕩電路產(chǎn)生的頻率為327680HZ±0.2%的振蕩電信號送入所述數(shù)字電子秒表(G)內(nèi)的CMOS集成電路，該振蕩電路振蕩電信號輸出端接所述石英晶體接入端。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字計時器，其特征在于給數(shù)字電子秒表(G)附加了一組光電控制其計時啟動、停止的包括有光電轉(zhuǎn)換器件、控制電路的裝置。
3.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字計時器，其特征在于所述數(shù)字電子秒表(G)采用的是時間測量分辨率為10ms的數(shù)字電子秒表。
4.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字計時器，其特征在于所述數(shù)字電子秒表(G)采用的是只有秒表功能的數(shù)字電子秒表或具有秒表功能的多功能數(shù)字電子表。
專利摘要本實用新型數(shù)字計時器屬于計時儀器。由于普通數(shù)字電子秒表時間測量分辨率為10ms，且又是手動控制，無法滿足較高精確度物理實驗教學(xué)的要求，本實用新型給數(shù)字電子秒表附加了一組使其計數(shù)加快10倍的裝置(振蕩電路)和一組光電控制其計時啟動、停止的裝置(光電控制電路)，將數(shù)字電子秒表時間測量分辨率提高到1ms并使之具有光電控制功能，從而為物理實驗教學(xué)提供了一種新型計時儀器。
文檔編號G04F7/08GK2071805SQ9020646
公開日1991年2月20日 申請日期1990年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月12日
發(fā)明者周新 申請人:周新