PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3230217C2 23.02.1989
Titel Schaltungsanordnung zur Eingabe und zum Auslösen von Zusatzfunktionen einer Uhr
Anmelder Braun AG, 6000 Frankfurt, DE
Erfinder Hoffmann, Harald, Dr., 6240 Königstein, DE;
Pächer, Lothar, 6500 Mainz, DE
DE-Anmeldedatum 13.08.1982
DE-Aktenzeichen 3230217
Offenlegungstag 23.02.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.02.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1989
IPC-Hauptklasse G04C 21/16
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist eine integrierte Schaltung für eine Uhr oder ein Uhrenradio mit analoger Zeitansage. Die integrierte Schaltung weist mehrere Anschlüsse zur Steuerung und Regelung der zeitanzeigenden Mittel und einen einzelnen, bidirektionalen Anschluß zur Eingabe mehrerer Zusatzfunktionen der Uhr bzw. des Uhrenradios, wie Weckwiederholung, Alarmauslösung, Einschlafautomatik usw. sowie zur Auslösung dieser Zusatzfunktionen auf. Die integrierte Schaltung selbst enthält ein zusätzliches Schalt netz werk, das mit dem einzelnen bidirektionalen Anschluß verbunden ist und mehrere J/K-Flip-Flops enthält, deren Eingänge über Gatterschaltungen mit den Eingangs- und Ausgangsgrößen zur Eingabe bzw. Auslösung der Zusatzfunktionen beaufschlagt sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Eingabe und zum Auslösen von Zusatzfunktionen einer Uhr oder eines Uhrenradios mit analoger Zeitanzeige wie Weckwiederholung, Alarmauslösung, Einschlafautomatik, 12- bzw. 24- Stunden-Alarmwiederholung u. dgl. in eine integrierte Schaltung der Uhr bzw. des Uhrenradios, die an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und mehrere Anschlüsse zur Steuerung und Regelung der zeitanzeigenden Mittel der Uhr bzw. des Uhrenradios und einen Zähler mit Frequenzteilern aufweist.

Eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-OS 28 50 286 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung weist jedoch zur Eingabe von Zusatzfunktionen mehrere getrennte Ein- und Ausgänge auf, über die die betreffenden Zusatzfunktionen eingestellt bzw. ausgelöst werden. Wird nur ein Teil der Zusatzfunktionen verwendet, so werden nur die betreffenden Ein- und Ausgänge dieser Zusatzfunktionen belegt, während die anderen Ein- bzw. Ausgänge unbelegt sind, was zu erhöhten Herstellungskosten des integrierten Bausteines führt.

Aus der DE-OS 30 15 536 ist eine batteriebetriebene elektrische Schlagwerksuhr mit uhrzeitabhängig programmgesteuertem elektroakustischem Signalgeber bekannt, bei der der Ausgang einer Batteriespannungs-Kontrollschaltung auf einen Umsteuereingang einer Signalfolge-Programmsteuerung für eine abzustrahlende Zeiterkennungs-Klangfolge geführt ist. Die bekannte Schaltungsanordnung weist einen integrierten Schaltkreis für die Funktionen der Schwingschaltung, der Teilerstufen, der Batteriespannungs-Kontrollschaltung und der Schlagwerkssteuerung sowie eine weitere integrierte Schaltung für die Tonerzeugungsschaltung, die aus einer Signalfolge-Programmsteuerung mit einer Klangbildnerschaltung besteht, auf. Um einen zusätzlichen Anschluß bei beiden integrierten Schaltkreisen zu vermeiden wird unter Berücksichtigung einer kritisch abgesunkenen Batteriespannung beim Gegenstand der bekannten Schaltungsanordnung die Funktion des die kritisch abgesunkene Batteriespannung anzeigenden Umsteuersignals in das Ansteuersignal für die Tonerzeugung gelegt, indem von einer Pulslängenkodierung Gebrauch gemacht wird. Damit wird zwar jeweils ein Anschlußpol an beiden integrierten Schaltkreisen eingespart, für die Einstellung und Auslösung der Zusatzfunktionen sind jedoch getrennte integrierte Schaltkreise erforderlich.

Aus der Zeitschrift "Electronics", 31. Januar 1972, Seiten 66 bis 69, ist ein integrierter Schaltkreis für verschiedene Zusatzfunktionen wie Alarmauslösung, Einschlafautomatik u. dgl. bekannt, bei dem voneinander getrennte Eingänge für die Zusatzfunktionen vorgesehen sind, die mit entsprechenden Blöcken der integrierten Schaltung verbunden sind.

Aus der DE-AS 27 19 207 ist eine quarzgesteuerte elektronische Uhr mit Alarmeinrichtung bekannt, die eine mit der Quarzfrequenz beaufschlagte Frequenzteilerkette zur Erzeugung des Zeittaktes, eine den Alarm abgebende Einheit, einen durch einen Zeitkontrollmechanismus betätigbaren Alarm-Zeitschalter, einen manuell betätigbaren Alarm-Abstellschalter und eine Speichereinrichtung für die Betriebszustände der Schalter umfassende Alarmsignalsteuerschaltung enthält. Der Alarm-Zeitschalter und der Abstellschalter sind Teile einer kombinatorischen Schaltungsanordnung, die einen Pull-Up-Widerstand enthält, dessen logische Ausgangssignale an die Speichereinrichtung abgegeben werden. Alarmsignalsteuerung erfolgt über die Ausgangssignale der Speichereinrichtung, indem eine vorbestimmte Alarm-Steuerfunktion festgestellt wird, die dem Betriebszustand des Zeitschalters und des Abstellschalters entspricht. Zwar ist bei der bekannten Anordnung für die Alarmsignalsteuerung nur ein Eingang erforderlich, jedoch muß eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Betriebszustände der Schalter vorgesehen werden, um die gewünschte Zusatzfunktion korrekt auszuführen. Die Auslösung der betreffenden Zusatzfunktion erfolgt über getrennte Ausgänge der integrierten Schaltung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die die Anordnung von Schaltern für Zusatzfunktionen an einem bidirektionalen Ein-/Ausgang einer integrierten Schaltung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Anordnung von Schaltern für Zusatzfunktionen an einem bidirektionalen Ein-/Ausgang einer integrierten Schaltung, wozu ein auf der integrierten Schaltung integriertes Schaltnetzwerk vorgesehen ist, das mit dem betreffenden bidirektionalen Ein-/Ausgang der integrierten Schaltung verbunden ist und in Abhängigkeit von der Stellung der externen Schalter die verschiedenen Zusatzfunktionen auslöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das die Zusatzfunktionen auslösende Schaltelement aus einem Schalttransistor besteht, dessen Basis über einen dritten Widerstand mit dem bidirektionalen Anschluß verbunden ist und dessen Kollektor- Emitter-Strecke in Reihe zu einem elektromagnetischen Summer oder Piezoelement-Summer an die Spannungsquelle angeschlossen ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Piezoelement eine Induktivität geschaltet ist, deren Selbstinduktionsspannung durch unterschiedliche Einschaltzeiten eines elektronischen Schalters, der mit einer in der integrierten Schaltung enthaltenen Impulsbreiten-Steuerschaltung verbunden ist, die Impulse mit konstanter Wecktaktfrequenz und unterschiedlicher Impulsbreite an den elektronischen Schalter abgibt, gesteuert wird, wobei mit steigender, von der Induktivität an das Piezoelement abgegebener Selbstinduktionsspannung die Wecklautstärke ansteigt.

Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht es zusätzlich, über den einen bidirektionalen Anschluß auch unterschiedliche Wecklautstärken, vorzugsweise Wecklautstärken mit ansteigender Lautstärke, zu ermöglichen. Für diese zusätzliche Möglichkeit ist lediglich eine Erweiterung der elektronischen Schaltung erforderlich, und kein weiterer Anschlußstift in dieser Schaltung muß dabei zur Realisierung dieser Zusatzfunktion belegt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die externe Beschaltung eines Analoguhren- Schaltkreises,

Fig. 2 die externe Beschaltung eines integrierten Schaltkreises für ein Analog-Uhrenradio,

Fig. 3 einen Zustandsgraph zur Definition der gewünschten Schaltungsfunktionen bzw. deren Auslösung und Ablauf,

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild des in den integrierten Schaltkreis einer analoganzeigenden Uhr oder eines Uhrenradios enthaltenen Schaltnetzwerkes zur Realisierung der Zusatzfunktionen und

Fig. 5 ein Schaltbild zur Erzeugung eines Referenztaktes zur Ansteuerung der in der Schaltung gemäß Fig. 4 verwendeten JK-Flip-Flops.

Das in Fig. 1 dargestellte Schaltbild zeigt einen integrierten Analoguhren-Schaltkreis 2, der an eine Speisespannungsquelle 1 angeschlossen ist. Der integrierte Schaltkreis 2 enthält eine Steuer- und Regeleinrichtung zur Steuerung und Regelung der zeitanzeigenden Mittel der Analoguhr. Eine derartige Steuer- und Regeleinrichtung ist beispielsweise auch in den deutschen Patenten DE-PS 23 05 682, DE-PS 28 50 295, DE-PS 28 50 325 und der DE-OS 28 50 357 beschrieben. Diese Steuer- und Regeleinrichtung steuert den Zeittakt der Analoguhr und ist beispielsweise über einen Anschluß mit einem als Zeitnormal dienenden Oszillator verbunden und weist eine interne Teilerkette auf, an der verschiedene Frequenzen abgegriffen werden können.

Erfindungsgemäß ist zusätzlich zur Steuer- und Regeleinrichtung ein Schaltnetzwerk 20 vorgesehen, das mit nur einem einzigen bidirektionalen Anschluß 3 des integrierten Schaltkreises 2 verbunden ist. Dieser Anschluß ist bei den üblichen Analoguhren-Schaltkreisen für die Abgabe eines Alarmsignales ohnehin vorhanden und kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung dahingehend erweitert werden, daß neben der reinen Alarmauslösung auch weitere Funktionen eingegeben und ausgelöst werden können.

Der bidirektionale Anschluß 3 ist mit einer externen Beschaltung versehen, die aus einer Reihe von Schaltern bzw. Tastern 4, 5, 6 und einer Summer-Anordnung 7, 81, 82 besteht. So ist beispielsweise mit dem bidirektionalen Anschluß 3 über einen Widerstand 17 ein Ziffernblatt-Schalter 4 verbunden, der geschlossen wird, wenn die Zeitanzeige der Analoguhr eine bestimmte, voreinstellbare Stellung erreicht hat. Darüber hinaus ist mit dem bidirektionalen Anschluß 3 ein Ausschalter zur Alarmauslösung 5 und in Reihe zu einem Widerstand 18 ein Einschalter 6 für Weckzeitwiederholung verbunden.

Über einen Widerstand 19 ist die Basis eines Transistors 7 an den bidirektionalen Anschluß 3 angeschlossen, in Reihe zu dessen Kollektor-Emitter-Strecke wahlweise eine Induktivität 81 oder ein Piezosummer 82 angeordnet ist, aber auch ein elektromagnetischer Summer angeordnet werden kann.

Durch Einstellen einer bestimmten Weckzeit an der Analoguhr wird beispielsweise zum betreffenden Zeitpunkt der Ziffernblatt-Schalter 4 geschlossen und ein entsprechendes Signal über den bidirektionalen Anschluß 3 an das Schaltnetzwerk 20 abgegeben. Ist der Alarmschalter 5 geöffnet, so wird zu dem betreffenden Zeitpunkt über den bidirektionalen Anschluß 3 die Basis des Transistors 7 mit einer Impulsreihe angesteuert, so daß im betreffenden Impulstakt der Piezosummer 81, 82 bzw. der elektromagnetische Summer schwingt und das Alarmsignal ertönt. Durch Einschalten des Schalters 5 wird der Transistor 7 gesperrt, so daß das Alarmsignal endet. Wird dagegen der Schalter 6 zur Wecksignalwiederholung eingeschaltet, so ertönt nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne das Wecksignal erneut, da über den bidirektionalen Anschluß 3 wiederum die Basis des Transistors 7 über den Widerstand 19 angesteuert wird.

Die Mehrfachfunktionen der Analoguhr werden dabei ausschließlich über den bidirektionalen Anschluß 3 vom Schaltnetzwerk 20 ausgelöst, dessen näherer Aufbau im Zusammenhang mit dem Zustandsgraph gemäß Fig. 3 und dem detaillierten Schaltbild gemäß Fig. 4 näher erläutert werden soll.

In Fig. 2 ist die externe Beschaltung der Spannungsversorgungsanschlüsse sowie des bidirektionalen Anschlusses 3 eines integrierten Schaltkreises 2 dargestellt, der für den Einsatz in einem Analog-Uhrenradio verwendet wird. Die Spannungsversorgungs-Anschlüsse des integrierten Schaltkreises 2 sind an eine Spannungsquelle 1, vorzugsweise eine Batterie mit einer Spannung zwischen 1,2 bis 1,8 Volt angeschlossen. Analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 enthält der integrierte Schaltkreis 2 eine nicht näher dargestellte Zeittaktschaltung, die mit einem Referenz- Oszillator, vorzugsweise einem Quarzoszillator, verbunden ist und die als Ist-Frequenz beispielsweise die von der Sensorspule eines Uhrenmotors abgegebene drehzahlproportionale Frequenz des Uhrenmotors erhält.

Der bidirektionale Anschluß 3 ist über einen ersten Schalter 12 mit dem Ausschalter 10 eines kombinierten Ein/Aus-Schalters 9, 10 zum Ein- bzw. Ausschalten des Radioteils des Analog-Uhrenradios mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 1 verbunden. Der erste Schalter 12 dient zum Ausschalten des Alarms und zum Einschalten der Einschlafautomatik. Zusätzlich ist der bidirektionale Anschluß 3 über einen ersten Widerstand 17, einen Ziffernblattschalter 4 und einen Weckbereitschaftsschalter 11 ebenfalls mit dem Ausschalter 10 des kombinierten Ein/-Aus-Schalters 9, 10 für das Radioteil verbunden.

Über einen Schalter 13 zum Ausschalten der Einschlafautomatik und zum Einschalten der Weckwiederholung sowie einen zweiten Widerstand 18 ist der bidirektionale Anschluß 3 mit dem negativen Pol der Spannungsversorgung 1 für die Versorgung des integrierten Schaltkreises 2 verbunden. Zusätzliche Verbindungen des bidirektionalen Anschlusses 3 führen zu dem Eingang eines Integrators 15 sowie über einen Wecktakt-Schalter 16 und einen nicht näher bezifferten Kondensator zum Niederfrequenzverstärker des Radioteils. Dieser Wecktakt-Einschalter 16 ist zusätzlich mit dem negativen Pol der Spannungsversorgung für das Radioteil V- sowie mit dem Zwischenfrequenzteil des Radioteils verbunden.

Der Integrator 15 ist zusätzlich mit dem negativen Pol der Spannungsversorgungsquelle 1 und mit dem negativen Pol V- zur Spannungsversorgung des Radioteils verbunden und ausgangsseitig an die Basis eines Schalttransistors 14 angeschlossen, dessen Emitter mit der Verbindung des Weckbereitschaftsschalters 11 und des Ausschalters 10 des kombinierten Ein/-Aus-Schalters 9, 10 zum Ein- bzw. Ausschalten des Radioteiles verbunden ist. Der Kollektor des Schalttransistors 14 ist über den Einschalter 9 des kombinierten Ein/Aus-Schalters 9, 10 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle V+ verbunden und führt zum positiven Versorgungsanschluß des Radioteiles.

Ähnlich wie bei der Darstellung gemäß Fig. 1 werden die Mehrfachfunktionen des Analog-Uhrenradios ausschließlich über den bidirektionalen Anschluß 3 vom Schaltnetzwerk 20 innerhalb des integrierten Schaltkreises 2 ausgelöst, dessen näherer Aufbau im Zusammenhang mit dem Zustandsgraph gemäß Fig. 3 und dem detaillierten Schaltbild gemäß Fig. 4 näher erläutert werden soll.

Der in Fig. 3 dargestellte Zustandsgraph gibt die Realisierung der gewünschten Schaltungsfunktionen bzw. deren Auflösung und Ablauf gemäß der nachstehenden Tabelle wieder.



Hierbei wurden als auszulösende Funktionen der Alarmtakt, die Einschlaffunktion, die Weckwiederholung sowie die Ausschaltung des Wecktaktes, die Ausschaltung des Alarms und die Ausschaltung der Einschlaffunktion, das Rückwärtslaufen der Einschlaffunktion bis maximal 64 Minuten, das Ausschalten des Alarmzustandes, das Zurückschalten des Alarmzustandes und die Aktivierung der Weckwiederholung angenommen. Aus diesen auszulösenden Funktionen ergibt sich der jeweilige Schaltungszustand, der die in der Tabelle dargestellten Eingangs- bzw. Ausgangsbedingungen mit den entsprechenden Pegeln zur Folge hat.

Der in Fig. 3 dargestellte Zustandsgraph dient der eindeutigen Definition der Verknüpfung der Eingangs- und Ausgangsgrößen, die durch die beiden Verktorgleichungen

Z = f (E, Z)

A = g (E, Z)

beschrieben werden. Dabei bedeuten E die jeweiligen Eingangsgrößen und Z die jeweiligen Zustands- bzw. Ausgangsgrößen:

E&sub1; = Eingang

E&sub2; = Zählerausgang 8 Minuten

E&sub3; = Zählerausgang 64 Minuten

E&sub4; = Wecktakt 512 Hz

Z&sub1; = Alarmmode

Z&sub2; = Snoozemode bzw. Weckwiederholungszustand

Z&sub3; = Resetmode bzw. Rücksetzzustand

Z&sub1; · Z&sub2; = Sleepmode bzw. Einschlafzustand

Die in Fig. 3 dargestellten einzelnen Zustände sind mit den Buchstaben A bis H bezeichnet und werden nachfolgend in dieser Reihenfolge beschrieben. In der Darstellung bedeuten eine 0 eine logische 0, eine 1 eine logische 1 und ein X eine logische 0 oder 1.

Im Wartemode A sind sämtliche drei Zustandsgrößen Z gleich 0. Der Ziffernblattschalter 4 des Analoguhrwerkes ist geöffnet und der bidirektionale Ausgang 3 nicht aktiv und hochohmig 0. Wird am Eingang des bidirektionalen Anschlusses 3 der Logikpegel 1 angelegt, beispielsweise durch Schließen des Ziffernblattschalters 4 oder des Schalters 12 zum Einschalten der Einschlafautomatik, so geht die Schaltung mit der nächsten aktiven Referenztaktflanke in den Resetmode bzw. Rücksetzzustand B. Im Resetmode nehmen die drei Zustandsgrößen Z&sub1; bis Z&sub3; den Zustand logisch 1 an, und es erfolgt die Rückstellung der Zähler für die Weckzeit, die im vorliegenden Beispiel auf 8 Minuten gewählt wurde, bzw. die Rückstellung der Zähler für die Einschlafzeit, die im vorliegenden Beispiel auf 64 Minuten festgelegt wurde. Der Ausgang des bidirektionalen Anschlusses 3 wird aktiviert und schaltet auf eine logische 0.

Ist der Eingangspegel niederohmig 1, beispielsweise durch eingeschaltete Einschlaftaste 12, so geht die Schaltung mit dem nächsten Takt in den Sleepmode bzw. Einschlafzustand, da der Eingang auf der logischen 1 bleibt. Ist der Pegel dagegen hochohmig 1, so bricht der Pegel auf 0 zusammen, da beispielsweise der Ziffernblattschalter 4 geschlossen ist und eine Spannungsteilung durch die in Fig. 1 dargestellten Innenwiderstände RI 1 und RI 2 in der integrierten Schaltung erfolgt. Ist der Pegel auf 0 zusammengebrochen, so geht die Schaltung mit dem nächsten Takt in den Alarmzustand C.

Im Alarmzustand C sind die Zustandsgrößen Z&sub1; = 1, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 0. In diesem Zustand wird der von der im integrierten Schaltkreis enthaltenen Teilerkette zur Herabteilung der Oszillatorfrequenz erzeugte Wecktakt auf den bidirektionalen Anschluß 3 geschaltet. Von diesem Zustand ausgehend, kann die Schaltung durch Betätigung der 12/24-Alarm-Austaste oder nach Ablauf der vorgewählten Weckzeitdauer von beispielsweise 8 Minuten in den Ruhezustand G mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 0, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 1 übergehen. Dies kann lediglich mit der aktiven Referenztaktflanke erfolgen.

Wird die Weckwiederholungstaste 13 betätigt, so geht die Schaltung mit der folgenden aktiven Referenztaktflanke in den Resetmode bzw. Rücksetzzustand mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 0, Z&sub2; = 1 und Z&sub3; = 1 über. Die im integrierten Schaltkreis 2 enthaltene interne Teilerkette wird dabei auf 0 gesetzt.

Im Weckwiederholungszustand bzw. Snoozemode E betragen die Zustandsgrößen Z&sub1; = 0, Z&sub2; = 1 und Z&sub3; = 0, und die Schaltung bleibt in diesem Zustand, in dem der Ausgang des bidirektionalen Anschlusses 3 niederohmig 0 ist bis entweder die Snoozezeit von 8 Minuten abgelaufen ist oder die 12/24-Stunden-Alarm-Austaste betätigt wurde. Nach Ablauf der Snoozezeit geht die Schaltung in den Resetmode bzw. Rücksetz-Zustand F mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 1, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 1 bzw. bei Betätigung der 12/24- Stunden-Alarm-Austaste in den Ruhezustand G mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 0, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 1 über.

Im Resetmode bzw. Rücksetzzustand F bzw. im Zustand der ausgeschalteten Weckwiederholung sind die Zustandsgrößen Z&sub1; = 1, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 1 gesetzt, und die interne Teilerkette des integrierten Schaltkreises 2 wird auf 0 zurückgestellt. Die Schaltung geht dann wieder in den Alarmzustand B mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 1, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 0 über, so daß der Ausgang des bidirektionalen Anschlusses 3 wieder ein Wecksignal abgibt.

Die Schaltung befindet sich im Ruhezustand G mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 0, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 1 mit einem hochohmigen, eine logische 1 aufweisenden Ausgang des bidirektionalen Anschlusses 3 bei geschlossenem Ziffernblattschalter, bis der Ziffernblattschalter 4 des Uhrwerks wieder öffnet. Danach geht die Schaltung in den Wartezustand A über, bis durch den Eingang des bidirektionalen Anschlusses 3 erneut eine der Mehrfachfunktionen ausgelöst wird. Wie dem in Fig. 3 dargestellten Zustandsgraph zu entnehmen ist, kann die Schaltung aus dem Ruhezustand G nur in den Wartezustand A mit den Zustandsgrößen Z&sub1; = 0, Z&sub2; = 0 und Z&sub3; = 0 gebracht werden.

Im Einschlafzustand bzw. Sleepmode H sind die Zustandsgrößen Z&sub1; = 1, Z&sub2; = 1 und Z&sub3; = 0, wobei der Ausgang niederohmig logisch 1 ist. Vom Sleepmode H geht die Schaltung entweder durch Betätigung der Taste 13 gemäß Fig. 2 oder nach Ablauf der Einschlafzeit wieder in den Wartezustand A über.

Wie aus dem in Fig. 3 dargestellten Zustandsgraph hervorgeht, sind bei dem gewählten Ausführungsbeispiel durch die gewünschten Funktionen acht verschiedene Schaltungszustände möglich. Zur Realisierung dieser acht verschiedenen Schaltungszustände werden drei bistabile Speicherelemente benötigt, da die dritte Potenz von 2 gleich 8 ist.

Das in Fig. 4 dargestellte detaillierte Schaltbild zur Realisierung der verschiedenen Schaltungszustände zeigt drei bistabile Speicherelemente in Form von J/K-Flip-Flops 21, 22, 23, deren J- bzw. K-Eingänge von einem Gatterschaltkreis angesteuert werden, an dessen Eingänge die verschiedenen Zustandsgrößen Z bzw. und Eingangsgrößen E bzw. anliegen. Die Ausgänge Z&sub1;, &sub1; bzw. Z&sub2;, &sub2; bzw. Z&sub3;, &sub3; der drei J/K-Flip-Flops 21, 22, 23 werden zurückgeführt bzw. über ein weiteres Gatter- Netzwerk 36 und ein Verstärkungsglied 37 an den bidirektionalen Anschluß 3 gelegt.

Die für den Betrieb der Schaltung benötigten Taktfrequenzen werden der in dem integrierten Schaltkreis 2 zum Betrieb der Analoguhr bzw. des Analoguhrenradios bereits vorhandenen Teilerkette entnommen. Je nach gewählter Alarm-, Weckwiederholungs- und Einschlafzeit wird eine zusätzliche Anzahl von Flip-Flops benötigt, die in der Teilerkette 24 enthalten sind. Mit diesen zusätzlichen Flip-Flops werden die gewählten Zeiten von beispielsweise 8 Minuten für die Weckwiederholung oder 64 Minuten für die Einschlafzeit als entsprechende Zeitmarken zur Abgabe von Rücksetzimpulsen erzeugt.

Obwohl die erfindungsgemäße Schaltung durch die synchrone Arbeitsweise bereits Störunterdrückungseigenschaften aufweist, da nur die in der Schaltung während der aktiven Flanke herrschenden Zustände bzw. Eingangs- und Ausgangsgröße ausgewertet werden können, wird zusätzlich eine Entprellung der extern abgeschlossenen Kontakte vorgenommen, die durch Auswahl eines niedrigen Referenztaktes von beispielsweise 64 Hz erfolgt. Dadurch können zwischen zwei aufeinanderfolgenden aktiven Taktflanken keine auftretenden Störimpulse wirksam werden.

Dieser Referenztakt wird den Takteingängen Ck der drei J/K-Flip-Flops 21 bis 23 zugeführt und der in dem integrierten Schaltkreis 2 enthaltenen Teilerkette entnommen.

Das den J- bzw. K-Eingängen der drei J/K-Flip-Flops 21 bis 23 vorgeschaltete Gatternetzwerk 31-35 realisiert die aus dem Zustandsgraphen gemäß Fig. 3 erkennbare Verknüpfung der Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen. Aus dem Zustandsgraph gemäß Fig. 3 lassen sich die Verknüpfungen der Zustandsgrößen Z bzw. der Eingangsgrößen E erkennen und daraus die folgenden Gleichungen für die Eingangssignale der J- bzw. K-Eingänge der Flip-Flops 21 bis 23 ableiten:





In diesen Gleichungen bedeuten die Ziffern A&sub1; bis A&sub5; bzw. &sub1; bis &sub5; Hilfsgrößen zur Vereinfachung und Wahrung der Übersichtlichkeit der Darstellung gemäß Fig. 4. Diese Größen werden an den in Fig. 4 dargestellten Stellen abgegriffen und an den ebenfalls dargestellten Stellen an die Eingänge der logischen Glieder zugeführt.

Die dem Eingang J&sub1; des ersten Flip-Flops 21 vorgeschaltete Gatterschaltung 31 besteht aus zwei NAND-Gattern 311, 312, an deren Eingänge die Signale I&sub2;, Z&sub2; bzw. &sub2;, &sub3; und E&sub1; gelegt sind. Die Ausgänge der beiden NAND-Gatter 311, 312 sind an die Eingänge eines nachgeschalteten NAND-Gatters 313 gelegt, dessen Ausgang mit dem Eingang J&sub1; des ersten Flip-Flops 21 verbunden ist.

Die dem K&sub1;-Eingang des ersten Flip-Flops 21 vorgeschaltete Gatterschaltung 32 enthält vier NAND-Gatter 321 bis 324, an deren Eingänge die Signale &sub2;, &sub3; bzw. &sub1;, E&sub4; bzw. &sub2;, E&sub1;, &sub4; bzw. Z&sub2;, &sub3;, &sub1; gelegt sind. Die Ausgänge der NAND-Gatter 322, 323, 324 sind an die Eingänge eines nachgeschalteten NAND-Gatters 325 angeschlossen, während der Ausgang des NAND-Gatters 321 über ein Negationsglied 326 an einen weiteren Eingang des NAND-Gatters 325 angeschlossen ist. Der Ausgang des NAND- Gatters 325 ist mit dem K&sub1;-Eingang des Flip-Flops 21 verbunden.

Dem J&sub2;-Eingang des zweiten Flip-Flops 22 ist eine Gatterschaltung vorgeschaltet, die zwei NAND-Gatter 331, 332 enthält, an deren Eingänge zum einen das Signal &sub3; bzw. A&sub5; und zum anderen die Signale Z&sub1;, &sub2; und A&sub3; gelegt sind. Das Signal A&sub3; wird dem Ausgang eines dem NAND-Gatter 322 der Gatterschaltung 32 nachgeschalteten Negationsglied 327 entnommen, während das Signal A&sub5; am Ausgang eines einem NAND-Gatter 341 der Gatterschaltung 34 nachgeschalteten Negationsglied 344 entnommen wird. Die Ausgänge der beiden NAND-Gatter 331 und 332 werden über ein weiteres NAND-Gatter 333 an den J&sub2;-Eingang des zweiten Flip-Flops 22 angeschlossen.

Die dem K&sub2;-Eingang des zweiten Flip-Flops 22 vorgeschaltete Gatterschaltung enthält zwei NAND-Gatter 341, 342, an deren Eingänge die Signale &sub1;, E&sub1; bzw. Z&sub1;, &sub1; anliegen und deren Ausgänge mit zwei Eingängen eines nachgeschalteten NAND-Gatters 343 verbunden sind. An einen weiteren Eingang dieses NAND-Gatters 343 ist das am Ausgang des Negationsgliedes 326 abgegriffene Signal &sub2; angeschlossen. Der Ausgang des NAND-Gatters 341 der Gatterschaltung 34 liefert das Signal A&sub5; negiert bzw. über das Negationsglied 344 das Signal A&sub5;.

Der J&sub3;-Eingang des dritten Flip-Flops 23 wird mit dem Ausgangssignal eines NAND-Gatters 353 einer Gatterschaltung 35 beaufschlagt, an dessen Eingänge die Signale &sub1; negiert, &sub4;, &sub5; und die Ausgangssignale zweier NAND- Gatter 351, 352 anliegen, deren Eingänge mit den Signalen Z&sub1;, E&sub2; bzw. Z&sub1;, &sub2;, A&sub3; beaufschlagt sind. Dabei wird das Signal &sub4; dem Ausgang des NAND-Gatters 323 der Gatterschaltung 32 entnommen.

An den K&sub3;-Eingang des J/K-Flip-Flops 23 ist das am Ausgang des Negationsgliedes 344 der Gatterschaltung 34 anstehende Signal A&sub5; angelegt.

Die an die Ausgänge der drei J/K-Flip-Flops 21 bis 23 angeschlossene Gatterschaltung 36 enthält zwei NAND-Gatter 361, 362, die mit den Signalen &sub2;, E&sub4; bzw. &sub2;, &sub1; beaufschlagt sind. Der Ausgang des einen NAND-Gatters 361 ist mit einem Eingang eines nachgeschalteten NAND-Gatters 363 verbunden, an dessen anderen Eingang das Signal &sub2; gelegt ist. Der Ausgang dieses NAND-Gatters 363 wiederum ist an einen Eingang eines nachgeschalteten NAND-Gatters 364 angeschlossen, dessen andere Eingänge mit den Signalen &sub3; und Z&sub1; beaufschlagt sind. Der Ausgang dieses NAND-Gatters 364 ist über ein Negationsglied 365 mit dem Eingang eines Verstärkungsgliedes 37 verbunden, das ebenfalls mit dem Ausgang des NAND-Gatters 362 verbunden ist. Der Ausgang dieses Gliedes repräsentiert den bidirektionalen Anschluß 3.

Von diesem bidirektionalen Anschluß wird über ein Negationsglied 43 das negierte Eingangssignal E&sub1; bzw. über ein weiteres Negationsglied 44 das Eingangssignal E&sub1; abgegriffen.

Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 4 zu entnehmen ist, wird das negierte Eingangssignal &sub4; mittels eines NAND- Gatters 41 gebildet, an dessen Eingänge das Ausgangssignal Z&sub3; des dritten J/K-Flip-Flops 23 bzw. der 512-Hz- Wecktakt anliegt. Über ein weiteres Negationsglied 42 wird aus diesem Signal das Eingangssignal E&sub4; gewonnen.

Das Eingangssignal &sub3; wird einer Teilerstufe der Teilerkette 24 entnommen, während das negierte Eingangssignal &sub2; am Ausgang eines NAND-Gatters 39 abgegriffen wird, an dessen Eingang eine Teilerstufe Q&sub9; mit einem 8-Minuten-Zeittakt der Teilerkette 24 und der Ausgang eines weiteren NAND-Gatters 38 angeschlossen ist, dessen Eingänge mit den Ausgangssignalen Z&sub1; bzw. Z&sub2; beaufschlagt sind. Über ein weiteres Negationsglied 40 wird aus dem negierten Eingangssignal &sub2; das Eingangssignal E&sub2; gewonnen.

Der Q&sub4;-Ausgang der Teilerkette 24 liefert einen 16-Sekunden- Takt.

Der Takteingang Ck der Teilerkette 24 wird mit einem 1-Hz-Signal beaufschlagt, während der Rücksetzeingang der Teilerkette 24 an den Ausgang Z&sub3; des dritten J/K- Flip-Flops angeschlossen ist und gleichzeitig mit dem Wecktakt-Encoder verbunden.

Der Eingangs- bzw. Ausgangsverstärker 37 am bidirektionalen Anschluß 3 wird durch die logische Verknüpfung Z&sub1; + Z&sub2; aktiviert:

Ausgang A&sub0; aktiv = EA&sub0; = Z&sub1; + Z&sub2;

Die Ausgangsgröße selbst folgt der Gleichung

A&sub0; = Z&sub1; · &sub3; (Z&sub2; + &sub2; · E&sub4;)

Um auch eine Betätigung der Weckwiederholungs- bzw. Einschlaf- Taste während der Pause des Alarmsignals erkennen zu können, wird während dieser Zeit ebenfalls ein Takt am Ausgang erzeugt, der allerdings bei gleicher Frequenz wie der des Wecktaktes eine geringere Impulsbreite von beispielsweise 7,6 µs statt 1 ms besitzt.

In Fig. 5 ist eine Schaltung zur Erzeugung des Referenztaktes zur Ansteuerung der Takteingänge Ck der drei JK- Flip-Flops 21 bis 23 dargestellt. Diese Schaltung enthält ein NAND-Gatter 54, an dessen Eingänge verschiedene von der Teilerkette des integrierten Schaltkreises 2 zur Ansteuerung der Analoguhr abgegebene Frequenzen angelegt sind. An einem zusätzlichen Eingang wird ein 512-Hz-Takt und ein NAND-Gatter 53 angelegt, dessen Eingänge mit den Ausgängen zweiter NAND-Gatter 51, 52 verbunden sind, die wiederum mit einem 32-Hz bzw. - und mit einem Wecktakt bzw. negierten Wecktakt WT angesteuert werden. Der Ausgang des NAND-Gatters 54 ist über ein Negationsglied 55 mit einem Eingang eines NAND-Gatters 56 verbunden, dessen anderer Eingang mit einem 131-KHz-Impuls beaufschlagt ist. Der Ausgang des NAND-Gatters 56 gibt die Referenzfrequenz von beispielsweise 64 Hz mit einer Impulsdauer von 3,8 µs ab.

Der an die Eingänge der NAND-Gatter 51, 52 angelegte Wecktakt bzw. negierte Wecktakt WT kann von gleichbleibender aber auch von variierender Impulsdauer sein, so daß beispielsweise ein in der Lautstärke variierender Wecktakt abgegeben werden kann. Zu diesem Zweck ist parallel zum Piezoelement 82 eine Induktivität 81 geschaltet, deren Selbstinduktionsspannung durch unterschiedliche Einschaltzeiten eines mit der Steuerelektronik bzw. der integrierten Schaltung 2 der Uhr oder des Uhrenradios verbundenen Transistors 7 gesteuert wird, wobei mit steigender, von der Induktivität 81 an das Piezoelement 82 abgegebener Selbstinduktionsspannung die Wecklautstärke ansteigt. Der Transistor 7 ist dabei mit einer in der integrierten Schaltung enthaltenen Impulsbreiten-Steuerschaltung verbunden, die Impulse mit konstanter Wecktaktfrequenz und unterschiedlicher Impulsbreite an den Transistor 7 abgibt. Die Impulsbreiten- Steuerschaltung gibt dabei Impulse mit in vier Stufen ansteigender Impulsbreite an den Transistor 7 ab, deren Breite in der ersten Stufe ¹/&sub1;&sub6;, in der zweiten Stufe ⅛, in der dritten Stufe R und in der vierten Stufe S der Periodendauer der Impulsfrequenz beträgt. Damit ist über den einzelnen bidirektionalen Anschluß 3 durch Erweiterung der elektronischen Schaltung eine Signalgabe mit ansteigender Wecklautstärke möglich, ohne daß ein weiterer Anschluß der integrierten Schaltung 2 gelegt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zur Eingabe und zum Auslösen von Zusatzfunktionen einer Uhr oder eines Uhrenradios mit analoger Zeitanzeige wie Weckwiederholung, Alarmauslösung, Einschlafautomatik, 12- bzw. 24-Stunden-Alarmwiederholung u. dgl. in eine integrierte Schaltung der Uhr bzw. des Uhrenradios, die an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und mehrere Anschlüsse zur Steuerung und Regelung der zeitanzeigenden Mittel der Uhr bzw. des Uhrenradios und einen Zähler mit Frequenzteilern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung (2) zusätzlich ein Schaltnetzwerk (20), das mit einem einzelnen, bidirektionalen Anschluß (3) der integrierten Schaltung (2), dem Zähler bzw. Frequenzteiler und der Spannungsquelle (1) der integrierten Schaltung (2) verbunden ist,

    daß die Reihenschaltung eines Ziffernblattschalters (4) mit einem ersten Widerstand (17) und ein erster Schalter (5; 12) zum Ein- und Ausschalten der Alarmauslösung an den einen Pol der Spannungsquelle (1) und den bidirektionalen Anschluß (3) angeschlossen sind,

    daß die Reihenschaltung eines zweiten Schalters (6; 13) zum Ein- bzw. Ausschalten der Weckwiederholung mit einem zweiten Widerstand (18) an den anderen Pol der Spannungsquelle (1) und den bidirektionalen Anschluß (3) angeschlossen ist,

    und daß der Steueranschluß eines der Zusatzfunktionen auslösenden Schaltelementes (7; 14, 15) mit dem bidirektionalen Anschluß (3) verbunden ist und wahlweise mit einem Taktsignal für einen Schallwandler (81, 82) zur Alarmauslösung, einem kontinuierlichen Signal zum Ein- und Ausschalten des Radioteiles eines Uhrenradios oder zum Auslösen eines Signalgebers beaufschlagt wird.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für eine Uhr mit analoger Zeitanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zusatzfunktionen auslösende Schaltelement aus einem Schalttransistor (7) besteht, dessen Basis über einen dritten Widerstand (19) mit dem bidirektionalen Anschluß (3) verbunden ist und dessen Kollektor- Emitter-Strecke in Reihe zu einem elektromagnetischen Summer oder Piezoelement-Summer (82) an die Spannungsquelle (1) angeschlossen ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Piezoelement (82) eine Induktivität (81) geschaltet ist, deren Selbstinduktionsspannung durch unterschiedliche Einschaltzeiten des Schalttransistors (7), dessen Basis mit einer in der integrierten Schaltung (2) enthaltenen Impulsbreiten-Steuerschaltung verbunden ist, die Impulse mit konstanter Wecktaktfrequenz und unterschiedlicher Impulsbreite an den Schalttransistor (7) abgibt, gesteuert wird, wobei mit steigender, von der Induktivität (81) an das Piezoelement (82) abgegebener Selbstinduktionsspannung die Wecklautstärke ansteigt.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für ein Uhrenradio mit analoger Zeitanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (12) zum Ein- und Ausschalten der Alarmauslösung bei ausgeschaltetem Alarm gleichzeitig eine Einschlafautomatik einschaltet, daß sowohl der Ziffernblattschalter (4) als auch der Schalter (12) zum Ausschalten des Alarms und gleichzeitigem Einschalten der Einschlafautomatik mit einem Weckbereitschaftsschalter (11) verbunden sind und daß der Weckbereitschaftsschalter (11) mit dem Emitter eines zweiten Schalttransistors (14) verbunden ist, dessen Kollektor an die Spannungsversorgung des Radioteiles des Uhrenradios und dessen Basis an den Ausgang eines Integrators (15) angeschlossen ist, der eingangsseitig mit dem bidirektionalen Anschluß (3) verbunden ist.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltnetzwerk (20) drei J/K-Flip-Flops (21, 22, 23) enthält, deren Takteingänge (Ck) mit einer Referenzfrequenz beaufschlagt sind und deren Rücksetz-Eingänge mit einer Rücksetzleitung verbunden sind und deren J- bzw. K- Eingänge über erste Gatterschaltungen (31-35) folgende aus den Eingangsgrößen (E&sub1;-E&sub4;) zur Eingabe der Zusatzfunktionen und den Zustands- bzw. Ausgangsgrößen (Z&sub1;-Z&sub3;) gebildete Signale angelegt sind:

    J&sub1; = Z&sub2; · E&sub2; + &sub2; · &sub3; · E&sub1;

    K&sub1; = E&sub2; + E&sub3; + &sub1; · E&sub4; + &sub2; · E&sub1; · &sub4; + Z&sub2; · &sub3; · &sub1;

    J&sub2; = &sub3; · ( ≙&sub1;E&sub1;) + Z&sub1;&sub2; ( ≙&sub1; · E&sub4;)

    K&sub2; = E&sub2; + E&sub3; + ( ≙&sub1; E&sub1;) + Z&sub1; &sub1;

    J&sub3; = Z&sub2;E&sub2; + Z&sub1;E&sub2; + &sub1;E&sub1; + Z&sub1; · &sub2; ( ≙&sub1; · E&sub4;) + &sub2; · E&sub1; · &sub4;



    wobei J&sub1;, K&sub1; die Eingänge des ersten J/K-Flip- Flops 21, J&sub2;, K&sub2; die Eingänge des zweiten J/K-Flip- Flops 22 und J&sub3;, K&sub3; die Eingänge des dritten J/K- Flip-Flops 23 bedeuten und E die jeweiligen Eingangsgrößen und Z die jeweiligen Zustands- bzw. Ausgangsgrößen bedeuten:

    E&sub1; = Eingang

    E&sub2; = Zählerausgang 8 Minuten

    E&sub3; = Zählerausgang 64 Minuten

    E&sub4; = Wecktakt 512 Hz

    Z&sub1; = Alarmmode

    Z&sub2; = Snoozemode bzw. Weckwiederholungszustand

    Z&sub3; = Resetmode bzw. Rücksetzzustand

    Z&sub1; · Z&sub2; = Sleepmode bzw. Einschlafzustand

    daß die Ausgänge (Z&sub1;, &sub1;; Z&sub2;, &sub2;; Z&sub3;, &sub3;) der J/K- Flip-Flops (21, 22, 23) über eine zweite Gatterschaltung (36) zusammengefaßt sind, die folgende Funktion realisiert:

    A&sub0; = Z&sub1; · &sub3; (Z&sub2; + &sub2; · E&sub4;)

    und daß der Ausgang der zweiten Gatterschaltung (36) an den Eingang eines Verstärkers (37) gelegt ist, der durch die logische Verknüpfung von Z&sub1; + Z&sub2; aktivierbar ist und dessen Ausgang mit dem bidirektionalen Anschluß (3) verbunden ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com