CN116661282A - 一种基于单片机的钟表机芯 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计时仪器技术领域，具体公开了一种基于单片机的钟表机芯，包括单片机、晶体振荡器、电机驱动电路、步进电机、光学追踪传感器和传感器控制电路等，晶体振荡器与单片机电性连接，用于为单片机提供时钟信号，单片机与电机驱动电路电性连接，用于根据时钟信号生成相应的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路与步进电机电性连接，用于根据驱动控制信号控制步进电机的工作状态，步进电机的输出端连接钟表齿轮，用于驱动钟表齿轮转动，光学追踪传感器用于检测并生成对应指针的位移信号。本发明可以实现高灵活度的钟表走时模式，且不受外界冲击及环境温度变化的影响，走时精准度高，误差极小。
Description
技术领域
本发明属于计时仪器技术领域，具体涉及一种基于单片机的钟表机芯。
背景技术
传统的机械钟表用发条作为动力原，再经过一组齿轮组成的传动系统来推动擒纵调速器工作，再由擒纵调速器反过来控制传动系的转速。传动系统在推动擒纵调速器的同时还带动指针按一定的规律在表盘上指示时刻。传动系统的转速精准度受控于擒纵调速器的频率，机械表的振荡频率一般有21600次/小时、28600次/小时、36000次/小时等，最高还有360000次/小时，摆频越高走时越准。传统机械钟表机芯复杂，走时误差较大，一般允许范围±45秒(视各品牌而定)，高端机械表一天的误差在-4至+6秒以内都属正常，并且传统机械钟表机芯调速器的游丝容易受到外界震动或环境温度变化的影响，进而影响走时精准度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单片机的钟表机芯，用以解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种基于单片机的钟表机芯，包括单片机、晶体振荡器、电机驱动电路、步进电机和电源模块，所述晶体振荡器与单片机电性连接，用于为单片机提供时钟信号，所述单片机与电机驱动电路电性连接，用于根据时钟信号生成相应的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至电机驱动电路，所述电机驱动电路与步进电机电性连接，用于根据驱动控制信号控制步进电机的工作状态，所述步进电机的输出端连接钟表齿轮，用于驱动钟表齿轮转动，所述电源模块与单片机电性连接，用于为单片机供电。
其应用时，通过晶体振荡器可以为单片机提供时钟信号，单片机根据时钟信号生成相应的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路再根据驱动控制信号控制步进电机进行工作，以带动钟表齿轮转动，从而驱动钟表指针在相应的表盘刻度上移动，实现走时、计时功能。
在一个可能的设计中，所述机芯还包括充电电路，所述电源模块包括可充电锂电池和低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器的输入端连接可充电锂电池，输出端连接单片机，用于将可充电锂电池的输出电源降压后供电给单片机，所述充电电路包括充电芯片，所述充电芯片的充电输入端连接充电接口，充电输出端连接可充电锂电池，状态输出端连接单片机，用于从充电接口接入外部电源来为可充电锂电池充电，并监测可充电锂电池的充电状态，生成充电状态信号来传输至单片机。
在一个可能的设计中，所述机芯还包括锂电池保护电路，所述锂电池保护电路连接在可充电锂电池的供电输出端，用于监测可充电锂电池的工作状态，并在监测到可充电锂电池状态异常时，断开可充电锂电池的输出供电。
在一个可能的设计中，所述机芯还包括若干状态指示灯，所述状态指示灯与单片机电性连接，所述单片机还用于根据充电状态信号来控制相应状态指示灯的工作状态。
在一个可能的设计中，所述机芯还包括LED驱动电路和LED灯板，所述LED驱动电路分别与单片机和LED灯板连接，用于接收单片机的灯板控制信号，并根据灯板控制信号控制LED灯板的工作状态，所述LED灯板用于对钟表的表盘进行照明。
在一个可能的设计中，所述钟表机芯还包括光学追踪传感器和传感器控制电路，所述传感器控制电路分别与单片机和光学追踪传感器电性连接，用于接收单片机的传感器控制信号，并根据传感器控制信号控制光学追踪传感器的工作状态，所述光学追踪传感器用于检测指针位移并生成对应的位移信号，将位移信号传输至单片机。
在一个可能的设计中，所述传感器控制电路包括NPN三极管和场效应管，所述NPN三极管的基极连接单片机，发射极接地，集电极连接场效应管的栅极，所述场效应管的源极连接电源模块，漏极连接光学追踪传感器。
在一个可能的设计中，所述光学追踪传感器采用PAT9125EL型光学追踪传感器。
在一个可能的设计中，所述电机驱动电路包括PT5139型电机驱动芯片，所述PT5139型电机驱动芯片的控制信号输入端连接单片机，驱动控制端连接步进电机。
在一个可能的设计中，所述单片机采用SC92L8535型MCU芯片，所述晶体振荡器采用32.768KHZ频率晶体振荡器。
有益效果：本发明采用晶体振荡器替代传统机械钟表的擒纵调速器，采用内置电源替代传统机械钟表的发条，通过单片机控制电机驱动电路来驱动步进电机工作，带动钟表齿轮转动，可以实现高灵活度的钟表走时模式，且不受外界冲击及环境温度变化的影响，走时精准度高，误差极小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中单片机的电路示意图；
图2为本发明实施例中电源模块的部分电路示意图；
图3为本发明实施例中充电电路的示意图；
图4为本发明实施例中锂电池保护电路的示意图；
图5为本发明实施例中LED驱动电路的示意图；
图6为本发明实施例中LED灯板和状态指示灯的示意图；
图7为本发明实施例中传感器控制电路的示意图；
图8为本发明实施例中电机驱动电路的示意图。
具体实施方式
在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。
在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得实施例不清楚。
实施例：
本实施例提供了一种基于单片机的钟表机芯，包括单片机U6、晶体振荡器Y1、电机驱动电路、步进电机和电源模块，所述晶体振荡器Y1与单片机U6电性连接，用于为单片机U6提供时钟信号，所述单片机U6与电机驱动电路电性连接，用于根据时钟信号生成相应的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至电机驱动电路，所述电机驱动电路与步进电机电性连接，用于根据驱动控制信号控制步进电机的工作状态，所述步进电机的输出端连接钟表齿轮，用于驱动钟表齿轮转动，所述电源模块与单片机U6电性连接，用于为单片机U6供电。
具体实施时，可通过电源模块为单片机U6供电，通过晶体振荡器Y1可以为单片机U6提供时钟信号，单片机U6根据时钟信号生成相应的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至电机驱动电路，电机驱动电路再根据驱动控制信号控制步进电机进行工作(可控制电机做不同动作，例如慢速、快速、暂停、正转、反转等传统机械手表难以实现的某些复杂动作)，以带动钟表齿轮转动，从而驱动钟表指针在相应的表盘刻度上移动，实现走时、计时功能。如图1所示，所述单片机U6采用SC92L8535型MCU芯片，所述晶体振荡器Y1采用32.768KHZ频率晶体振荡器，晶体振荡器Y1的两端分别连接SC92L8535型MCU芯片的12号引脚和13号引脚，为MCU芯片提供稳定的时钟信号，SC92L8535型MCU芯片的9号引脚连接电源模块获取电源，20号引脚可连接一按键开关K1来实现MCU芯片的开关控制。
进一步地，如图2至3所示，所述机芯还包括充电电路，所述电源模块包括可充电锂电池和HS7333型低压差线性稳压器U2，所述低压差线性稳压器U2的输入端连接可充电锂电池，输出端连接单片机U6的9号引脚，用于将可充电锂电池的输出电源降压后(如降压为3V)供电给单片机U6，且低压差线性稳压器U2的输出端可连接分压电阻R8和R9来组成分压电路来检测可充电锂电池的电压，由SC92L8535型MCU芯片的30号引脚来读取可充电锂电池的电压。所述充电电路包括LP4054型充电芯片U1，所述充电芯片U1的充电输入端连接充电接口，充电输出端连接可充电锂电池，状态输出端连接单片机U6的10号引脚，用于从充电接口接入外部电源(如5V电源)来为可充电锂电池充电，并监测可充电锂电池的充电状态，生成充电状态信号来传输至单片机U6，单片机U6根据充电状态信号判断可充电锂电池是正在充电还是充满电，充电芯片U1的充电输出端可并联分压电阻R1和R6，来组成的分压电路来检测是否有电源输入，由MCU芯片的2号引脚来读取检测信号。
进一步地，如图4所示，所述机芯还包括锂电池保护电路，所述锂电池保护电路连接在可充电锂电池的供电输出端，采用RY2201型电池保护芯片来监测可充电锂电池的工作状态，并在监测到可充电锂电池状态异常(如过充、过放、短路等)时，切断可充电锂电池的输出供电，对各电路器件进行保护。
进一步地，如图5至图6所示，所述机芯还包括LED驱动电路、LED灯板以及若干状态指示灯(如红色LED指示灯D7和绿色LED指示灯D8)，所述状态指示灯与单片机U6的高低电平输出端电性连接，单片机U6可根据充电状态信号来控制相应状态指示灯的工作状态，如根据充电状态信号判断可充电锂电池在充电时，控制红色LED指示灯点亮，根据充电状态信号判断可充电锂电池充满电时，控制绿色LED指示灯点亮。所述LED驱动电路包括NPN三极管Q3，三极管Q3的基极与单片机U6的1号引脚连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极与LED灯板连接，用于接收单片机U6的灯板控制信号，并根据灯板控制信号控制LED灯板的工作状态，所述LED灯板可设置6颗LED灯(D1-D6)用来对钟表的表盘进行照明或进行相应的光信号提示。
进一步地，如图7所示，所述机芯还包括光学追踪传感器和传感器控制电路，所述传感器控制电路分别与单片机U6和光学追踪传感器电性连接，用于接收单片机U6的传感器控制信号，并根据传感器控制信号控制光学追踪传感器的工作状态，所述光学追踪传感器用于监测钟表表盘指针的位移状态，并生成对应的位移信号，将位移信号传输至单片机U6。所述光学追踪传感器可采用PAT9125EL型光学追踪传感器，光学追踪传感器连接连接FPC插座，FPC插座的3号脚输出传感器是否检测到指针位移的信号到单片机U6的19号引脚，单片机U6收到信号后，通过17号引脚和26号引脚跟FPC插座的1号脚和2号脚通过I2C协议通讯，读取传感器的位移检测数据，若未检测到相应指针的位移，则单片机U6可控制相应的指示灯点亮进行提示。所述传感器控制电路包括NPN三极管Q2和场效应管Q1，所述NPN三极管Q2的基极连接单片机U6的23号引脚，发射极接地，集电极连接场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的源极连接电源，漏极连接光学追踪传感器，单片机U6通过NPN三极管Q2来控制场效应管Q1的导通/截止，从而实现对光学追踪传感器的供电控制。
进一步地，如图8所示，所述电机驱动电路包括PT5139型电机驱动芯片(U4、U5)，所述PT5139型电机驱动芯片的控制信号输入端，即16号引脚、15号引脚、10号引脚和9号引脚分别连接单片机U6的28号引脚、27号引脚、18号引脚和25号引脚，驱动控制端(2号引脚、4号引脚、5号引脚、7号引脚)连接步进电机，控制步进电机完成设定动作。可设置两路电机驱动电路来分别控制两个步进电机工作，进而分别驱动两组齿轮组转动来使钟表指针在相应的表盘刻度上移动指示时间。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，包括单片机、晶体振荡器、电机驱动电路、步进电机和电源模块，所述晶体振荡器与单片机电性连接，用于为单片机提供时钟信号，所述单片机与电机驱动电路电性连接，用于根据时钟信号生成相应的驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至电机驱动电路，所述电机驱动电路与步进电机电性连接，用于根据驱动控制信号控制步进电机的工作状态，所述步进电机的输出端连接钟表齿轮，用于驱动钟表齿轮转动，所述电源模块与单片机电性连接，用于为单片机供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯还包括充电电路，所述电源模块包括可充电锂电池和低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器的输入端连接可充电锂电池，输出端连接单片机，用于将可充电锂电池的输出电源降压后供电给单片机，所述充电电路包括充电芯片，所述充电芯片的充电输入端连接充电接口，充电输出端连接可充电锂电池，状态输出端连接单片机，用于从充电接口接入外部电源来为可充电锂电池充电，并监测可充电锂电池的充电状态，生成充电状态信号来传输至单片机。
3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯还包括锂电池保护电路，所述锂电池保护电路连接在可充电锂电池的供电输出端，用于监测可充电锂电池的工作状态，并在监测到可充电锂电池状态异常时，断开可充电锂电池的输出供电。
4.根据权利要求2所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯还包括若干状态指示灯，所述状态指示灯与单片机电性连接，所述单片机还用于根据充电状态信号来控制相应状态指示灯的工作状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯还包括LED驱动电路和LED灯板，所述LED驱动电路分别与单片机和LED灯板连接，用于接收单片机的灯板控制信号，并根据灯板控制信号控制LED灯板的工作状态，所述LED灯板用于对钟表的表盘进行照明。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯还包括光学追踪传感器和传感器控制电路，所述传感器控制电路分别与单片机和光学追踪传感器电性连接，用于接收单片机的传感器控制信号，并根据传感器控制信号控制光学追踪传感器的工作状态，所述光学追踪传感器用于检测指针位移并生成对应的位移信号，将位移信号传输至单片机。
7.根据权利要求6所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述传感器控制电路包括NPN三极管和场效应管，所述NPN三极管的基极连接单片机，发射极接地，集电极连接场效应管的栅极，所述场效应管的源极连接电源模块，漏极连接光学追踪传感器。
8.根据权利要求6所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述光学追踪传感器采用PAT9125EL型光学追踪传感器。
9.根据权利要求1所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述电机驱动电路包括PT5139型电机驱动芯片，所述PT5139型电机驱动芯片的控制信号输入端连接单片机，驱动控制端连接步进电机。
10.根据权利要求1所述的一种基于单片机的钟表机芯，其特征在于，所述单片机采用SC92L8535型MCU芯片，所述晶体振荡器采用32.768KHZ频率晶体振荡器。
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