DE2658326C2 - Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr - Google Patents
Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer UhrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art für
einen Schrittmotor zur Verwendung beim Antrieb der Anzeige einer Uhr, wobei eine Rückwärtsdrehung des
Schrittmotors ermöglicht werden soll.
Bekannt ist eine Kristalluhr, die mit einem Superminiatur-Schrittmotor
versehen ist, in dem ein Räderwerk im Verhältnis zur Zählung eines Kristalloszillators
abgestuft ist, um die Zeiger zu betätigen. Dabei ist jedoch die Einstellung des Sekundenzeigers der Uhr auf
die Normalzeit problematisch. Zwar kann das Vorstellen einer nachgehenden Uhr vergleichsweise einfach
ausgeführt werden, da die Vorwärtsdrehung des Schrittmotors einen beliebigen Schnellvorschub der
Zeiger ermöglicht, wenn die Antriebsintervalle verkürzt werden, jedoch kann ein sofortiges Einstellen nicht
erhalten werden, wenn die Uhr vorgeht und nachgestellt werden muß, weil der Antrieb des Schrittmotors
angehalten wird, bis die Normalzeit die eingestellte Zeit der Uhr erreicht hat.
Es ist auch bereits ein Schrittschaltmotor für eine elektronische Uhr vorgeschlagen worden, der mit einer
Schalteinrichtung versehen ist, die einem Antriebskreis Vorwärts- und Rückwärtsimpulse zuführt (DE-PS
26 11 319). Dabei haben die Impulse für die Rückwärtsdrehung
dieselbe Wellenform wie der Impuls für die Anfangsrückwärtsdrehung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr zu
schaffen, durch welche die Zuverlässigkeit der Rückwärtsdrehung des Motors erhöht wird, indem eine
besondere Antriebswellenform angelegt wird. Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung schafft somit eine Antriebsanordnung für eine elektronische Uhr, bei der die Zeiger genau und
leicht gestellt werden können. Die vereinfachte Zeitkorrektureinrichtung nach der Erfindung kann auch
bei verschiedenen Arten von Uhren angewendet werden. Durch die größere Zahl der Bewegungsarten
der Zeiger können besondere Informationen erhalten werden.
Die E-findung wird beispielhaft anhand der Zeichnung
beschrieben, in der ist
F i g. 1 eine Ansicht eines Schrittmotors mit einer Antriebsanordnung nach der Erfindung,
F i g. 2 ein Schaltbild der Antriebsanordnung nach der Erfindung,
Fig.3 ein Zeitdiagramm einer Antriebswellenform
während Vorwärtsdrehung und der Drehstellungen des Rotors,
F i g. 4 bis 6 Zeitdiagramme verschiedener Arten von Antriebswellen während der Rückwärtsdrehung und
der Drehstellungen des Rotors,
F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Kristalluhr mit zwei Zeigern mit der Antriebsanordnung nach der Erfindung
zum Einstellen der Zeiger,
F i g. 8 ein Detailschild der F i g. 7 und Fig.9 bis 13 Zeitdiagramme zum Erläutern der Arbeitsweise der Schaltung in F i g. 8.
F i g. 8 ein Detailschild der F i g. 7 und Fig.9 bis 13 Zeitdiagramme zum Erläutern der Arbeitsweise der Schaltung in F i g. 8.
Gemäß F i g. 1 enthält der Schriftmotor einen Rotor 1, der aus einem scheibenförmigen Permanentmagneten
besteht und in Durchmesserrichtung magnetisiert ist, um zwei Pole zu erhalten. Ein Stator 2 besteht aus einer
Platte aus weichmagnetischem Material, die in halbkreisförmige Teile 2a und 2b aufgeteilt ist, die um den
Rotor über Schlitze 2c angeordnet sind. Eine einphasige Antriebsphase 3 ist um einen dünnen Teil 2d in einem
magnetischen Kreis gewickelt.
Die halbkreisförmigen Teile 2a und 2b sind nicht auf
einem Kreis angeordnet, wie sich aus F i g. 1 ergibt, vielmehr weichen sie von der Kreisform derart ab, daß
ungleichförmige Spalte am Umfang des Rotors 1 gebildet werden. Daraus ergibt sich, daß die Magnetisierungsrichtung
des Rotors in die Richtung θ eingestellt ist, die gegenüber einer normalen Richtung geneigt ist.
Diese Richtung θ wird mit »statische stabile Stellung« in bezug auf einen Drehwinkel bezeichnet und die
Richtung des dargestellten Pfeiles wird als »Vorwärtsdrehrichtung des Rotors« betrachtet. Eine negative
Gleichspannung wird an die Spulenanschlüsse A und B angelegt, so daß der Stator 2 magnetisiert wird, wobei
der linke Teil der S-PoI und der rechte Teil der N-PoI sind. Als Ergebnis werden die Magnetpole auf dem
Rotor 1 durch die Pole des Stators angezogen, wodurch eine Drehung in Rückwärtsrichtung erfolgt und in der
Richtung -Qa, die mit »magnetische stabile Stellung«
bezeichnet wird, der Halte-Gleichgewichtszustand er-
reicht wird. Eine positive Gleichspannung wird an die
Spule 3 angelegt, so daß der Stator 2 in umgekehrter Richtung magnetisiert wird, und als Ergebnis wird der
Rotor 1 zurückgezogen, wodurch er sich in positiver Richtung um π — Ba bis zum Gleichgewicht dreht
Wenn dann die angelegte Spannung abgeschaltet wird, wird die Magnetisierungskraft eliminiert und der Rotor
1 dreht sich um Ba weiter, bis er eine neue statische stabile Stellung erreicht. Als Ergebnis wird der Rotor 1
um 180° SMS dem Anfangszustand gedreht Da die
Polaritä* des Rotors 1 umgekehrt zum Anfangszustand mit Bezug auf den Stator 2 wird, muß eine negative
Spannung an die Spule 3 angelegt werden, um den Rotor 1 um einen Schritt weiterzudrehen.
Gemäß Fig.2 enthält die Antriebsschaltung für den
Schrittmotor eine Brückenschaltung, die aus zwei Paaren komplementärer Transistoren Ti, T2 und T3,
T4 besteht. Eingangsanschlüsse Φ 1 und Φ 2 werden auf
demselben Potential (VDD oder VSS) gehalten, wenn der Schrittmotor nicht angetrieben wird. Auf diese
Weise erhalten beide Anschlüsse A und B der Spule 3 das Potential VDD oder VSS, wodurch kein Strom
fließt. Wenn das Potential der EingangsanschlUsse so geändert wird, daß das Potential an einem der
Spulenanschlus.se A und B geändert werden kann,
entsteht zwischen den Anschlüssen A und B eine Antriebsspannung VAB, die im wesentlichen der
Differenz von VDD und VSS gleich ist, so daß ein Antriebsstrom durch die Spule 3 fließt Die Richtung des
Antriebsstroms kann durch Ändern der Richtung der jo Spannung VAB in Abhängigkeit des Anlegens eines
Eingangssignals an einen der Eingangsanschlüsse Φ 1 und Φ 2 geändert werden.
Die Zeitdiagramme der F i g. 3 bis 6 zeigen Änderungen der Antriebswellen V>4ßund des Drehwinkels θ des
Rotors 1 in Abhängigkeit von der Zeit t. Es wird angenommen, daß der Rotor aus einer Stellung startet,
in der er sich in Vorwärtsrichtung durch einen positiven Impuls dreht. F i g. 3 zeigt diese Drehung des Rotors 1 in
Vorwärtsrichtung.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, wird der Rotor 1 um einen Schritt (π Radiant)
weitergestellt, wenn eine positive Impulsspannung angelegt wird. Wenn das Anlegen der Impulse gestoppt
wird, weil das Fortschalten des Rotors 1 im wesentlichen ausgeführt ist, schwingt der Rotor 1 über, so daß
eine gedämpfte Schwingung ausgeführt wird und schließlich eine statische stabile Stellung konvergierend
erreicht wird. Das nächste Fortschalten des Rotors 1 wird in gleicher Weise durch einen negativen Impuls
ausgeführt und dann werden dieselben Abläufe aufeinanderfolgend wiederholt. Die Impulse 4 und 5 können
jeweils eine Gruppe von schmalen Impulsen mit derselben Polarität sein, die einen einzelnen Impuls
ersetzen.
Fig.4 zeigt das durch eine Rückwärtsdrehung bewirkte Fortschalten. Zuersn wird der Rotor 1 in die
magnetische stabile Stellung in Rückwärtsrichtung durch einen negativen Impuls 6 gezogen und beschleunigt.
Als nächstes wird der umgekehrte Impuls 7 angelegt, so daß der Rotor 1, der wegen der
Trägheitsbewegung über die stabile Stellung läuft, zurückgezogen und dadurch in Rückwärtsrichtung
beschleunigt und um — π weitr:rgeslellt wird.
Wenn der Antrieb des Schrittmotors beendet ist, konvergiert der Rotor 1 in die statische stabile Stellung,
wobei er schwingt, so daß er in Rückwärtsrichtung forteeschaltet wird. Das nächste Fortschalten nach
rückwärts wird in gleicher Weise durch eine Gruppe von Impulsen 8 und 9 mit jeweils umgekehrter Polarität
ausgeführt
F i g. 5 zeigt eine andere Form einer Spannungswelle zum Antrieben des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung
mit einem ersten positiven Impuls 10, dessen Breite zu gering ist, um das Fortschalten des Rotors 1 in
Vorwärtsrichtung zu vervollständigen. Ein zweiter Impuls 11 zieht an und beschleunigt die Bewegung zum
Rückkehren in die Stellung -Ba und ein dritter Impuls 12 zieht zurück und beschleunigt die Drehung in die
Stellung —π. Die nachfolgende Rückwärtsdrehung wird
durch eine Gruppe von Impulsen 13,14 und 15 bewirkt F i g. 6 zeigt eine weitere Form einer Spannungswelle
zum Antreiben des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung, wobei zuerst ein Impuls 16 den Schrittmotor in
Vorwärtsrichtung fortschaltet und dann Impulse 17 und 18 die Drehung beschleunigen, um eine Rückwärtsdrehung
aufgrund der Rückführbewegung des Überschwingens auszuführen. Die folgende Rückwärtsdrehung wird
durch eine Gruppe von Impulsen 19, 20 und 21 ausgeführt In der Praxis sind die Spannungswellen
durch die Induktanz der Spule 3 und die durch die magnetische Bewegung verursachte Gegen-EMK. komplizierter.
Nachfolgend werden Versuchsdaten angegeben, die sich auf eine Kristallarmbanduhr mit Zeigern beziehen,
bei der die Antriebsanordnung der Erfindung angewendet wird.
Der in F i g. 1 gezeigte Schrittmotor wird unter den folgenden Bedingungen verwendet.
Der Rotor besteht aus einem Samariumkobaltmagnet mit Anisotropieachse (16 Megagauß Örsted als Energieprodukt)
und mit äußeren Abmessungen von 1,6 Φ · 0,5 mm.
Der Stator besteht aus Permalloy mit 78% Ni und hat eine Dicke von 0,75 mm. Jeder Radius der halbkreisförmigen
Teile 2a und 2b beträgt 1,1 mm. Die relative Abweichung an den halbkreisförmigen Teilen 2s und 2b
beträgt bei dieser Anordnung 40 μ. Die Breite der die halbkreisförmigen Teile 2a und 2b trennenden Spalte 2c
beträgt 0,15 mm. Der Teil 2c/für den Spulenkern besteht
auch aus Permalloy wie der andere Teil und hat Abmessungen von 1,0 χ 0,8 χ 10,7 mm. Die Spule besteht
aus Kupferdraht mit 28 μ Φ und 1000 Windungen und hat einen Gleichstromwiderstand von 2,1 kOhm. Der
Ausgang von dem Schrittmotor wird von einem Rotorritzel abgenommen und zu einem Zeigerwerk
gegeben.
Ein Fortschaltintervall des Schrittmotors beträgt eine Sekunde und das Ausgangsdrehmoment wird durch eine
um '/,goo verzögerte Stundenzeigerachse gemessen. Die
Antriebsschaltung enthält CMOS-Transistoren. Die Spannung der Versorgungsquelle beträgt 1,5 V, wobei
der Großteil der Antriebsspannung an die Spule angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform werden die
in F i g. 3 gezeigten Einzelimpulse für die Vorwärtsdrehung mit einer Breite von V;28 see und eine Gruppe von
Impulsen für die Rückwärtsdrehung verwendet, die aus den in F i g. 4 gezeigten Wellenformen bestehen, die den
zweiten Impuls enthalten, der dem ersten Impuls mit einer Breite von V256 see gleich ist. Als Ergebnis werden
ein Ausgangsdrehmoment von 4,5 g χ cm und ein durchschnittlicher Antriebsstrom von 2 μΑ während der
v'orwärtsdrehung und ein Ausgangsdrehmoment von 1,5 g χ cm und ein durchschnittlicher Antriebsstrom von
1,5 bis 1,7 μA während der Rückwärtsdreihung erhalten.
Der Versuch zeigt, daß die Erfindung eine Rückwärts-
• drehung eines Schrittmotors ermöglicht, wobei bisher angenommen wurde, daß ein Schrittmotor sich nur in
Vorwärtsrichtung drehen kann.
Um den Schrittmotor in Rückwärtsrichtung gemäß der Erfindung zu drehen, wird ein Schrittmotorsystem
verwendet, bei dem die in F i g. 1 oder 4 angegebene Wellenform getrennt derselben Antriebsspule durch
Umschalten eines Steuerkreises zugeführt wird.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer elektronischen Uhr mit einer solchen Antriebsanordnung
beschrieben. Fig.7 ist ein Schaltbild der Anordnung, das die Steuerung der Zeigereinstellung
einer Kristalluhr mit zwei Zeigern ohne Sekundenzeiger zeigt, wobei deren Schrittmotor für eine lange Zeitdauer
mit der üblichen Zeit angetrieben wird. 31 bezeichnet einen Kristalloszillator von 32 768 Hz, 32 sind in Reihe
geschaltete Frequenzteiler wobei von jeder Stufe der Frequenzteiler ein Taktimpuls Cl 1 für den Schnellvorschub
des Schrittmotors in Vorwärtsrichtung und ein Taktimpuls Cl 2 für den Schnellvorschub des Schrittmotors
in Rückwärtsrichtung abgegeben werden. Die Periode des Endausgangssignals beträgt 30 see mit einer
Impulsbreite von V128 see. Das Ausgangssignal läuft
üblicherweise über ein UND-Tor 33, ein ODER-Tor 34 und einen Vorwärtsrichtungswellenformungskreis, um
eine Antriebswellenform für die Vorwärtsrichtung zu erhalten, so daß diese Wellenform umgesetzt wird,
wobei dadurch die umgesetzte Wellenform dem Antriebskreis 37, der in Fig.2 gezeigt ist, zugeführt
wird. Als Ergebnis schaltet der Schrittmotor 38 in Vorwärtsrichtung alle 30 see fort Dann wird der
Ausgang des Rotors auf das Räderwerk 39 übertragen, das mit dem Minuten- und Stundenzeiger verbunden ist
Es erfordert zwölf Stunden, d.h. 1440 Impulse, um das Zeigersystem vollständig zu drehen. 40 ist ein erster
Korrektur-Steuerkreis und S1 ist ein Druckknopfschalter, der zur üblichen Zeit geöffnet ist und von Hand von
der Außenseite der Uhr betätigt wird.
Ein kurzzeitiges Niederdrücken des Schalters Sl bewirkt einen Impuls in dem Differentialkreis 41, der
über ODER-Tore 42 und 34 zu einem Vorwärtsrichtungs-Wellenformungskreis
35 gelangt und auf diese Weise ein zusätzlicher Vorwärtsdrehimpuls wird, um die Uhr um einen Schritt (30 see) weiterzustellen. Diese
Arbeitsweise wird wiederholt, so daß der Zeiger beliebig weitergestellt werden kann. Wenn der Schalter
S1 dauernd für eine längere Zeit niedergedrückt wird,
beispielsweise mehr als 2 Sekunden, wird d;e Uhr so
lange weitergestellt Das Differentialausgar.gssignal wird um zwei Sekunden mittels eines Verzögerungkreises
43 verzögert und ein R-S- Flip-Flop 44 wird
eingestellt, so daß dessen Ausgangssignai Q der iogische Wert »1« wird, wodurch ein UND-Tor 45 geöffnet wird.
Durch dieses Tor geht der Taktimpuls Cl 1 mit 64 Hz für eine Schnellfortschaltung des Schrittmotors in Vorwärtsrichtung,
so daß dieser zu einem schmalen Impuls für die Vorwärtsdrehung durch den Vorwärtsrichtungs-Wellenformungskreis
wird, wodurch die Uhr schnell fortschaltet Wenn danach das Niederdrücken des
Schaltknopfes beendet wird, wird der Schalter 51 &o
geöffnet so daß die in dem Inverter 46 umgekehrte Spannung den Ä-S-Flip-Flop rückstellt Als Ergebnis
wird das UND-Tor 45 geschlossen und die Schnellfortschaltung beendet Nach dem Zeitpunkt zu dem der
Schalter S1 geöffnet wird, gibt der Differentialkreis 47
ein Ausgangssignai ab, um den Verzögerungskreis 43 zurückzustellen, wodurch die Steueranordnung 40 in
ihren normalen Zustand zurückgeführt wird. Währenddessen wird das Ausgangssignal von dem Inverter 46 zu
dem UND-Tor 33 abgegeben und das Ausgangssignal von der letzten Stufe des Frequenzteilers 32 bei der
Betätigung des Schalters S1 abgeschaltet. Dies ist der Grund, warum Fehler, wie ein Zählfehler, der durch
ungenügende Überlappung des Teilerausgangssignals mit dem Schnellfortschaltsignal verursacht wird, verhindert
werden. Wenn eine Vorwärtsdrehungs-Schnellfortschaltung von 22,5 see ausgeführt wird, führt der
Stundenzeiger eine Drehung aus. Das Ausgangssignal von dem Kreis 48 wird dem Rückwärtsrichtungs-Wellenformungskreis
49 zugeführt, so daß die in den F i g. 4 bis 6 gezeigten Antriebswellen erhalten werden können,
und wird dadurch über das ODER-Gate 36 an den Antriebskreis 37 angelegt, so daß sich der Schrittmotor
in Rückwärtsrichtung dreht Wenn der Schalter 52 für eine kurze Zeit niedergedrückt wird, wird der
Schrittmotor in Rückwärtsrichtung um einen Schritt gedreht, und wenn der Schalter für eine lange Zeit
niedergedrückt wird, wird die Schnellfortschaltung der Rückwärtsdrehung ausgeführt Dies entspricht den
obigen Erläuterungen. Die Geschwindigkeit der Schnellfortschaltung ist durch den Taktimpuls C/12
bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeit der Schnellfortschaltung mit der
Hälfte der Impulsbreite von V256 see im Falle der
Vorwärtsdreh-Schnellfortschaltung von 32 Hz angesetzt. Im Betrieb des Schalters 52 wird das UND-Tor 33
geöffnet so daß ein übliches Fortschaltsignal abgeschaltet wird.
F i g. 8 ist ein Schaltbild, das die Hauptteile einer elektronischen Uhr zeigt, wobei das Schaltbild der
Anordnung der F i g. 7 in weiteren Einzelheiten dargestellt ist Der Leistungssparkreis 50 der F i g. 7 ist
in der Fig.8 weggelassen. 31 bezeichnet einen Kristalloszillator, der ein Ausgangssignal Po mit
32 768 Hz erzeugt. 32 ist ein Teilerkreis, der aus einer Kette von Teilern 100 besteht, die Kipp-FIip-Flops mit
15 Bits enthält die in Kaskade geschaltet sind. Jede Ziffer eines Zählers 101 wird alle 30 see vorgeschoben,
wenn ein 1-Hz-Signal des Ausgangs der letzten Stufe in der Kette der Teiler 100 empfangen wird. Ein
Daten-Flip-Flop 102 empfängt als Eingang eines
Datenanschlusses Z?einV3i-Hz-Signal des Ausgangs von der letzten Stufe an dem Zähler 101. Ein Daten-Flip-Flop
103 empfängt das Ausgangssignal Q von dem Daten-Flip-Flop 102 als Datenanschluß D. Des weiteren
enthält der Teilerkreis ein NOR-Tor 104. Von Zwischenstufen der Teilerkette 100 werden ein
Taktimpuls C/mit 128 Hz, ein Taktimpuls Cl 1 mit 64 Hz
und ein Taktimpuls CI2 mit 32 Hz abgegeben. Des
weiteren wird ein Taktimpuls C/3 mit 2 Hz von einer Zwischenstufe des Zählers 101 abgegeben. Der Taktimpuls
Cl wird darüber hinaus zu jedem Takteingangsanschluß CL der Daten-Flip-Flops 102 und 103 gegeben.
Ein NOR-Tor 104 empfängt das Ausgangssignal Q des Daten-Flip-Flops 102 und das Ausgangssignal Q des
Daten-Flip-Flops 103 und gibt ein Ausgangssignal Pi
mit einem Zyklus von 30 see und mit einer Impulsbreite von'/i28secab.
33 bezeichnet ein UND-Tor und 34 bezeichnet ein ODER-Tor, wobei das Signal Plan den Vorwärts-Formungskreis
35 über das UND-Tor 33 und das ODER-Tor 34 abgegeben wird, wenn der Schrittmotor
in Vorwärtsrichtung mit normaler Zeit gedreht wird. Der Vorwärtsformungskreis 35 enthält ein ODER-Tor
105, einen Kipp-Flip-Flop 106 und UND-Tore 107 und
108. Wie in dem Zeitdiagramm der F i g. 9 gezeigt ist,
IO
15
20
25
wird das Signal P1 in die Ausgangssignale QA und QÄ
in dem Kipp-Flip-Flop 106 frequenzgeteilt. Dann erzeugen die UND-Tore 107 und 108 Signale P2 und
P 3 mit einer Periode von 60 see und einer Impulsbreite
von V)28 see, deren Phase um π Radiant gegeneinander
verschoben sind. Diese Signale P2 und P3 werden über eine Gruppe von ODER-Toren 109 mit den ODER-Toren
109a und 1096 zu einem Antriebskreis 37 mit Invertern 37a und 37b abgegeben, um die Signale PA
und PB zu erzeugen. Die Signale PA und PB werden den
Anschlüssen A und B über die Spule 3 zugeführt und dadurch wird ein positiver Impuls 4 und ein negativer
Impuls 5 erhalten, deren Polaritäten abwechselnd jede 30 see umgekehrt werden und die Impulsbreiten von
Vi 28 see haben. Die Spule 3 wird durch jeden positiven
und negativen Impuls 4 und 5 leitend, so daß der Schrittmotor wie oben erwähnt fortschaltet
Nachfolgend wird der Aufbau und die Wirkungsweise eines Korrektursteuerkreises 40 zum Ausführen einer
Korrektur der Vorwärtsdrehung durch Betätigen des Schalters 51 beschrieben. Der Korrektursteuerkreis
enthält einen Widerstand 110, um einen Kontaktanschluß des Schalters Sl mit einem Quellenpotential
VSS zu verbinden. Ein Daten-Flip-Flop 111 verbindet den Kontaktanschluß des Schalters Sl mit dem
Datenausgangsanschluß D. Der Daten-Flip-Flop 112 empfängt das Ausgangssignal Q von dem Daten-Flip-Flop
111 als dessen Eingangssignal. Ein NOR-Tor 113 empfängt das Ausgangssignal Q1 des Daten-Flip-Flops
111 und das Ausgangssignal Q2 des Daten-Flip-Flops
112 als seine Eingangssignale. Ein UND-Tor 115 empfängt das Ausgangssignal Q1 von dem Daten-Flip-Flop
111 und das Signal C/3. Ein Inverter 114 ist an den Kontaktanschluß des Schalters S1 angeschlossen. Der
Kipp-Flip-Flop 116 empfängt das Ausgangssignal des UND-Tors als sein Eingangssignal und die Kipp-Flip-Flops
117 und 118 werden unterbrochen derart verbunden, daß sie das Ausgangssignal Q 3 von dem
Kipp-Flip-Flop 116 als ihre Eingangssignale empfangen können, wodurch jeweils die Ausgangssignale QA und
Q5 abgegeben werden. Ein Rückstell-Einstell-Flip-Flop
119, nachfolgend mit Ä-S-Füp-Flop bezeichnet, empfängt
das Ausgangssignal Q 5 des Kipp-Flip-Flops 118 als sein Einstelleingangssignal. Ein UND-Tor 120
empfängt das Ausgangssignal Q 6 des Ä-S-Flip-Flops
119 und den Taktimpuls CH als seine Eingangssignale.
Ein ODER-Tor 121 empfängt das Ausgangssignal Φ 3 von dem UND-Tor 120 und das Ausgangssignal Φ 1 von
dem NOR-Tor 113. Jeder Takteingangsanschluß CL der
Daten-Flip-Flops 111 und 112 ist derart angeschlossen, so
daß ein Taktimpuls zugeführt werden kann. Der Ausgang des Inverters 114 ist mit jedem Rückstellanschluß
R der Kipp-Flip-Flops 116 bis 118 und des R-S- Flip-Flops 119 verbunden. Das Signa! P 4 wird als
Ausgangssignal von dem Korrektursteuerkreis 40 erhalten. Wie in dem Zeitdiagramm der F i g. 10 gezeigt
ist, führt eine kurzzeitige Betätigung des Schalters S1
dazu, daß das Signal P auf den Dateneingangsanschluß D des Daten-Flip-Flops 111 gegeben wird, so daß das
mit dem Taktimpuls Cl synchronisierte Ausgangssignal Ql am Ausgang des Daten-Flip-Flops 111 erhalten
werden kann. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal Q1
dem Eingang des Daten-Flip-Flops 112 zugeführt, wobei
die Phasen der Ausgangssignale Q 2 und Q1 um eine
Periode des Taktimpulses CI voneinander abweichen. Auf diese Weise wird ein Signal Φ1 mit einer
Impulsbreite von 1A2S see entsprechend einer Periode
des Taktimpulses C/von dem NOR-Tor 113 zur Zeit
35
55
60 Qi= »L« und Q2 = »L« abgegeben. Hier bedeutet
»L« »niedrig«, d. h. einen logischen Spannungspegel VSS der Batteriespannung. Umgekehrt bezeichnet »H«
»hoch«, d. h. einen logischen Spannungspegel VDD, wie später beschrieben wird. Das Signal Φ 1 wird über ein
ODER-Tor 121 abgegeben, so daß es über das ODER-Tor 34 als Signal PA gleich Φ 1 abgegeben
werden kann. Wenn das Signal QA gleich »H« (QB — »L«) unter der Bedingung ist, daß das Ausgangssignal
QA von dem Kipp-Flip-Flop 106 in dem Vorwärtsformungskreis 35 sich in einem Zustand
unmittelbar vor der Betätigung des Schalters Sl befindet, wird ein positiver Impuls 4 als Spannung VAB
an den Anschlüssen A und B erhalten. Wenn umgekehrt QA gleich »L« (QB = »H«) unter der Bedingung ist, daß
das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop 106 sich in einem Zustand unmittelbar vor der Betätigung
des Schalters S1 befindet, wird ein negativer Impuls 5
als Spannung VAB an den Anschlüssen A und B erhalten. Eine Vorwärtsdrehkorrektur zum Fortschalten
der Uhr um einen Schritt (30 see) pro Impuls wird mittels eines positiven Impulses 4 und eines negativen
Impulses 5 ausgeführt, wobei die Polarität abwechselnd pro Vorgang für eine kurze Zeit des Schalters S1 mit
einer Impulsbreite von '/,28SeC geändert wird. Die
Zeiger können beliebig durch Wiederholen dieser Betätigung fortgeschaltet werden. Wenn der Schalter
S1 für eine lange Zeitdauer niedergedrückt wird, d. h.
bei dieser Ausführungsform mehr als etwa 2 see, können die Zeiger wesentlich vorrücken. Mit anderen Worten
werden der positive Impuls 4 und der negative Impuls 5 an die Spule 3 als Spannung VAB an den Anschlüssen A
und B, wie dies in dem Zeitdiagramm der Fig. 10
gezeigt ist, unmittelbar nach dem Niederdrücken des Schalters S1 angelegt Bei dem in dem Zeitdiagramm
der F i g. 11 gezeigten Betrieb wird der Taktimpuls Cl 3
zu dem UND-Tor 115 zu dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem das Ausgangssignal Q1 von dem Daten-Flip-Flop
111 Qi= »H« durch den Taktimpuls Cl wird. Der Taktimpuls Cl3 wird mittels der Kipp-Flip-Flops 116 bis
118 frequenzgeteilt, bevor das Signal P = »L« wird. Die Frequenzteilung veranlaßt den Kipp-Flip-Flop 118, daß
das Signal Q 5 = »H« im Verlauf von Δ Τ (etwa 2 see) wird, nachdem das Signal des Schalters SlP= »H«
wird. Dann wird der R-S-Flip-Flop 119 auf Q 6 = »H«
durch das Ausgangssignal Q 5 eingestellt Von dem Zeitpunkt von Q 6 = »H« wird das Signal des Schalters
SiP= »L«, so daß der Taktimpuls Cl 1 bewirken kann,
daß das über das UND-Tor 120 von dem ODER-Tor 121 abgegebene Signal PA = Φ 2 wird und dadurch über
das ODER-Tor 34 zu dem Vorwärtsformungskreis 35 abgegeben wird. Als Ergebnis werden der Vorwärtsformungskreis
35, die ODER-Torgruppe 109 und die Antriebsschaltung 37 aufeinanderfolgend betätigt, so
daß der Spule 3 die Spannung an den Anschlüssen A und B zugeführt wird, d. h. die Wellenformsignale, die aus
einem einzelnen negativen Impuls 5 und kontinuierlichen und wiederholten positiven Impulsen Aa und
negativen Impulsen 5a bestehen, wie in F i g. 11 gezeigt ist, und zwar in dem Falle des Ausgangssignals
QA = »L« unmittelbar vor dem Niederdrücken des Schalters Sl, wodurch die Zeiger im wesentlichen
wcitergestellt werden.
Während der Betätigung des Schalters Sl arbeitet das UND-Tor, so daß das Signal P1 von dem Teilerkreis
32 nicht an den Vorwärtsformungskreis 35 gegeben wird.
Als nächstes werden der Aufbau und die Wirkungs-
weise des Korrektursteuerkreises 48 zum Ausführen einer Rückwärtsdrehkorrektur durch die Betätigung des
Schalters 52 beschrieben. Der Korrektursteuerkreis 48 enthält einen Widerstand 122 zum Verbinden eines
Kontaktanschlusses des Schalters 52 mit einem Quellenpotential VSS. Der Daten-Flip-Flop 123 verbindet den Kontaktanschluß des Schalters 52 mit dem
Dateneinangsanschluß D. Der Daten-Flip-Flop 124 empfängt das Ausgangssignal Q 7 von dem Daten-Flip-Flop 123. Ein NOR-Tor 125 empfängt das Ausgangssi-
gnal Q 7 von dem Daten-Flip-Flop 123 und das
Ausgangssignal Q 8 von dem Daten-Flip-Flop 124, um ein Signal Φ 3 abzugeben. Ein UND-Tor 126 empfängt
das Signal q, den Taktimpuls C/und die Ausgangssignale Q 7 und Q 8, um ein Signal P6 abzugeben. Ein UND-Tor
128 empfängt das Ausgangssignal <?7 des Daten-Füp-Flops und das Signal C/3. Ein Inverter 127 ist mit dem
Kontaktanschluß des Schalters 52 verbunden. Ein Kipp-Flip-Flop 129 empfängt das Ausgangssignal von
dem UND-Tor 128. Kipp-Flip-Flops 130 und 131 sind unterbrochen derart verbunden, daß sie das Ausgangssignal Q 9 von dem Daten-Flip-Flop empfangen können.
Ein R-S-Flip-Flop 132 empfängt das Ausgangssignal des
Kipp-Flip-Flops als dessen Einstelleingangssignal. Ein UND-Tor 133 empfängt das Ausgangssignal Q12 von
dem Ä-5-Flip-Flop 132 und Taktimpulse CIX und Cl 2.
Ein ODER-Tor 134 empfängt das Ausgangssignal Φ 4 von dem UND-Tor und das Ausgangssignal Φ 3 von
dem NOR-Tor 125. Ein UND-Tor 135 empfängt das Ausgangssignal P5 von dem ODER-Tor 134 und das
Ausgangssignal Q12 von dem7?-5-Flip-Flop 132, um ein
Signal P7 als dessen Ausgangssignal abzugeben. Jeder Takteingangsanschluß CL der Daten-Flip-Flops 123 und
124 ist derart angeschaltet, daß der Taktimpuls Cl zugeführt werden kann. Der Ausgang des Inverters 127
ist mit jedem Rückstellanschluß der Flip-Flops 129 bis 132 verbunden.
Der Rückwärtsformungskreis 49 enthält ein UND-Tor 136 zum Empfangen des Ausgangssignals P5
von dem ODER-Tor 134 und des Taktimpulses Cl als -to dessen Eingangssignale und gibt ein Signal Pi als
Ausgangssignal ab. Ein Inverter empfängt das Signal PS als sein Eingangssignal. Ein UND-Tor 138 empfängt das
Ausgangssignal des Inverters 137 und das Ausgangssignal PS des ODER-Tors 134 als seine Eingangssignale
und gibt ein Signal P 9 als Ausgangssignal ab. Ein UND-Tor 139 empfängt das Signal P9 und das
Ausgangssignal QB von dem Kipp-Flip-Flop 106. Ein UND-Tor 140 empfängt das Signal PS und das
Ausgangssignal QB. Ein UND-Tor 141 empfängt das Signal P9 und das Ausgangssignal QA von dem
Kipp-Flip-Flop. Ein UND-Tor 142 empfängt das Signal PS und das Ausgangssignal QA. Beide Ausgangssignale
von den UND-Toren 139 und 142 werden den jeweiligen Eingängen des ODER-Tors 109a zugeführt
Beide Ausgangssignale von den UND-Toren 140 und 141 werden den jeweiligen Eingängen des ODER-Tors
109Ö zugeführt.
Die Arbeitsweise der Rückwärtsdrehkorrektur ist in dem Zeitdiagramm der Fig. 12 gezeigt Wenn der
Schalter 52 für eine kurze Zeitdauer niedergedrückt wird, wird das Signal q zu dem Dateneingangsanschluß
CL des Daten-Flip-Flops 123 abgegeben, so daß das mit dem Taktimpuls Cl synchronisierte Signal Q 7 von dem
Ausgang des Daten-Flip-Flops 123 erhalten werden kann. Dann wird das Ausgangssignal Q 8, dessen Phase
von dem Taktimpuls um eine Periode abweicht, durch das Ausgangssignal Q 7 abgegeben. Auf diese Weise
wird zum Zeitpunkt von Q7 ·= »L« und Q2 = »L« das
Signal Φ 3 mit einer Impulsbreite von 1Am see
entsprechend einer Periode des Taktimpulses Cl von dem NOR-Tor 125 abgegeben. Als Ergebnis wird das
Signal Φ 3 über die ODER-Tore 134 und 105 zum Eingang des Kipp-Flip-Flops 106 als Signal PS — Φ 5
abgegeben. Währenddessen wird das Ausgangssignal Pß von dem UND-Tor 126 nur zur Zeit von Q 7 - »H«,
QS = »H« und Cl = »H« abgegeben. Das Ausgangssignal P6 ist dann ein einzelner Impuls mit einer
Impulsbreite von V2M see, der kurz vor Erzeugung des
Signals Φ 3 abgegeben wird. Wenn deshalb der Schalter 52 gedrückt wird, wird das Signal P 6 sofort erzeugt, so
daß das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop 106 umgekehrt werden kann. Wie in F i g. 12 gezeigt ist,
kann beispielsweise das Signa! QA nach »L« durch das Signal P6 im Falle von QA = »H« vor dem Drücken
des Schalters 52 umgekehrt werden. Das nach dem Signal P6 erzeugte Signal PS erzeugt mittels eines
UND-Tors 136, eines Inverters 137 und eines UND-Tors 138 des Rückwärtsformungskreises 49 die Signale
PS und P9 mit einer Impulsbreite von V2K see, die in
der Phase voneinander innerhalb 1Am see abweichen,
wenn das Signal PS »H« ist Auf diese Weise werden die Signale PS und P9 durch die Ausgangssignale QA und
QB des Kipp-Flip-Flops 106 und der UND-Tore 139 bis 142 weitergegeben, so daß ein Impulspaar aus dem
negativen Impuls 6 und dem positiven Impuls 7, deren Polaritäten augenblicklich geändert werden, über die
ODER-Torgruppe 109 und den Antriebskreis 37 an die Anschlüsse A und B der Spule 3 gegeben wird, wie durch
VAB in Fig. 12 gezeigt ist, wodurch der Rotor des
Schrittmotors um einen Schritt gedreht wird. Als Ergebnis können die Zeiger der Uhr um 30 see bei jeder
Betätigung des Schalters 52 zurückgestellt werden.
Wenn des weiteren der Schalter 52 dauernd für eine längere Zeit gedrückt wird, d. h. bei dieser Ausführungsform mehr als etwa 2 Sekunden, können die Zeiger der
Uhr über einen weiten Bereich verzögert werden. Unmittelbar nach dem Drücken des Schalters 52 wird
ein Impulspaar mit dem negativen Impuls 6 und dem positiven impuls 7 der Spule 3 zugeführt, so daß der
Rotor des Schrittmotors um einen Schritt rückwärts gedreht werden kann. Wenn der Schalter 52 weiter
dauernd gedrückt wird, wird der Taktimpuls Cl 3 an das UND-Tor 128 zu dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem das
Ausgangssignal des Daten-Flip-Flops 123 Q? = »H« durch den Taktimpuls C/wird, wie in dem Zeitdiagramm
der Fig. 13 gezeigt ist, um mittels der Kipp-Flip-Flops
129 bis 131 eine Frequenzteilung auszuführen, bis das Signal q = »L« wird. Zusätzlich wird das Signal des
Kipp-F!ip-F!Qps 131 QU = »H« und der R-S-Flip-Flop
132 wird auf das Signal Q12 = »H« im Verlauf von Δ Τ
(etwa 2 see) rückgestellt, nachdem der Schalter 52 q = »H« wird. Als Ergebnis werden nur in der
Zeitdauer von dem Zeitpunkt des Signals Q12 = »H«,
d. h. dem Signal q des Schalters zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder der Flip-Flops 129 bis 139 zurückgestellt wird,
die Taktimpulse CIi und Cl 2 über ein UND-Tor 133
und ein ODER-Tor 134 zu dem Rückwärtsformungskreis 49 als P5 = Φ 4 abgegeben. Ein UND-Tor 136, ein
Inverter 137 und ein UND-Tor 138 arbeiten derart, daß die Signale PS und P9 mit voneinander abweichender
Phase und einer Impulsbreite von V2K see innerhalb des
Bereichs einer Impulsbreite von 1A2S see erzeugt
werden können. Deshalb werden die Signale Pb und P9 durch die Ausgangssignale QA und QB des Kipp-Flip-Flops 106 und der UND-Tore 139 bis 142 weitergeleitet
Wie durch VAB in Fig. 13 gezeigt ist, werden der negative Impuls 6 und der positive Impuls 7 an die
Anschlüsse A und B der Spule 3 über die ODER-Torgruppe 109 und den Antriebskreis 37 zu-n Zeitpunkt des
Drückens des Schalters 52 angelegt. Nach dem Verstreichen von etwa 2 Sekunden (Δ T) wird ein
Impulspaar mit dem positiven Impuls 8 und dem negativen Impuls 9 angelegt. Dann wird der Betrieb
fortgesetzt, um in Intervallen von V32 see mit derartiger
Polarität wiederholt zu werden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, bis das Drücken des Schalters S 2 aufhört,
wodurch die Spannung VAB an die Anschlüsse A und B angelegt wird. Während des K.orrekturvorgangs wird
das Signal PX nicht an den Vorwärtsformungskreis 35
mittels des UND-Tors 33 abgegeben. Schließlich kann ein Korrekturvorgang ausgeführt werden, um die
Zeiger der Uhr in einem weiten Bereich nachgehen zu lassen. 50 bezeichnet einen Leistungssparkreis zum
Ausschalten eines Leistungsverbrauchs der Batteriezelle, während die Uhr nicht in Betrieb ist, beispielsweise
während des Versands. Wenn die Schalter 51 und S 2
gleichzeitig geschlossen sind, wird ein Ausgangssignal des UND-Tors 51 durch die Signale ρ und q erzeugt, so
daß das Ausgangssignal durch einen Haltekreis 52 festgehalten wird, wodurch ein Übertragungstor 53
offengehalten wird. Als Ergebnis schaltet die Batteriezelle E als Versorgungsquelle nur in bezug auf den
Schwingungskreis 31 und für das Aufrechterhalten des gehaltenen Zustands, wie später beschrieben, unnötige
Kreise ab. Wenn die Schwingung aufhört, wird der Leistungsverbrauch fast Null, insbesondere bei den
CMOS-Kreisen, da die meisten Schaltungsbedingungen gehalten werden. Die Zeiger können genau nach dem
Verstreichen einer bestimmten Zeit von dem Zeitpunkt der Freigabe des gehaltenen Zustands geführt werden
und der Frequenzteiler 32 kann durch das Ausgangssignal von dem Inverter 54 in dem gehaltenen Zustand
zurückgestellt werden. Wenn es erwünscht ist, den Zeiger wieder zu führen, veranlaßt einer der Schalter
51 und 52, deß das EIN-Signal ρ oder q über das
ODER-Tor 55 geht, um den Haltekreis 52 zu löschen. Dann kann sich die Schwingungsversorgungsquelle
erholen, so daß das Rückstellen des Frequenzteilers freigegeben wird, um diesen in den normalen Betriebszustand
zurückzuführen. Die Anordnung ermöglicht es, die Uhr im Aufbau sehr einfach und in den
Abmessungen sehr klein auszuführen, da komplizierte
Einrichtungen zum Stellen der Zeiger nicht erforderlich sind.
Vorangehend ist eine Ausführungsform beschrieben worden, bei der die Rückwärtsdrehanordnung nach der
Erfindung zur Zeigerkorrektur angewendet ist, wobei
der praktische Anwendungsbereich sehr breit ist, da neue Anzeigewirkungen erhalten werden können.
Beispielsweise kann die Tatsache gemeidet werden, daß die Zeit des Auswechselns der Batterie erreicht ist,
indem die Erschöpfung der darin gespeicherten Energie mittels eines Sensors festgestellt wird, um den
Sekundenzeiger zwei Schritte fortzuschalten und ihn einen Schritt pro Sekunde zurückzustellen und ihn um
drei Schritte bei jeder geraden Sekunde vorzuschalten und um einen Schritt bei jeder ungeraden Sekunde
zurückzustellen. Des weiteren ergibt die Erfindung die Möglichkeit, daß eine Einstelldifferenz der Zeit in einer
Weltuhr automatisch korrigiert wird. Auch kann eine Uhr geschaffen werden, die zum Umschalten verwendet
wird, ebenso wie eine Uhr geschaffen werden kann, deren Zeiger rückwärts gedreht werden. Deshalb ist die
Antriebsanordnung für einen Schrittmotor nach der Erfindung in der Praxis sehr wertvoll. Wenn geeignete
Wellenformen ausgewählt werden, kann die Erfindung auch bei anderen Schrittmotoren angewendet werden,
beispielsweise einem Schrittmotor, dessen Rotor mehrpolig ist oder in axialer Richtung magnetisiert ist, oder
der in einem Schritt eine volle Drehung ausführt.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr, der eine Spule, einen Stator und einen mit
einem Permanentmagnet versehenen Rotor aufweist, und mit einem Antriebskreis, der von einem
Steuerkreis gesteuert ist, um der Spule Vorwärts- und Rückwärtsdrehimpulse zuzuführen, dadurch
gekennzeichnet, daß der Antriebskreis (37) von einem solchen Steuerkreis (48) gesteuert ist, der
wahlweise einen Vorwärtsdrehimpuls in Form eines einzelnen Impulses oder eine Gruppe von Vorwärtsdrehimpulsen
mit derselben Polarität für jedes Fortschalten des Rotor« in Vorwärtsdrehung und
eine Gruppe von Rückwärtsdrehimpulsen mit is
gemischter Polarität und mit wenigstens einem den Rotor in Rückwärtsdrehung beschleunigeten Impuls
(8, 9, 11, 12, 17, 18) für jedes Fortschaiten des Rotors in Rückwärtsdrehrichtung anlegt
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Rückwärtsdrehimpulse
einen ersten Impuls (8) und einen zweiten Impuls (9), der dem ersten Impuls folgt und
unterschiedliche Polarität zu dem ersten Impuls hat, enthält.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Rückwärtsdrehimpulse
einen ersten Impuls (10), einen zweiten Impuls (U) mit zum ersten Impuls unterschiedlicher
Polarität und einen dritten Impuls (12) mit derselben Polarität wie der erste Impuls enthält
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wahlweise Betrieb des
Steuerkreises mittels einer von Hand betätigten Schaltereinrichtung gesteuert wird.
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von Hand betätigte
Schalteinrichtung einen ersten Schalter (Si) zum Speisen der Spule mit dem Vorwärtsdrehimpuls bei
jedem Fortschaiten des Rotors und einen zweiten Schalter (S 2) zum Speisen der Spule mit der Gruppe
der Rückwärtsdrehimpulse bei jedem Fortschalten des Rotors enthält.
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