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Dispositif électronique pour la mesure et l'indication du temps Il existe des dispositifs électroniques pour la mesure et l'indication du temps comportant par exemple des indicateurs distincts pour les minutes et pour les heures.
Ces dispositifs connus utilisent pour le comptage et/ou l'indication des décodes de comptage dont la capacité de comptage est ajustée par rétro-couplage à la capacité de comptage ou d'indication maximum désirée. Cette façon de faire entraîne nécessairement une utilisation non optimale des éléments électroniques entrant dans la fabrication du dispositif.
Un but de la présente invention est l'optimisation du nombre de composants électroniques utilisés.
Enfin les dispositifs connus pour l'indication du temps permettent un affichage digital de l'heure qui convient mal à l'utilisation de ce dispositif comme montre ou pendulette.
Un autre but de l'invention est de permettre un affichage analogique du temps correspondant dans sa réalisation au mode d'affichage conventionnel utilisé pour les montres et pendulettes.
La présente invention a pour objet un dispositif électronique pour la mesure et l'indication analogique du temps, comprenant un oscillateur, un diviseur de fréquence, un dispositif de décodage alimenté par le diviseur de fréquence et comprenant des compteurs formés d'unités de comptage binaire, au moins un convertisseur binaire-décimal et un dispositif d'indication horaire comportant 60 indicateurs de minutes et 12 indicateurs d'heu- des, caractérisé par le fait que les compteurs du dispositif de décodage sont au moins au nombre de deux, un compteur de minute branché en série avec un compteur d'heure, par le fait que le compteur de minute est constitué par deux compteurs partiels de minute branché en série, le produit des capacités de comptage maximum de ces compteurs partiels de minute étant égal à 60,
par le fait que le compteur d'heure est constitué par deux compteurs partiels d'heure branché en série, le produit des capacités de comptage maximum de ces compteurs partiels d'heure étant égal à 12, et par le fait que chacun des 60 indicateurs de minute et des 12 indicateurs d'heure sont alimentés par une sortie de chacun des compteurs partiels de minute, respectivement de chacun des compteurs partiels d'heure.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à litre d'exemple différentes formes d'exécution de la présente invention.
La fig. 1 illustre schématiquement une forme d'exécution de la montre électronique comportant plusieurs couches semi-conductrices fonctionnelles; la fig. 2 illustre très schématiquement et en schéma bloc un type de circuit possible pour la montre électronique ; la fi-. 3 illustre partiellement et en schéma bloc une variante de la montre électronique illustrée à la fig. 2 comportant une indication visuelle des secondes ; la fi-. 4 illustre une variante de la montre électronique illustrée à la fig. 3 dans laquelle un seul dispositif d'indication est utilisé pour la représentation des secondes et des minutes.
La fig. 1 illustre très schématiquement un secteur de la montre électronique comportant plusieurs couches semi-conductrices fonctionnelles, tandis que la fig. 2 illustre en schéma bloc une façon de réaliser lesdites couches fonctionnelles.
Dans la forme d'exécution illustrée aux fig. 1 et 2, la montre électronique comporte divers ensembles fonctionnels dont un ensemble oscillateur 1, un ensemble de comptage 2, un ensemble de commutation 3 et un ensemble d'affichage 4.
L'ensemble oscillateur 1 fournit une fréquence fixe d'une impulsion par seconde. Cette fréquence fixe ou de référence doit être très stable pour assurer un fonctionnement de haute précision de la montre électronique. Cet ensemble oscillateur 1 peut être constitué par
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a) un générateur de fréquence utilisant un étalon de fréquence adéquate, par exemple un diapason, un cristal piézoélectrique ou un oscillateur Solion (voir Radio Engineei's Handbook Section 6 Crystal oscillators paragraphe 4 par Terman, Mc Graw Hill Editeur, 1943).
b) un circuit diviseur de fréquence alimenté par le réseau de distribution d'énergie électrique, généralement à 50 Hz ou 60 Hz (voir Electronic and Radio Engineering , chapitre 18, section 16, par Terman, Mc Graw Hill Editeur, 1955).
c) la combinaison d'un générateur de fréquence (a) et d'un circuit diviseur de fréquence (b).
En outre, cet ensemble oscillateur 1 peut prendre la forme d'une couche mince, d'un secteur de couche mince, d'un bloc, etc., suivant la technique de miniaturisation utilisée.
L'ensemble de comptage 2 se compose dans l'exemple illustré par dix-sept unités binaires 5 branchées en cascade. Chacune de ces unités binaires 5 peut être constituée par une unité PhiIips flip-flop FFI, type B8 920 00 comprenant deux transistors du type OC46.
Le premier groupe A de six flip-flop, ainsi que le circuit de contre-réaction 6 correspondant branché entre la sortie dudit groupe et l'entrée du troisième flop-flop 5, constitue un circuit diviseur délivrant un signal à une fréquence d'une impulsion par minute. En effet, les six flip-fIop en série constituent une échelle de soixante- quatre, qui, grâce au circuit de contre-réaction shuntant les quatre dernières unités flip-flop, est ramenée à une échelle de soixante. Ce premier diviseur étant alimenté directement par le signal de sortie de l'oscillateur (1 Hz) 0. il délivre bien un signal d'une impulsion par minute.
Pour indiquer les minutes de façon réaliste, il est nécessaire d'utiliser soixante éléments d'affichage 7 (Yroupés dans l'ensemble d'affichage 4 et qui doivent être alimentés chacun à leur tour.
Les éléments d'affichage 7 sont par exemple régulièrement répartis le long d'une ou plusieurs circonférences concentriques permettant de reproduire l'allure conventionnelle d'un cadran de montre.
Pour réduire le nombre des éléments nécessaires, ainsi que le nombre des connexions, on a utilisé ici le principe de la subdivision en sextants. Dans l'exemple illustré, on considère six sextants comportant chacun dix minutes. Une telle disposition permet a) de rendre minimum le nombre d'éléments utilisés; b) de simplifier grandement les connexions d'un dispositif d'affichage numérique.
Le second groupe B de quatre flip-flop en série constitue une échelle de seize qui est ramenée à une échelle de dix par le circuit de contre-réaction 6 shuntant d'une part les trois derniers flip-flop et d'autre part les deux derniers flip-flop. Ce second groupe B constitue le compteur des minutes.
Le troisième groupe C de trois flip-flop en série constitue une échelle de huit qui est ramenée à une échelle de six par le circuit de contre-réaction 6 shuntant les deux derniers flip-flop de ce groupe. Ce troisième groupe constitue le compteur des sextants de minute.
Il est évident que dans d'autres réalisations, la subdivision pourrait être différente de six, supérieure ou inférieure généralement dictée par des considérations soit économique, soit de facilité de réalisation technique des circuits.
A chaque instant, l'information déterminant lequel des soixante éléments d'affichage 7 doit être actionné, est contenue sous forme binaire dans les second et troisième groupes (B, C) de comptage. Ceci nécessite l'emploi de convertisseurs ou dispositifs de sélection, entre les sorties des compteurs et les circuits de commutation du dispositif d'affichage. Ces convertisseurs transforment les informations binaires contenues dans les compteurs B et C en informations numériques allant de un à dix pour le compteur B et de un à six pour le compteur C.
Les convertisseurs 8 et 9 sont constitués par quarantequatre éléments à coïncidence qui peuvent être formés par exemple par cinq commutateurs électroniques Phi- lips 2.2N1 type B8. 93000 et quatre commutateurs électroniques Philips 2.3NI type B8. 93001. Des circuits équivalents pourraient être utilisés qui seraient par exemple réalisés par la technique dite de déposition de films.
Pour indiquer les heures d'une façon réaliste, il est nécessaire d'utiliser douze éléments d'affichage 10 groupés dans l'ensemble ou la couche d'affichage 4 qui doivent être alimentés chacun à leur tour. Ici également, on utilise le principe de la subdivision pour réduire le nombre d'éléments nécessaire. Dans l'exemple illustré, on utilise trois secteurs de quatre heures chacun.
L'ensemble ou couche de comptage 2 comporte encore des compteurs relatifs aux heures constitués par les quatrième D et cinquième E groupes de deux flip- flop en série. Le groupe D constitue une échelle de quatre, tandis que le groupe E constitue une échelle de trois et comporte de ce. fait un circuit de contre-réaction 6 shuntant les deux flip-flop. Le groupe D constitue le compteur des heures, tandis que le groupe E constitue le compteur de secteurs des heures.
Ici également, il est nécessaire de prévoir des convertisseurs pour transformer l'information, déterminant à chaque instant lequel des douze éléments d'affichage 10 doit être actionné, de la forme binaire délivrée- par les compteurs D et E sous la forme numérique désirée.
Le convertisseur 11 correspondant au groupe D, ainsi que le convertisseur 12 relatif au groupe E comportent des éléments à coïncidence, le premier délivrant une information numérique de 1 à 4 relative à une heure à l'intérieur d'un secteur et le second une information numérique de 1 à 3 relative à un secteur.
Les convertisseurs 11 et 12 représentent ensemble seize éléments à coïncidence qui sont constitués par exemple par quatre commutateurs électroniques Philips 2.2N1 type B8. 93000, ou par tout autre circuit miniaturisé équivalent.
L'ensemble ou couche de comptage 2 peut donc se diviser en un ensemble de comptage proprement dit et un ensemble convertisseur.
L'ensemble ou couche commutateur 3 comporte vingt- trois commutateurs ou relais 13 dont seize sont affectés à la commande de l'affichage des minutes, tandis que les sept autres sont affectés à la commande de l'affichage des heures. Chaque sortie des convertisseurs 8, 9, 11 et 12 alimente le circuit d'excitation d'un relais 13 de manière à commander en fonction de l'information provenant du comptage, l'affichage d'une part des minutes et d'autre part de l'heure.
Dans cette forme d'exécution, ces commutateurs ou relais 13 peuvent être constitués par des circuits connus en soi, mais il faut toutefois remarquer que les commutateurs alimentés par les convertisseurs 8 et 11 sont quelque peu différents de ceux alimentés par les convertisseurs 9 et 12.
La couche d'affichage comporte comme déjà mentionné soixante éléments d'affichage 7 des minutes et douze éléments d'affichage 10 des heures. Dans cet
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exemple, ces éléments d'affichage sont constitués par des lampes à incandescence miniature.
Chaque élément d'affichage 7, 10 est relié d'une part à l'un des pôles d'une source d'énergie par l'intermédiaire du relais 13 correspondant au secteur dont il fait partie et d'autre part à l'autre pôle de la source d'énergie par l'intermédiaire d'un autre relais 13 correspondant au numéro d'ordre de la minute, respectivement de l'heure de l'élément d'affichage envisagé à l'intérieur des secteurs. De cette manière, seul est actionné l'élément d'affichage 7, 10 qui à un instant donné est relié à deux relais 13 étant dans leur état conducteur.
Il est évident que les éléments d'affichage 7, 10 pourraient également être réalisés par des lampes néon ou des dispositifs électroluminescents. Dans ce dernier cas, des lampes à incandescence de faible voltage sont utilisées pour actionner par tout ou rien des éléments photosensibles. Il est évident que le dispositif décrit nécessite des sources d'énergie électriques, d'une part une source délivrant une tension de -6V sous 0,2A et +6V sous 0,05 A environ pour alimenter la partie électronique de la montre (oscillateur, compteur et convertisseur) et d'autre part une source dont le type et la puissance sont déterminés par le type d'affichage utilisé.
Le fonctionnement de la montre électronique décrite est le suivant L'oscillateur délivre un signal de un cycle par seconde dont la fréquence est divisée par le premier groupe A de l'ensemble de comptage 2 de manière à obtenir un signal d'une fréquence de un cycle par minute. Ce signal alimente les groupes B, C, D et E de telle sorte que le convertisseur 8 délivre un signal successivement sur chacune de ses dix sorties pendant une minute, que le convertisseur 9 délivre un signal pendant dix minutes sur chacune de ses six sorties successivement, que le convertisseur 11 délivre sur chacune de ses quatre sorties successivement un signal durant une heure et enfin que le convertisseur 12 délivre successivement un signal sur chacune de ses sorties pendant quatre heures.
Cette distribution de signaux provoque l'actionne- ment successif des éléments d'affichage 7 à raison d'un par minute et l'actionnement des éléments d'affichage 10 à raison d'un par heure.
Une forme d'exécution a été décrite à titre d'exemple non limitatif et il est bien évident que d'autres variantes pourraient être prévues. En particulier, la subdivision en secteurs pourrait être différente, toutefois, le nombre adopté permet une réduction au minium du nombre d'éléments utilisés.
Dans certaines variantes, il est désirable de réaliser non seulement une indication visuelle des minutes et des heures, mais également des secondes. Une telle variante est illustrée à la fig. 3. Dans cette variante, on a remplacé le premier groupe A de six flip-flop de l'ensemble de comptage 2 de la forme d'exécution illustrée à la fig. 2 par une structure analogue (B', C') à celle des groupes B et C de cet ensemble de comptage 2. De cette façon, on obtient également une division par soixante et donc un signal de sortie de un cycle par minute.
Toutefois, il est possible à l'aide de ces groupes B', C' d'alimenter une structure (8', 9', 13', 7) analogue à la structure comprenant les convertisseurs 8, 9, les relais 13 et les éléments d'affichage 7 de manière à réaliser une indication visuelle des secondes. Il est évident que l'ensemble illustré à la fig. 3 serait alors suivi d'une structure relative à l'indi- cation des heures constituée par les groupes D et E et les éléments alimentés par ces groupes (fig. 2).
On obtient dans une montre électronique comportant un ensemble de comptage 2, un ensemble de commutation 3 et un ensemble d'affichage comportant chacun une structure relative aux secondes, une seconde structure identique relative aux minutes et une troisième structure différente des deux premières, relative aux heures.
Le fonctionnement de cette montre électronique est similaire à celui de la forme d'exécution précédemment décrite dans laquelle toutefois le groupe diviseur A est remplacé par un groupe de comptage des secondes alimentant un dispositif d'indication des secondes et délivrant un signal d'un cycle par minute alimentant le groupe de comptage des minutes.
Il est toutefois possible dans certaines circonstances, de n'utiliser qu'un seul groupe d'éléments d'affichage pour indiquer les secondes et les minutes. Une telle variante est illustrée schématiquement à la fig. 4. Cette variante présente le grand avantage de réduire le nombre de pièces constitutives d'une façon très appréciable par la suppression du groupe de relais 13' alimenté par le convertisseur 8' relatif aux secondes et de tous les éléments d'affichage 7' relatif aux secondes.
Une telle superposition de l'affichage des minutes et des secondes n'est toutefois possible que si cet affichage n'est pas simultané. Il est toutefois aisé de commuter alternativement le groupe d'affichage unique relatif à l'indication des secondes et à celle des minutes, du groupe commutateur des secondes sur le groupe commutateur des minutes et vice versa. Pour que l'observateur (humain) ne s'aperçoive pas de cette commutation mais qu'il perçoive l'affichage des secondes et des minutes simultanément, il suffit que la fréquence de commutation soit suffisamment élevée par rapport à la persistance de l'image sur la rétine de l'aeil.
Pour différencier l'indication des secondes de celle des minutes, on utilise dans la variante décrite, des affichages de luminosité différente.
Comme la persistance rétinienne est de l'ordre du vingtième de seconde, il est possible d'utiliser comme fréquence de commutation la fréquence de 50 ou 60 cycles par seconde des réseaux de distribution d'énergie électrique par exemple.
La variante décrite ci-dessus est illustrée à la fig. 4. Cette variante comporte un ensemble oscillateur 1 et un ensemble de comptage 2 identique à celui de la forme d'exécution de la montre électronique illustrée à la fig. 3, par contre, l'ensemble de commutation 3 comporte trois groupes de relais 13' et 13. Le groupe de relais 13' est alimenté par le convertisseur 9' relatif aux secondes et les groupes de relais 13 sont alimentés par les convertisseurs 8 et 9 relatifs aux minutes. Ces trois groupes de relais 13' et 13 alimentent les mêmes éléments d'affichage 7, toutefois une résistance est prévue sur la sortie de chaque relais de l'un de ces groupes de relais (13) pour réaliser la différence de luminosité entre l'affichage des minutes et des secondes.
Les relais 13' et 13 sont dans un état conducteur à des moments différents, ce qui permet de réaliser la commutation des éléments d'affichage 7 alternativement sur le convertisseur 9' relatif aux secondes et sur le convertisseur 9 relatif aux minutes.
Le groupe de relais 13 alimentant l'autre borne des éléments d'affichage 7 est alimenté au travers d'un circuit sélectif simple par les deux convertisseurs 8' et 8 relatifs aux secondes et aux minutes. Le circuit sélectif
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mentionné est constitué par deux entrées relatives aux convertisseurs 8' et 8 comportant chacune une diode et alimentant en parallèle la base d'un transistor du relais 13.
Il est évident que pour obtenir un affichage cohérent, il faut qu'à chaque instant un élément d'affichage 7 donné soit alimenté par des convertisseurs 8', 8 et 9', 9 relatifs tous deux aux secondes et aux minutes, et qu'un élément d'affichage 7 ne soit alimenté que par deux convertisseurs appartenant à la même structure, soit des minutes. soit des secondes.
Cette variante permet d'obtenir une montre électronique réalisant les mêmes performances que celle illustrée à la f ig. 3, mais utilisant un nombre d'éléments bien plus restreint, ce qui diminue le prix de revient de cette montre électronique.
En outre, les exemples illustrés montrent l'une des approches possibles pour la miniaturisation de l'horloge électronique, celle consistant à utiliser des éléments distincts, eux-mêmes miniaturisés. Mais il va sans dire que les différents ensembles fonctionnels pourraient être réalisés par exemple à l'aide de micromodules ou de circuits solides ou intégrés, les fonctions restant les mêmes, seuls les éléments réalisant ces fonctions étant différents d'un cas à l'autre.
La réalisation de cette montre électronique est très souple; en effet, comme source d'énergie, on peut utiliser une batterie. le réseau de distribution à 50 ou 60 Hz ou toute autre source d'énergie. En outre, l'oscillateur peut être constitué soit par le réseau de distribution à 50 ou 60 Hz, par un oscillateur à cristal, par un étalon de fréquence atomique, par un étalon de fréquence téléphonique, par un étalon de fréquence radiophonique ou par tout mitre étalon de fréquence. De même, les éléments d'affichage peuvent être des lampes, des tubes fluorescents, des panneaux électroluminescents, des tubes cathodiques, des tubes à gaz, des tubes numériques ou une combinaison de ceux-ci.
Il est bien évident que la montre électronique décrite peut comporter en plus des trois ensembles oscillateur 1, de comptage 2, de commutation 3 et d'affichage 4, un ou plusieurs ensembles d'alimentation fournissant l'énergie électrique nécessaire d'une part au fonctionnement de la partie électronique (oscillateur, comptage, commutation) et d'autre part au fonctionnement du dispositif d'affichage. Dans cette variante, il est possible d'alimenter le dispositif d'indication horaire en énergie électrique à certains moments seulement, ce qui permet de réduire grandement la consommation en énergie électrique du dispositif électronique pour la mesure et l'indication du temps.
Il est en outre évident que ces divers ensembles peuvent prendre des formes très diverses suivant quelle technique de miniaturisation ou de super-miniaturisation est utilisée pour la réalisation de leurs circuits.
Une réalisation particulièrement séduisante est celle où tous les circuits sont des circuits intégrés ou solides, chaque ensemble ou fonction étant réalisé par une plaquette en matière semi-conductrice. Les connexions entre les différentes plaquettes pourraient être réalisées par exemple en intercalant entre chaque plaquette empilée un film isolant dont certaines parties seraient omises pour réaliser des connexions électriques. Ces films isolants perforés relèvent des techniques des circuits imprimés. De cette façon, on obtient par empilage ou juxtaposition des diverses plaquettes fonctionnelles, un tout se présentant sous la forme d'un bloc solide et constituant la montre électronique.