DE2809256B2 - Batteriegetriebene elektronische Uhr - Google Patents

Description

unter «Jen vorbestimmten Wert bei schwacher Last abgefallen ist, eine Einrichtung, die das erste und das zweite Detektorsignal speichert und auf diese Signale ansprechend ein erstes und ein zweites Ausgangssignal erzeugt, eine erste Steuerschaltung, die auf das erste Ausgangssignal anspricht und die das Treibersignal erzeugende Einrichtung steuert, und eine zweite Steuerschaltung gelöst, die auf das zweite Ausgangssignal anspricht und die Zeitanzeigeeinrichtung so ansteuert, daß die Zeitanzeige in der geänderten Form vorgenommen wird.

Vorzugsweise steuert die erste Steuerschaltung die das Treibersignal erzeugende Einrichtung so, daß diese ein Treibersignal abgibt, das ein erhöhtes Antriebsmoment liefert, um dadurch sicherzustellen, daß vor dem eigentlich notwendigen Austausch der Batterie bei schwerer Last den anzatreibenden Einrichtungen, insbesondere der Zeitanzeige, genügend Energie geliefert wird, so daß diese durch einen Abfall der Batteriespannung unbeeinflußt bleibt

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die erste Steuerschaltung die das Treibersignal erzeugende Einrichtung so steuert, daß ein Vorwarnsignal für das bevorstehende Ende der Lebensdauer der Batterie gegeben wird. Damit kann die Bedienungsperson bereits nach Erscheinen des Vorwarnsignals den Austausch der Batterie vornehmen, wodurch gleichfalls sichergestellt wird, daß eine Beeinträchtigung der Funktion der Zeitmeß- und -anzeigeeinrichtung vermieden wird.

Bei der in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Uhr wird somit die Batteriespannung einmal bei geringer Last und zum anderen bei starker Last gemessen. Wird bei starker Last beispielsweise dann gemessen, wenn der Schrittmotor zum Vorrücken des Zeigers der Zeitanzeige in Tätigkeit ist, dann ist die Batteriespannung natürlich niedriger als bei geringer Last Aufgrund dieses Meßwertes wird ein erstes Absinken der Batteriespannung festgestellt Wenn nach weiterer Betriebsdauer der Batterieladezustand zunehmend schlechter wird, dann wird auch die Spannung bei geringer Last so niedrig, daß das Warnsignal für den notwendigen Batterieaustausch geliefert wird.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr sind Gegenstand der Patentansprüehe 2 bis 5.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert

F i g. 1 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild die Schaltungsteile ein« ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Uhr.

F i g. 2 tsigt das Schaltbild des Schaltungsblockes 4 in

Fig.3 zeigt die Form der Impulse, die in den Schaltungen gemäß F i g. 1 und F i g. 2 auftreten.

Fig.4 zeigt das Schaltbild einer Schaltung zum Einstellen des in F i g. 1 dargestellten Widerstandes 22 bei der Herstellung der Uhr.

Fig.5 zeigt die Beziehung zwischen der Last, der Betriebstemperatur und der Betriebsausgangsspannung während der Betriebszeit einer Batterie.

F i g. 6 zeigt in einem Blockschaltbild die Schaltungsteile eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Impulsbreite der Impulse, die am Schrittmotor liegen, vergrößert wird, wenn die Batteriespannung bei starker Last unter einen vorbestimmten Wert fällt

Fig,7 zeigt das Schaltbild der SchaJtutvgsblöcke 74, 76,82, »4 in F ig, 6,

F i g, 8 zeigt die Form der Impulse, die in den in F ig, 7 dargestellten Schaltungen auftreten,

Fig,9 zeigt eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei der die Einschaltdauer der Lampe zur Beleuchtung einer Flüssigkristallanzeige in Abhängigkeit von der Höhe der Batteriespannung gesteuert wird, wenn die Batterie unter der Last der Beleuchtungslampe steht

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß F i g. 6, bei der die Schaltung zur Bestimmung der Batteriespamiung, die beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, Anwendung findet

In F i g. 1, die das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, ist ein Quarzkristallschwinger 2 dargestellt, der mit einem Oszillator 4 verbunden ist und mit diesem ein Frequenznormal bildet Das Ausgangssignal des Oszillators 4 liegt an einem Frequenzteiler 6 mit 17 Teilerstufen. Das Ausgangssignal der letzten Frequeri*»eilerstufe F17.bat eine Periode von etwa 4 Sekunden. Die Ausgangssignale der Frequenzteilerstufen liegen an einer Wählschaltung 10, die Impulse für die Anzeige auswählt und an der auch Signale liegen, die von der Spannungsbestimmungsschaltiing 18 und vom UND-Glied 26 abgegeben werden. Die Ausgangssignale O\ und Oi der Wählschaltung 10 werden durch die Treiberschaltungen 30 und 28 verstärkt, deren Ausgangssignale zum Antrieb eines Schrittmotors 32 dienen. Dieser Schrittmotor betätigt die Zeiger einer Analoganzeige, so daß die Zeitanzeige um einen Winkel vorgerückt wird, der einer Sekunde entspricht, wenn ein Ausgangsimpuls O\ oder O₁ von der Wählschaltung 10 an den Treiberschaltungen 28 und 30 Hegt

Das heißt, daß der Sekundenzeiger 40, der auf dem Ziffernblatt 36 der Uhr angeordnet ist, einmal weiterrückt Auf dem Ziffernblatt sind weiterhin Stunden- und Minutenanzeiger 34 und 38 vorgesehen.

Die Batteriespannungsbestimmungsschaltung 18 enthä!t zwei Daten-Flip-Flops 16 und 17, die im folgenden mit DFF bezeichnet werden, sowie einen P-Kanal MOS-Transistor 20. Die Datenklemmen D der DFFiB und 17 sind mit der negativen Klemme Vdd einer Batterie 24 über einen zur Einstellung des Spannungspegels dienenden Widerstand 22 verbunden. Die Source-Klemme des Transistors 20 ist mit der positiven Klemme Vss der Batterie 24 verbunden. Die Ausgänge F15 und F9 des Frequenzteilers 6 liegen an einer Generatorschaltung 8 für die Prüfsignale, die ein erstes Prüfsignal 5 erzeugt Dieses Signal wird auf die Prüfklemme S^der DFFt6 gegeben und liegt an einem ODER-Glied 12, das Ausgangsimpulse CS liefert. Das Ausgangssignal O\ der Wählschaltung 10 für die Anzeigeimpulse wird auch als zweite·} Prüfsignal verwendet und liegt gleichfalls am ODER-Glied 12 Der Ausgang des ODER-Gliedes 12 ist mit der Gate-Klemme des Transistors 20 verbunden. Der Ausgang Q1 der DFFM liegt ar der Wähischaltung 10 für die Anzeigeimpulse zur Lieferung eines ersten Steuersignals Ci. sowie am UND-Glied 26. Der Ausgang Ql der DFF16 liegt gleichfalls am UND-Güed 26, dessen Ausgangssignal an der Wählschaltung als zweites Steuersignal C 2 liegt

Im folgenden wiM die Arbeitsweise der Schaltung 18 beschrieben, mit der die Batteriespannung bestimmt wird.

Prüfimpulse Q\ werden dann erzeugt, wenn die Batterie stark belastet ist, d h. wenn Treiberimpulse auf den Schrittmotor gegeben werden. Die Umpulse O\ liegen am Gate des Transistors 20 vom Verknüpfungsglied 12, wobei das Ausgangssignal dieses Verknüpfungsgliedes 12 aus Prüfimpulsen CS besteht. Wenn die Batteriespannung und somit die Amplitude der Prüfimpulse CS genügend hoch sind und diese Impulse am Transistor 20 liegen, dann wird dieser Transistor leitend, so daß er an seiner Drainklemme einen sehr niedrigen Widerstand zeigt. Eine Spannung nahe 0 erscheint an der Dateneingangsklemme D der DFFM, wenn Impulse O\ auf die Prüfklemme STder DFFM gegeben werden, und der Ausgang Q1 bleibt auf einem niedrigen Pegel. Wenn jedoch die Batteriespannung und somit die Amplitude der Impulse CS auf einem bestimmten niedrigen Pegel liegen, dann wird der Transistor nur teilweise leitend oder nicht leitend. Es erscheint somit eine Spannung an der Dateneinflangsklemme D der DFFiT, wenn Prüfimpuise O\ an d<ir Klemme STiiegen. Diese Spannung ist das erste Bestimmungssignal. Der Ausgang Q1 der DFFM kommt daher auf einen hohen Pegel.

Das erste Steuersignal Cl wird in der folgenden Weise erzeugt. Die Spannung, die üich zwischen Drain- und Source-Klemme des Transistors 20 bildet, wenn dieser Transistor teilweise aufgrund des niedrigen Pegels der am Gate dieses Transistors liegenden Prüfimpulse leitet, wird durch den Widerstandswert des Transistors 20 bestimmt. Der Pegil der Batteriespannung, bei der ein Ausgangssteuersignal durch die DFFM erzeugt wird, kann dadurch eingestellt werden, daß der Wert des Widerstandes 22 bei der Herstellung der Uhr entsprechend eingestellt wird. Prüfimpulse 5 werden von der Schaltung 8 erzeugt, wenn die Batterie unter einer geringen Last steht, d. h. wenn keine Schrittimpulse auf den Schrittmotor gegeben werden. Die Prüfimpuise S liegen am ODER-Glied 12, um Prüf impulse CS zu erzeugen, und an der Klemme STder DFFiG. Wie es bei den oben beschriebenen Prüfimpulsen Oi der Fall ist, werden dann, wenn die Batteriespannung über einem vorbestimmten Minimalwert liegt, die Impulse CS die Gate-Schwellenspannung des Transistors 20 überschreiten, so daß dieser Transistor leitet und somit der Ausgang Q 2 der DFF16 auf einem niedrigen Pegel bleibt, wenn Impulse 5 an der Prüfklemme S7der DFF16 liegen. Wenn die Batteriespannung auf einen bestimmten niedrigen Wert abfällt, der durch den Wert des Widerstandes 22 bestimmt ist, dann tritt eine Spannung zwischen der Source- und Drainklemme des Transistors 20 auf, wenn die Impulse S an der Klemme STder DFF16 liegen. Diese Spannung stellt das zweite Bestimmungssignal dar. Das hat zur Folge, daß der Ausgang Q 2 der DFF16 auf einen hohen Pegel kommt Dieses Ausgangssignal wird zusammen mit dem Steuersignal C2 an das UND-Glied 26 abgegeben, so daß dieses ein Steuersignal C2 liefert. Das Steuersignal Cl wird ein:ge Zeit vor dem Steuersignal C2 während der Betriebsdauer der Batterie abgegeben, da der Spannungsabfall der Batterie bei starker Last unvergleichlich größer als bei geringerer Last ist Die Batteriespannungsbestimmungsschaltung 18 erzeugt somit Steuersignale in zwei Stufen, nämlich ein Steuersignal Cl, wenn der Innenwiderstand der Batterie eine bestimmte minimale Höhe in der Nähe des Endes der Betriebsdauer der Batterie erreicht hat, und ein Steuersignal C 2, wenn die Batteriespannung den gleichen Wert bei geringer Last erreicht hat, was ein Zeichen dafür ist daß sich die Betriebsdauer der Batterie schnell ihrem Ende nähert.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Wählschaltung 10 zum Erzeugen der Anzeigeimpulse beschrieben. Anhand von F i g. 2 und 3 ist erkennbar, daß die Ausgangssignale der Klemmen F15 bis F9 des Frequenzteiles 6 am UND-Glied 42 liegen, daß Impulse mit einer Breite von 7,8 msec und einer Periode von beispielsweise 1 see erzeugt Diese Impulse liegen am

ίο Eingang eines UND-Gliedes 48. Die Steuersignale Cl und C2 liegen am NOR-Glied 49, so daß dann, wenn kein Steuersignal erzeugt wird, der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 49 auf einem hohen logischen Pegel liegt Die Ausgangsimpulse des Verknüpfungs·

is gliedes 42 können daher nur durch das Verknüpfungsglied 48 gehen, dessen Ausgang am ODER-Glied 54 liegt Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 54 liegt am Schalteingang der Schalt-Flip-Flop-Schallung 56 und an den Eingängen von UND-Gliedern 58 und 60, an denen auch die Äusgangssignaie Q und T/ der Flip-Flop-Schaltung 56 liegen. Aufeinanderfolgende Impulse vom Verknüpfungsglied 54 bewirken, daß die Ausgangssignale Q und φ der Flip-Flop-Schaltung 56 abwechselnd auf einen hohen Pegel kommen, so daß abwechselnd die Verknüpfungsglieder 58 und 60 betätigt werden. Auf diese Weise werden durch die aufeinanderfolgenden Impulse vom Verknüpfungsglied 54 Impulse geliefert, die abwechselnd von den Verknüpfungsgliedern 58 und 60 abgegeben werden und Signale O\ und O₁ darstellen. Wenn beide Signale Cl und C2 nicht erzeugt werden, dann liegt eine Periode von 1 see zwischen jedem impuls Oi und darauffolgenden Impuls Ch- Die Signale der Ausgänge F9 bis F16 des Frequenzteiles 6 liegen an den Eingängen eines UND-Gliedes 44. Infolgedessen werden Impulspaare mit einer Breite von 7,8 msec, mit einem Zeitabstand von 15,6 msec zwischen beiden Impulsen eines Paares und einer Periode von 2 see zwischen aufeinanderfolgenden Impulspaaren vom UND-Glied 44 geliefert Diese Impulse liegen an einem UND-Glied 50, an dem auch das Steuersignal Cl liegt Das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 50 liegt an einem ODER-Glied 54. Wenn somit ein Steuersignal Cl erzeugt wird, läßt das Verknüpfungsglied 50 das Ausgangssignal des Verknüp fungsgliedes 44 durch. Die dadurch erzeugten Signale Oi und Oi haben die in Fig.3i dargestellte Form und liegen an der Wicklung des Schrittmotors 32. Der Sekundenzeiger der Uhr wird dadurch auf einmal um zwei Stufen vorgerückt wobei die Intervalle zwischen jeweils zwei Schritten zwei Sekunden betragen. Der

Benutzer der Uhr erhält daher eine Vorwarnungi die

besagt daß sich die Betriebszeit der Batterie ihrem

Ende nähert Zu diesem Zeitpunkt ist das Verknüpfungsglied 48

durch das Ausgangssigna] des NOR-Gliedes 49 gesperrt, das aus dem Steuersignal Ci resultiert

Die Ausgangssignale der Ausgänge F9 bis F17 vom Frequenzteiler 6 liegen an einem UND-Glied 46, um Gruppen von vier aufeinanderfolgenden 7,8 msec breiten Impulsen zu liefern, wie es in F i g. 2 dargestellt ist wobei die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen jeweils 4 see beträgt Diese Impulse liegen an einem UND-Glied 52, an dem auch das Steuersignal C2 liegt Wenn das Steuersignal C2 erzeugt wird, gehen die

es Ausgangsimpulse vom Verknüpfungsglied 46 über das UND-Glied 52 zum ODER-Glied 54. Infolgedessen werden Treiberimpulse mit einer Impulsform an die Wicklung des Schrittmotors 32 gelegt, wie sie in F i g. 3j

dargestellt ist. Der Sekundenzeiger der Uhr wird daher in Gruppen von vier unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritten vorwärts bewegt, wobei die Schrittweite jedes einzelnen Schrittes einer Sekunde entspricht, jede Schrittgruppe ist durch ein Intervall von 4 see von der folgenden getrennt. Der Benutzer wirci dadurch gewarnt, daß die Batterie in kürzester Zeil: ausfallen wird und daß die Batterie umgehend ausgetauscht werden rfiuß.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Verknüpfungsglied 50 durch das über den Inverter 51 anliegende Steuersignal C 2 gesperrt.

Fig.4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Teils der in F i g. I dargestellten Schallung, durch den der Wert des Widerstandes 22 schnell eingestellt !5 werden kann, damit Batteriewarnsignale bei einer gewünschten Höhe der Batteriespannnnj; erzeugt werden können. Wie es in F i g. 4 dargestellt ist, sind ein UND-Glied 66 und ODER-Glied 62 und 64 zusätzlich zu der in F i g. I dargestellten Schaltung vorgesehen, wobei an einer Klemme XT eine externe Spannung squelle Es angeschlossen wird, bevor die Batterie im die Uhr eingesetzt wird. Die externe Spannungsquelle Es ist auch mit den Batterieklemmen Vddund Vss irerbiinden. Schnelle Prüfimpulse mit einer Frequenz vor. 16 384 Hz werden an die Klemme Sp am Eingang de«. Verknüpfungsgliedes 66 von einer externen Quelle gelegt, während die Spannung der Spannungsquelle Es variiert wird. Damit der Widerstand 22 eingestellt werden kann, wird die Spannung der Spannungsquelle Es zunächst auf einen Pegel eingestellt, bei dem eine Warnanzeige bezüglich des Ablaufes der Lebensdauer de:r Batterie angezeigt werden sollte. Der Widerstand 22 wird anschließend solange verändert, bis eine Warnanzeige an der Zeitanzeige der Uhr tatsächlich erhalten wird.

Durch die Verwendung der in Fig.4 dargestellten Schaltung kann der Widerstand 22 schnell eingestellt werden. Das beruht darauf, daß die dargestellten Anschlüsse für die Impulse an der Klemme SP und der äußeren Spannungsquelle Es eine ununterbrochene Prüfung erlauben, was vom Standpunkt des Einstellers einen Betrieb darstellt, der zum normalen Betrieb mit einem Impuls pro Sekunde entgegengesetzt ist

In Fig.5 sind die Spannungscharakteristiken dargestellt, die die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit der Batterielebensdauer darstellen. Wenn sich die Betriebsdauer der Batterie ihrem Ende nähert, beginnt die Spannung bei geringer Last gemäß Kurve 1 schnell abzusinken. Die Spannung bei hoher Last fällt andererseits allmählich gegen das Ende der Batterielebensdauer ab, was durch die Kurven 2 und 3 dargestellt ist Auch ist die Spannung, die die Batterie bei hoher Last liefert, niedriger bei niedriger Betriebstemperatur als bei hoher Betriebstemperatur, was für die gesamte Betriebsdauer der Batterie, jedoch besonders für das Ende der Betriebsdauer gilt Wenn der Pegel, bei dem das Warnsignal gegeben wird, in F i g. 5 bei V2 liegt, dann sollte der Benutzer früher gewarnt werden, wenn die Uhr bei einer Kurve 3 entsprechenden Temperatur betrieben wird, als wenn die Uhr bei einer der Kurve 2 entsprechenden Temperatur arbeitet Wenn die Uhr zeitweise bei niedriger Temperatur betrieben wird, dann könnte eine verfrühte Warnanzeige gegeben werden, die jedoch wieder aufhört, wenn die Uhr auf die normale warme Umgebungstemperatur zurückkommt Eine weitere Schwierigkeit die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden könnte, besteht darin, daß die Batteriespannung infolge eines Betriebs bei niedriger Temperatur gegen Ende der Batterielebensdauer ein ungenaues Arbeiten der Uhr verursachen könnte. Es könnte beispielsweise ein ungenügendes Drehmoment durch die Treiberimpulse für den Schrittmotor erzeugt werden.

Die in Fig.6 dargestellten Schaltungsblöcke 70 und 72 stellen den Oszillator für die Frequenznorm und den Frequenzteiler dar und entsprechend etwa den Schaltungsblöcken 2,4 und 6 bei dem in F i g. I dargestellten Ausführungsbeispiel. Der Ausgang des Frequenzteilers 72 liegt an einer Impulsformerschaltung 74, die Impulse erzeugt, die der Treiberschaltung 76 zugeführt werden. Die Treiberschaltung 76 erzeugt infolgedessen abwechselnd positive und negative Treiberimpulse, die an der Wicklung des Schrittmotors 78 liegen. Die Breite der Impulse von der Impulsformerschaltung 74 kann in der im folgenden dargestellten Weise gesteuert werden.

Eine Steuerschaltung 104 erzeugt Steuersignale, die die Eingangssignale für die Impulsformerschaltung 74 sind und von den Ausgangssignaien einer Spannungsprüfschaltung 102 abhängig sind. Die Steuerschaltung 104 setzt sich aus einer Steuerimpulserzeugungsschaltung 80, Schaltelelementen % und 94, Verknüpfungsgliedern 90 und 92. Schaltkreisen 86 und 88, einer Schaltung 82, die Signale zur Vergrößerung der Impulsbreite erzeugt, und aus einer Schaltung 84 zusammen, die ein Warnanzeigesignal liefert. Die Spannungsprüfschaltung 102 besteht aus einem Inverter 100, Widerständen R 1 und R 2 und einem voreinstellbaren Widerstand R 3.

Anhand der in F i g. 8 dargestellten Wellenform der Impulse ist erkennbar, daß die am Schrittmotor 78 auftretende Impulsform vorliegt, wenn die Batteriespannung sowohl bei leichter als auch bei hoher Last über einem gegebenen Wert liegt, was den Schwellenwerten Vl und V2 in Fig.5 entspricht. Diese Wellenform ist in Fig.8 mit Al bezeichnet. Der Abstand zwischen den Impulsen abwechselnder Polarität beträgt I Sekunde und die Impulsbreite beträgt beispielsweise V128 Sekunde. Die Prüfimpulse £ werden während Intervallen erzeugt, in denen die Motorwicklung unter Spannung steht, so daß die Batterie stark belastet ist. Wenn ein Impuls E erzeugt wird, dann wird das Schaltelement 96 leiten, so daß die Spannung der Batterie am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R 2 liegt, wobei die Polarität der Spannung für die dargestellte Schaltung negativ ist Der Widerstand R 3 wird so eingestellt, daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand infolge der Batteriespannung durch die Reihenschaltung der Widerstände R 2 und RZ die Schwellenspannung für den Inverter darrteilt wenn die Batteriespannung auf dem Wert V2 liegt Wenn ein Impuls E erzeugt wird und die Batteriespannung unter dem Wert V2 liegt dann tritt ein positiver Impuls am Ausgang des Inverters 100 auf, der an den UND-Gliedern 90 und 92 liegt Der Ausgangsimpuls vom UND-Glied 90 wird in der Schaltung 86 gespeichert Die Schaltung 82 erzeugt infolgedessen ein Impulsverbreiterungssignal, das das Eingangssignal für die Impulsformerschaltung 74 ist Dadurch wird die Breite der Impulse, die an die Treiberschaltung 76 gegeben werden, beispielsweise auf '/64 Sekunde vergrößert Die Impulse, die an der Wicklung des Schrittmotors auftreten, erhalten daher die in F i g. 8 mit A 2 bezeichnete Form. Durch die Impulsverbreiterung wird sichergestellt daß ausreichend Energie dem Schrittmotor geliefert wird, so daß er auch dann noch arbeitet, wenn die Batteriespannung

bei hoher Last unter den Wert V2 abfällt. Wenn ein derartiger Spannungsabfall in der Uhr deshalb auftritt, weil die Uhr vorübergehend bei einer ungewöhnlich niedrigen Umgebungstemperatur benutzt wird, dann kehrt die Impulsbreite wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurück, wenn die Uhr wieder unter normaler Temperatur beti ieben wird.

Durch die Schaltung 80 werden Prüfimpulse F bei leichter Batterielast, d. h. dann erzeugt, wenn keine Spannung am Schrittmotor liegt. Das Schaltelement 94 ist infolgedessen leitend und die Batteriespannung liegt an dem nicht an Masse liegenden Ende der Widerstandskette R 1, /?2 und R 3, wie es in Fi g. 6 dargestellt ist. Das Verhältnis R 1 + R 21R 3 wird so eingestellt, daß die am Widerstand R 3 auftretende Spannung dann, wenn das Schaltelement 94 leitet, gleich der Schwellenspannung des Inverters 100 ist. wenn die Batteriespannung auf dem Wert Vl liegt. Wenn Batteriespannung unter dem Wert Vi liegt, dann wird vom Inverter 100 ein Äusgangsimpuis abgegeben, wci'ii'i ucf impuls H erzeugt wird.

Dadurch wird vom UND-Glied 92 ein Impuls erzeugt, der in der Schaltung 88 gespeichert wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 88 liegt an der Schaltung 84, die das Warnanzeigesignai liefert, wodurch ein Warnanzeigesignal der Impulsformerschaltung 74 zugeführt wird.

Die Widerstände R 1 und R 2 sind feste Widerstände, die in ein Halbleiterplättchen eingearbeitet sind, das die Schaltungsbauteile der Uhr enthält. Der Widerstand R 3 ist ein getrennt montierter veränderlicher Widerstand. Diese Anordnung beruht darauf, daß der Variationsbereich der Batteriespannung verhältnismäßig klein ist und daß z. B. im Falle einer Silberoxidbatterie die Normalspannung 1.5 bis 1.55 Volt beträgt, Vl zwischen 1,4 und 1,45 Volt Hegt und V2 im Bereich von \2 bis 1.3 Volt liegt. Kl ist der kritischere Wert der beiden Prüfspannungswerte. Die Einstellung von R 3 wird nur bezüglich des Wertes Vi vorgenommen. Die Toleranzen von Ri. R2 und der Schwellenspannung des Inverters sind so. daß vorbestimmte Festwerte der Widerstände Ri und R 2 für den Wert V2 eine korrekte Einstellung nacti der Justierung des Widerstandes R 3 für V i ergeben.

Es können auch andere Batterien als Silberoxidbatterien, wie sie üblicherweise bei elektronischen Armbanduhren vorgesehen sind verwandt werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung kann auch dazu dienen, dann eine Anzeige zu liefern, wenn eine wiederaufladbare Batterie den vollen Ladungszustand erreicht hat.

In F i g. 7 sind die Schaltungsblöcke 82, 84, 74 und 76 in Fig.6 im einzelnen dargestellt. Die Klemmen FFlO bis FF16 des Schaltungsblockes 84 in Fig. 7 sind die Ausgänge der aufeinanderfolgenden Stufen der Impulsformerschaltung 74. wobei FF16 die Endstufe ist und einer Periode von 4 Sekunden entspricht. Die Klemmen FFlO bis FF16 liegen gemeinsam mit dem Ausgang eines ODER-Gliedes 82c und mit dem invertierten Ausgang der Schaltung 88 am UN D-Glied 74a.

Der Ausgang FF15 hat eine Periode von einer Sekunde.

Das Signal FF9 von der Impulsformerschaltung 74 hat eine Impulsbreite von etwa Vi 28 Sekunde. Das ist die normale Breite eines an den Motor 78 gelegten Treiberimpulses, wenn die Batteriespannung über dem Schwellenwert V2 liegt Das Signal FFlO hat eine Impulsbreite von '/64 Sekunde, was der Breite der Impulse entspricht, die am Motor 78 liegen, wenn die Batteriespannung unter den Schwellenwert V2 abfällt. Wenn von der Schaltung 86 kein Ausgangssignal geliefert wird, dann liegt das Ausgangssignal des Inverters 82c/ auf einem hohen logischen Pegel, was dazu führt, daß die Impulse vom Anschluß FF9 zum UND-Glied 74a über das UND-Glied 82a und das ODER-Glied 82cgehen. Zu diesem Zeitpunkt liefert die Schaltung 88 kein Ausgangssignal und liegt der Ausgang des Inverters 846 auf einem hohen logischen Pegel.

to Aufgrund der Eingangssignale am UND-Glied 74a werden Impulse mit einer Breite von V128 Sekunden und einer Periode von einer Sekunde von diesem Verknüpfungsglied abgegeben und über das ODER-Glied 74b an die UND-Glieder 74c/und 74e sowie an den Eingang T der Toggle-Flip-Flop-Schaltung 74c gelegt. Die Ausgangssignale Q und Q der Flip-Flop-Schaltung 74c kommen abwechselnd auf einen hohen logischen Pei-el in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Impulsen, die an der Klemme T liegen. So werden die

au «u...*>_nu.~i»,4

ψυ uuni.i.iMi,riiu

durch die UND-Glieder 74c/ und 74e gehen, wodurch eine Impulsform entsteht, wie sie in Fig. 8 mit A 1 bezeichnet ist, wobei diese Impulse an der Wicklung des Schrittmotors 78 liegen. Der Sekundenzeiger der Uhr wird dadurch um eine Sekunde jeweils vorgerückt.

Wenn die Batteriespannung unter dem Wert V2 bei starker Last absinkt, dann liefert die Schaltung 86 ein Ausgangssignal, wie es oben beschrieben wurde. Infolgedessen sperrt das UND-Glied 82a und liefert das UND-Glied 82b Impulse mit einer Breite von '/64 Sekunden, die über das ODER-Glied 82c am UND-Glied 74a liegen. Impulse mit einer Breite von '/64 Sekunden werden somit vom UND-Glied 74a abgegeben, was zu einer Impulsform führt, wie sie in F i g. 8 mit Λ 2 bezeichnet ist, wobei diese Impulse an der Wicklung des Schrittmotors liegen. Der Sekundenzeiger der Uhr wird einmal pro Sekunde vorgerückt, jedoch mit einer erhöhten Energie, was eine Kompensation für den Abfall der Batteriespannung unter den Wert V2 bedeutet.

Wenn die Batteriespannung bei leichter Last unter den Wert Vl abfällt, dann erzeugt die Schaltung 88 ein Ausgangssignal, wie es oben beschrieben wurde. Das UND-Glied 84a liefert dann Ausgangsimpulspaare mit Perioden von zwei Sekunden zwischen jedem Impulspaar und einer Periode von '/32 Sekunde zwischen den Impulsen jedes Impulspaares. Die Breite jedes Impulses beträgt '/64 Sekunde. Das Ausgangssignal der Schaltung 88 liegt auch am Inverter 84b, dessen Ausgangssignal das UND-Glied 74a sperrt. Die Ausgangsimpulse vom Verknüpfungsglied 84a, die über das ODER-Glied 74b. die UND-Glieder 74c/ und 74e an der Treiberschaltung 76 liegen, erzeugen eine Impulsform, wie sie in Fig. 8 mit A 3 bezeichnet ist. wobei diese Impulse an der Wicklung des Schrittmotors 78 liegen.

Der Sekundenzeiger der Uhr wird dadurch alle zwei Sekunden um zwei Schritte vorgerückt, wobei jedoch die der Motorwicklung zugeführte Energie zur Kompensation des Abfalls der Batteriespannung unter den Wert Vl kompensiert wird. Der Benutzer wird dadurch gewarnt und darüber informiert, daß die Batterie erneuert werden muß.

Fig.9 zeigt das Schaltbild einer abgewandelten Ausbildungsform des zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltungsblöcke 72, die Schaltungselemente Rl. RZ R3. die Schaltelemente 94 und 96 und der Inverter 100 entsprechen den Schaltungsblöcken und Schaltungselementen, die in F i g. 6 dargestellt sind.

Diese Schaltungselemente entsprechen sowohl in ihrem Aufbau als auch in ihrer Funktion den in F i g. 6 dargestellten Schaltungselementen. Bei der in F i g. 9 dargestellten Anordnung ist die Uhr mit einer Flüssigkristallanzeige versehen, bei der eine Lampe 126 so eingebaut ist, daß der Benutzer die Anzeige beleuchten kann, wenn er den Schalter S1 bei schlecht beleuchteter Umgebung betätigt. Dabei wird die Batterie 98 stark belastet. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 72 wird auf eine Treiberschaltung 110 übertragen. Das Ausgangssignal der Schaltung 110 betreibt die Flüssigkristallanzeige 112 und Signale, die von einer Schaltung 108 auf eine Prüfimpulsgeneratorschaltung 114 gegeben werden, veranlassen die Schaltung 114, Prüfimpulse SA mit einer Frequenz beispielsweise einem Impuls pro 5 Sekunden zu erzeugen. Diese Impulse liegen am Schaltelement 94 und am Eingang eines UND-Gliedes 120 und dienen als PrOfimpulse bei leichter Last. Sperrimpulse SB werden rtlo»/->KP«>lle i/s-tm Aiierrann t\ar Q/^holtliner AXA. on Aort in

Sperreingang des Verknüpfungsgliedes 122 gegeben. Die Impuls SB werden mit den Prüfimpulsen SA synchronisiert, die ansteigende Flanke jedes Impulses SB tritt jedoch etwas vorher, während die hintere Flanke etwas später als die entsprechende Flanke des Impulses SA auftritt. Das heißt, daß die Impulse SB zeitlich die Impulse A4 überlappen.

Die Werte der Widerstände Rl, R2 und des einstellbaren Widerstandes Λ 3 werden so bemessen, daß der Inverter 100 ein Aus-jangssignal mit hohem logischen Pegel abgibt, wenn ein Prüfimpuls geliefert wird, während die Batteriespannung unter dem Wert V1 liegt, wie es oben anhand von F i g. 6 beschrieben wurde. Dieses Ausgangssignal, das zusammen mit den Prüfimpulsen an der Eingangsklemme des UND-Gliedes 120 liegt bewirkt ein Ausgangssignal mit hohem logischen Pegel, das in der Schaltung 118 gespeichert wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 118 bewirkt, daß von der Schaltung 116 ein Warnsteuersignal abgegeben wird. Das hat zur Folge, daß an der Anzeige der Uhr ein Warnsignal auftritt, was auf der Wirkung des Ausgangssignals der Schaltung 116 und der Treiberschaltung 110 beruht. Diese Warnanzeige kann beispielsweise darin bestehen, daß ein Teil der Anzeige blinkt, d. h. periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Der Benutzer wird dadurch gewarnt und darüber informiert, daß die Batterie erneuert werden muß.

Wenn der Benutzer den Schalter SI niederdrückt, dann wird ein Signal mit hohem logischen Pegel vom UND-Glied 122 abgegeben und an den Eingang des Schaltelementes 96 des UND-Gliedes 128 und des UND-Gliedes 136 gelegt, solange kein Prüfimpuls von der Schaltung 114 abgegeben wird. Das Schaltelement 96 wird dadurch leitend und die Batteriespannung liegt am Verbindungspunkc zwischen den Widerständen R 1 und RZZu diesem Zeitpunkt liegt das Ausgangssignal des Zeitgebers 138 auf einem niedrigen logischen Pegel und ist das Ausgangssignal des UND-Gliedes I7S gegenüber der Basis des Transistors 130 positiv, so daß dieser durchschaltet. Die Lampe 126 wird durch den Strom der Batterie 98 zum Aufleuchten gebracht, was eine schwere Last für die Batterie darstellt. Wenn die Batteriespannung dann unter den Wert V2 in Fig.5 abfällt, dann wird vom Inverter 100 ein Ausgangssignal mit hohem logischen Pegel geliefert. Das UND-Glied 136 erzeugt ein Ausgangssignal mit hohem logischen Pegel, das den Zeitgeber 138 auslöst, diesen Zeitgebei veranlaßt, nach etwa 0,5 bis 1 Sekunde auf einen hohen logischen Pegel zu gehen und auf diesem Pegel einige Sekunden bis einige Minuten zu bleiben. Wenn das Ausgangssignal des Zeitgebers auf einen hohen logischen Pegel liegt, dann sperrt das UND-Glied 128, so daß der Strom für die Lampe 126 durch den Transistor 130 unterbrochen wird. Dieser Zustand dauert solange an, bis das Ausgangssignal des Zeitgebers wieder auf einen niedrigen logischen Pegel zurückkehrt, such dsnr., wenn der Benutzt d?n Schalter 51 wiederholt niederdrücken sollte.

Der Betrieb des für die Zeitangabe verantwortlichen Schaltungsteils ist daher sichergestellt, so daß die Batteriespannung nicht auf einen Wert absinken kann, bei dem der Betrieb beeinflußt wird, wenn der Benutzer den Schalter Sl zum Einschalten der Beleuchtungslampe niederdrücken sollte, während sich die Betriebsdauer der Batterie nahe an ihrem Ende befindet oder während die Temperatur der Umgebung extrem niedrig ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Verstärkungsfaktor im Oszillator zu steuern, wenn die Batteriespannung bei starker Last unter einen vorbestimmten Wert fällt. Dadurch kann sichergestellt werden, daß der Schwingvorgang unter diesen Bedingungen aufrechterhalten wird, so daß auch die Zeitangabe weiter aufrechterhalten wird.

In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt. Schaltungsteile m't gleicher Funktion und Bedeutung wie entsprechende Schaltungsteile in Fig. 1 und 6 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem ir. F i g. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel werden Prüfimpulse S, die einer geringen Last entsprechen, durch die Steuerimpulsgeneratorschaltung 80 erzeugt und werden Prüfimpulse Oj, die einer hohen Last entsprechen, durch die Impulsformerschaltung 74 erzeugt. Im übrigen erfolgt die Bestimmung der Batteriespannung derart, wie es anhand des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 beschrieben wurde. Die Eingangssignale für die Steuerschaltung 82 für die Impulsverbreiterung und für die Steuerschaltung 84 für die Warnanzeigesignale werden durch die Daten-Flip-Flop-Schaltungen 16 und 17 erzeugt. Im übrigen arbeiten die Schaltungen, die den Schaltungsblöcken 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82 und 84 entsprechen, in derselben Weise, wie es oben anhand von F i g. 6 beschrieben wurde.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Batteriegetriebene elektronische Uhr mit einem Frequenznormal, das ein hochfrequentes Signal liefert, mit einem Frequenzwandler, der auf das hochfrequente Signal anspricht und mehrere niederfrequente Signale abgibt, mit einer Einrichtung, die auf die niederfrequenten Signale anspricht und ein Treibersignal erzeugt, mit einer Zeitanzeigeeinrichtung, die auf das Treibersignal anspricht, und mit einer Detektoreinrichtung zum Bestimmen der Höhe der Batteriespannung, die ein Detektorsignal liefert, das die Höhe der Batteriespannung angibt, wobei die das Treibersignal erzeugende Einrichtung auf das Detektorsignal ansprechend ein derartiges Ausgangssignal liefert, daß die Zeitanzeigeeinrichtung die Zeitanzeige in geänderter Form vornimmt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8, 10, 80, 114), die auf gewählte niederfrequente Signale ansprechend erste und zweite Prüfinipulse (S, O\\ E*{£1 erzeugt, die den Zustand einer starken Baiterieiast und den Zustand einer schwachen Batterielast jeweils wiedergeben, eine Einrichtung (20, 94, 96), die auf die Prüfimpulse (S, O₁; E, F) anspricht, die Batteriespannung bei starker und schwacher Last bestimmt und ein erstes Detektorsignal erzeugt, wenn die Batteriespannung unter einen vorbestimmten Wert bei starker Last abgelassen ist, sowie ein zweites Detektorsignal erzeugt, wenn die Batteriespannung unter den vorbestimmten Wert bei schwacher Last abgefallen ist, eine Einrichtung (t6, 17; 86, 88; 138, 118), die das erste und das zweite Detektorsignal speichert und auf diese Signale ansprechend ein erstes und ein zweites Ausgangssignal erzeugt, eine erste Steuerschaltung (44, 82), die auf das erste Ausg<tngssignal anspricht und die das Treibersignal erzeugende Einrichtung (50, 54,56,58, 60, 76, 110) steuert, und eine zweite Steuerschaltung (46, 84), die auf das zweite Ausgangssignal anspricht und die Zeitanzeigeeinrichtung so ansteuert, daß die Zeitanzeige in der geänderten Form vorgenommen wird.

2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerschaltung (82) die das Treibersignal erzeugende Einrichtung (76, 110) so steuert, daß diese ein Treibersigna] abgibt, das ein erhöhtes Antriebsmoment liefert

3. Elektronische Uhr nach Anspruch 2 mit einer mit Sekundenzeigern versehenen Zeitanzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerschaltung (82) die das Treibersignal erzeugende Einrichtung (74) so steuert, daß diese die Impulsbreite des Treibersignals erhöht und daß die zweite Steuerschaltung (84) die Zeitanzeigeeinrichtung so ansteuert, daß die Sekundenzeiger in geänderter Form weiterrücken.

4. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerschaltung (44) die das Treibersignal erzeugende Einrichtung (50, 54,56,58,60) so steuert, daß ein Vorwarnsignal für das bevorstehende Ende der Batterielebensdauer gegeben wird.

5. Elektronische Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Prüfimpuls das Treibersignal bei schwerer Batterielast ist.

Pie Erfmdung betrifft eine batteriegetriebene elektronische Uhr mit einem Frequenznormal, das ein hochfrequentes Signal liefert, mit einem Frequenzwandler, der auf das hochfrequente Signal anspricht und mehrere niederfrequente Signale abgibt, mit einer Einrichtung, die auf die niederfrequenten Signale anspricht und ein Treibersignal erzeugt, mit einer Zeitanzeigeeinrichtung, die auf das Treibersignal anspricht, und mit einer Detektoreinrichtung zum Bestimmen der Höhe der Batteriespannung, die ein Detektorsignal liefert, das die Höhe der Batteriespannung angibt, wobei die das Treibersignal erzeugende Einrichtung auf das Detektorsignal ansprechend ein derartiges Ausgangssignal liefert, daß die Zeitanzeigeis einrichtung die Zeitanzeige in geänderter Form vornimmt

Bei einer derartigen elektronischen Uhr, die aus der DE-OS 25 13 845 bekannt ist, wird somit der Schrittmotor je nach Batterieladezustand in unterschiedlicher Weise angetrieben, so daß eine unterschiedliche Anzeige durch die Zeiger erhalten wird, die ein Absinken der Batteriespannung unter ein bestimmtes minimales Spannungsniveau am Ende der Batterielebensdauer, signalisiert Diese Anzeige erfolgt beispielsweise dadurch, daß nach Absinken der Batteriespannung unter das minimale Spannungsniveau der Sekundenzeiger nur alle 2 Sekunden vorrückt.

Aus der DE-OS 2518 038 ist weiterhin eine elektronische Uhr mit einer Schaltung zur Messung der Batteriespannung und zur Veränderung der Bewegung des Sekundenzeigers bekannt, um dadurch eine Batterieendewamanzeige zu liefern. Bei dieser bekannten elektronischen Uhr wird die Batteriespannung mit einer vorbestimmten Abtastperiode abgetastet und wird die Abtastzeit derart festgelegt, daß sie nicht mit den Zeitabschnitten zusammenfällt, in welchen insbesondere für den Motortreiberstrom ein relativ hoher Strombedarf besteht
Wegen der Verschiedenheit der Batterieeigenschaften ist es jedoch möglich, daß eine Uhr in manchen Fällen noch einige Wochen arbeitet, in anderen Fällen nur noch wenige Tage arbeitet, nachdem die Batteriespannung unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist Es ist daher wünschenswert, daß der Benutzer der Uhr eine eindeutige Anzeige dafür erhält, wie nötig der Ersatz der Batterie ist, um dadurch die Gefahr zu verringern, daß die Uhr zu laufen aufhört und beim Einbau einer neuen Batterie neu eingestellt werden muß.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, eine elektronische Uhr der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß zunächst ein Absinken der Ausgangsspannung der Batterie festgestellt wird, das noch keinen sofortigen Austausch der Batterie erforderlich macht und erst nach einem weiteren Spannungsabfall das Warnsignal für den Batterieaustausch auftritt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung, die auf gewählte niederfrequente Signale ansprechend erste und zweite Prüfimpulse erzeugt, die den Zustand einer starken Batterielast und den Zustand einer schwachen Batterielast jeder wiedergeben, durch eine Einrichtung, die auf die Prüfimpulse anspricht, die Batteriespannung bei starker und schwacher Last bestimmt und ein erstes Detektorsignal erzeugt, wenn die Batteriespannung unter einen vorbestimmten Wert bei starker Last abgefallen ist, sowie ein zweites Detektorsignal erzeugt, wenn die Batteriespannung