DE2809256C3 - Batteriegetriebene elektronische Uhr - Google Patents

Description

unter den 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 anzutreibenden 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 nai_h 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 eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Uhr.

F i g. 2 zeigt das Schaltbild des Schaltungsblockes 4 in Fig. 1.

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.

F i g. 7 zeigt das Schaltbild der Schaltungsblöcke 74, 76,82,84in Fig.6.

F i g. 8 zeigt die Form der Impulse, die in den in F i g. 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 Batteriespannung, 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 Frequenzteilerstufe F17 hat 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 Spannungsbestimmungsschaltung 18 und vom UND-Glied 26 abgegeben werden. Die Ausgangssignale O\ und Ch 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 Ch von der Wählschaltung 10 an den Treiberschaltungen 28 und 30 liegt.

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 enthält zwei Daten-Flip-Flops 16 und 17, die im folgenden mit DFF bezeichnet werden, sowie einen P-Kanal MOS-Transistor 20. Die Datenklemmen Oder DFF16 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 S erzeugt. Dieses Signal wird auf die Prüfklemme S7"der DFF16 gegeben und liegt an einem ODER-Glied 12, das Ausgangsimpulse CS liefert. Das

■>5 Ausgangssignal O₁ der Wählschaltung 10 für die Anzeigeimpulse wird auch als zweites 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 Q 1 der

öo DFFU liegt an der Wählschaltung 10 für die Anzeigeimpulse zur Lieferung eines ersten Steuersignals Cl sowie am UND-Glied 26. Der Ausgang Q2 der DFF16 liegt gleichfalls am UND-Glied 26. dessen Aus^angssignal an der Wählschaltung als zweites

b5 Steuersignal C2 liegt.

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

Prüfimpulse Qi 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 Batteriespannu ig 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 DFF17, wenn Impulse O\ auf die Prüfklemme STder DFFYl gegeben werden, und der Ausgang Q 1 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 Dateneingangsklemme D der DFF17, wenn Prüfimpulse O\ ander Klemme S7~liegen. Diese Spannung ist das erste Bestimmungssignal. Der Ausgang Q1 der DFFV kommt daher auf einen hohen Pegel.

Das erste Steuersignal Cl wird in der folgenden Weise erzeugt. Die Spannung, die sich 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 Pegel 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 Prüfimpulse S liegen am ODER-Glied 12, um Prüfimpulse CS zu erzeugen, und an der Klemme STder DFF16. Wie es bei den oben beschriebenen Prüfimpulsen O] 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 Q2 der DFF16 auf einem niedrigen Pegel bleibt, wenn Impulse 5 an der Prüfklemme STder 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 Besiimmungssignai dar. Das hai 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 einige 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 rwei 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 C2, 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 Fig. 2 und 3 ist erkennbar, daß die Ausgangssignale der Klemmen FiS 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 Verknüpfungsgliedes 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-Schaltung 56 und an den Eingängen von UND-Gliedern 58 und_60, an

denen auch die Ausgangssignale Q und ζ) 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 Oi und Ch darstellen. Wenn beide Signale Cl und C2 nicht erzeugt werden, dann liegt eine Periode von 1 see zwischen jedem Impuls O\ und darauffolgenden Impuls Oi. 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-

-r, fungsgliedes 44 durch. Die dadurch erzeugten Signale O\ 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 Vorwarnung, die besagt, daß sich die Betriebszeit der Batterie ihrem Ende nähert.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Verknüpfungsglied 48 durch das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 49 gesperrt, das aus dem Steuersignal Ct resultiert

Die Ausgangssignale der Ausgänge F9 bis Fl7 vom Frequenzteiler 6 liegen an einem UND-Glied 46, um Gruppen von vier aufeinanderfolgenden 7,8 msec breiten Impulsen zu liefern, wie es in Fig. 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 C 2 erzeugt wird, gehen die

r.5 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 wird dadurch gewarnt, daß die Batterie in kürzester Zeit ausfallen wird und daß die Batterie umgehend ausgetauscht werden muß.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Verknüpfungsglied 50 durch das über den Inverter 51 anliegende Steuersignal C2 gesperrt.

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Teils der in F i g. 1 dargestellten Schaltung, durch den der Wert des Widerstandes 22 schnell eingestellt werden kann, damit Batteriewarnsignale bei einer gewünschten Höhe der Batteriespannung 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. 1 dargestellten Schaltung vorgesehen, wobei an einer Klemme XT eine externe Spannungsquelle Es angeschlossen wird, bevor die Batterie in die Uhr eingesetzt wird. Die externe Spannungsquelle Es ist auch mit den Batterieklemmen Vcft/und Vss verbunden. Schnelle Prüfimpulse mit einer Frequenz von 16 384 Hz werden an die Klemme Sp am Eingang des 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 der 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 SPund 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 F i g. 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 Fig.5 bei V 2 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. 1 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 Ausgangssignalen einer Spannungsprüfschaltung 102 abhängig sind. Die Steuerschaltung 104 setzt sich aus einer Steuerimpulserzeugungsschaltung 80, Schaltelelementen 96 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 V1 und V2 in F i g. 5 entspricht Diese Wellenform ist in F i g. 8 mit A 1 bezeichnet. Der Abstand zwischen den Impulsen abwechselnder Polarität beträgt 1 Sekunde und die Impulsbreite beträgt beispielsweise ¹A 2« Sekunde. Die Prüfimpulse E 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 Ri und Ä2 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 A3 die Schwellenspannung für den Inverter darstellt wenn die Batteriespannung auf dem Wert V2 liegt Wenn ein impuls E erzeugt wird und die Batteriespannung unter dem Wert V 2 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 Fig.8 mit A2 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 betrieben 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 Ri, R 2 und R 3, wie es in F i g. 6 dargestellt ist. Das Verhältnis R 1 + R 2/R 3 wird so eingestellt, daß die am Widerstand R 3 auftretende Spannung dann, wenn das Schaltelement 94 leitet, gleich der Schwellenspannung des inverters iöO ist, wenn die Batieriespannung auf dem Wert VI liegt. Wenn Batteriespannung unter dem Wert Vl liegt, dann wird vom Inverter 100 ein Ausgangsimpuls abgegeben, wenn der Impuls E 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 Warnanzeigesignal 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 liegt und V 2 im Bereich von 1,2 bis 1,3 Volt liegt. Vl ist der kritischere Wert der beiden Prüfspannungswerte. Die Einstellung von R 3 wird nur bezüglich des Wertes V1 vorgenommen. Die Toleranzen von Al, R2 und der Schwellenspannung des Inverters sind so, daß vorbestimmte Festwerte der Widerstände Ri und R 2 für den Wert V2 eine korrekte Einstellung nach der Justierung des Widerstandes A3 für Vl 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 de? Schaltungsblcckes 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 UND-Glied 74a.

Der Ausgang FF15 hat eine Periode von einer Sekunde.

Das Signal FF9 von der Impulsformerschaltung 74 hat eine Impulsbreite von etwa V128 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 Vm 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 82c gehen. Zu diesem Zeitpunkt liefert die Schaltung 88 kein Ausgangssignal und liegt der Ausgang des Inverters 846 auf einem hohen logischen Pegel.

Aufgrund der Eingangssignale am UND-Glied 74a werden Impulse mit einer Breite von '/i28 Sekunden und einer Periode von einer Sekunde von diesem Verknüpfungsglied abgegeben und über das ODER-Glied 746 an die UND-Glieder 74c/ und 74e sowie an den Eingang T der Toggle-Flip-Flop-Schallung 74c gelegt. Die Ausgangssignale Q und Q der Flip-Flop-Schaltung 74c kommen abwechselnd auf einen hohen logischen Pegel in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Impulsen, die an der Klemme T liegen. So werden die Ausgangsimpulse vom ODER-Glied 746 abwechselnd durch die UND-Glieder 74c/und 74e gehen, wodurch eine Impulsform entsteht, wie sie in Fig.8 mit Ai 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 826 Impulse mit einer Breite von '/64 Sekunden, die über das ODER-Glied 82c am UND-Glied 74a liegen. Impulse mit einer Breite von 'Λ>4 Sekunden werden somit vom UND-Glied 74a abgegeben, was zu einer Impulsform führt, wie sie in F i g. 8 mit A 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 V 2 bedeutet.

Wenn die Batteriespannung bei leichte^r 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 '/m Sekunde. Das Ausgangssignal der Schaltung 88 liegt auch am Inverter 846, dessen Ausgangssignal das UND-Glied 74a sperrt Die Ausgangsimpulse vom Verknüpfungsglied 84a, die über das ODER-Glied 746, die UND-Glieder 74c/und 74e an der Treiberschaltung 76 liegen, erzeuger, eine Impulsform, wie sie in F i g. 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 Ri, R 2, R 3, 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 Fig.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 SI 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 arn Schaltelement 94 und am Eingang eines UND-Gliedes 120 und dienen als Prüfimpulse bei leichter Last. Sperrimpulse SB werden gleichfalls vom Ausgang der Schaltung 114 an den Sperreingang des Verknüpfungsgliedes 122 gegeben. Die Impulse SB werden mit den Prüfimpulsen 5-4 synchronisiert, die ansteigende Flanke jedes Impulses SS 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 SA überlappen.

Die Werte der Widerstände Al, R2 und des einstellbaren Widerstandes R 3 werden so bemessen, daß der Inverter 100 ein Ausgangssignal 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 Sl 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 Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Λ 1 und R 2. Zu diesem Zeitpunkt liegt das Ausgangssignal des Zeitgebers 138 auf einem niedrigen logischen Pegel und ist das Ausgangssignal des UND-Gliedes 128 gegenüber der Basis des Transistors 130 positiv, so daß dieser durchschallet. 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 Zeitgeber 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, auch dann, wenn der Benutzer den Schalter S1 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 d>e Zeitangabe weiter aufrechterhalten wird.

In F i g. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt. Schaltungsteile mit gleicher Funktion und Bedeutung wie entsprechende Schaltungsteile in F i g. 1 und 6 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in Fig. 10dargestellten Ausführungsbeispiei werden Prüfimpulse S, die einer geringen Last entsprechen, durch die Steuerimpulsgeneratorschaltung 80 erzeugt und werden Prüfimpulse O\, die einer hohen Last entsprechen, durch die Impulsformerschaltung 74 erzeugt. Im übrigen erfolgt die Bestimmung der Batteriespannung derart, wie es anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 beschrieben wurde. Die Eingangssignale für die Steuerschaltung 82 für die !mpulsverbreiterung 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 sine Einrichtung (8, 10, 80, 114), die auf gewählte niederfrequente Signale ansprechend erste und zweite Prüfimpulse (S, O\; E F) erzeugt, die den Zustand einer starken Batterielast 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 (16, 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 Ausgangssignal 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 Zei'.anzeigeeinrichtung 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 Treibersignal 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.

Die Erfindung 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 Signaie 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

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 des DEOS 25 18 038 ist weiterhin eine elektronische Uhr mit einer Schaltung zur Messung der Batteriespannung und zur Veränderung der Bewegung des Sekundenzeigers bekannt, um dadurch eine Batterieendewarnanzeige 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.

so 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

b5 bestimmt und ein erstes Detektorsignal erzeugt, wenn lic Batteriespannung unter einen vorbestimmten Wert bei starker Last abgefallen ist, sowie ein zweites Detektorsignal erzeugt, wenn die Balteriespannung