Концепция часов с большими цифрами
Конструктивно девайс будет состоять из двух плат – одна над другой. Первая плата – матрица светодиодов, образующих разряды часов и минут, Вторая – силовая часть (управление светодиодами), логика и питание. Такая конструкция сделает часики более компактным (без корпуса примерно 22см х 9 см, толщиной сантиметра 4-5) + даст возможность прикрутить матрицу к другому проекту, если что то пойдет не так.
Силовая часть будет построена на базе драйвера UL2003 и транзисторных ключах. Логическая - на Atmega8 и DS1307. Питание: 220В - трансформатор; логика 5В (через 7805), силовая часть - 12В (через LM2576ADJ). Отделено будет предусмотрена кроватка для батарейки 3В для автономного питания часов реального времени - DS1307.
Думаю использовать Atmega8 и DS1307 (часики планирую подвесить под потолком, и что бы в случае пропадания электричества каждый раз не лазить за настройкой), однако разводка платы будет предполагать возможность работы девайса и без DS1307 (на первое время, а может и навсегда – уж как получится).
Таким образом, в зависимости от комплектации алгоритм работы программы часов будет следующим:
Atmega8 – счетчик времени по таймеру. Работа в цикле без пауз: опрос клавиатуры, корректировка времени (если необходимо), отображение 4 разрядов и разделителя.
Atmega8 + DS1307 . Работа в цикле без пауз: опрос клавиатуры, корректировка времени DS1307 (если необходимо), зачитка времени с DS1307, отображение 4 разрядов и разделителя. Или другой вариант – зачитка с DS1307 по таймеру, остальное в цикле (пока не знаю как лучше).
Сегмент представляет собой 4 красных светодиода, соединенных между собой последовательно. Одна цифра – 7 сегментов с общим анодом. Сегменты не планирую разделять шаблоном «восьмерки», как это сделано в обычных индикаторах.
Силовая часть часов
Силовая часть часов построена на драйвере UL2003 и транзисторных ключах VT1 и VT2.
UL2003 отвечает за управление сегментами индикатора, ключи – за управление разрядами.
Отдельно управляется разделитель часов и минут (сигнал K8).
Управление сегментами, разрядами и разделителем осуществляется от микроконтроллера подачей положительного потенциала (т.е. подачей +5В) на К1-К8, Z1-Z4.
Подача сигналов на сегменты и разряды должна осуществляться синхронно и с определенной частотой, для того, что бы обеспечить динамический вывод информации (часов и минут).
В качестве транзистора VT1 (BCP53) можно использовать транзистор BCP52.
Схема силовой части часов с большими цифрами
Печатная плата семисегментного индикатора для часов с большими цифрами
Как я говорил ранее, конструктивно часы будут состоять из двух печатных плат - плата индикатора + логика и силовая часть.
Начнем с разработки и изготовления печатной платы индикатора.
Разработка печатной платы семисегментного индикатора для часов с большими цифрами
Печатная плата семисегментного индикатора для часов с большими цифрами в формате "lay" находится конце статьи, в присоединенных файлах. О технологии изготовления печатных плат методом ЛУТ можно почитать .
Если вы сделали все правильно, готовая печатная плата будет выглядеть примерно так.
Готовая печатная плата семисегментного индикатора для часов с большими цифрами
Сборка семисегментного индикатора
Поскольку плата индикатора является двухсторонней, первое, что надо сделать это выполнить межслоевые переходы. Я делаю это с помощью ножек ненужных деталей - продеваю их в отверстия и припаиваю с двух сторон. Когда все переходы выполнены, зачищаю их плоским мелким напильником - получается очень аккуратно и симпатично.
Следующий шаг, собственно говоря, сборка индикатора. Для чего нам понадобится пачка красных (зеленых, белых, синих) светодиодов. Я, например, брал эти.
При установке диодов не забываем, что мы делаем индикатор с общим анодом - т.е. "+" диодов должны быть соединены вместе. Общие аноды на печатной плате - это большие фрагменты меди. Обязательно обратите внимание на анод разделительной точки.
В итоге, после 2 часов кропотливой работы должно получиться вот что:
Цифровая часть часов
Цифровую часть часов с большими цифрами будем собирать по схеме:
Схема часов с большими цифрами
Схема часов довольно прозрачна, поэтому объяснять как она работает не вижу смысла. Печатную плату в формате *.lay можно скачать в конце статьи. Замечу, что печатная плата в основном разработана под детали для поверхностного монтажа.
Итак, элементная база, которую использовал я:
1. Диодный мост DFA028 (подойдет любой компактный для поверхностного монтажа);
2. Регуляторы напряжения LM2576ADJ в корпусе D2PAK, 78M05 в корпусе HSOP3-P-2.30A;
3. Транзисторные ключи BCP53 (корпус SOT223) и BC847 (корпус SOT23);
4. Микроконтроллер Atmega8 (TQFP);
5. Часы реального времени DS1307 (SO8);
6. Блок питания 14В 1,2А от какого-то старого устройства;
7. Остальные детали - любого типа, подходящие по размерам для установки на печатную плату.
Разумеется, если вы хотите применить другие корпуса деталей, вам потребуется внести некоторые изменения в печатную плату.
Обратите внимание на номиналы сопротивлений R3 и R4 - они должны быть именно такими, какие указаны на схеме - не больше не меньше. Это сделано для того, что бы обеспечить на выходе регулятора напряжения LM2576ADJ ровно 12В. Если все таки не удастся найти такие номиналы резисторов, то значение сопротивления R4 может быть рассчитано по формуле:
R4=R3(12/1.23-1) или R4=8.76R3
Сборка цифровой части. Версия 1, без DS1307
Если при изготовлении печатной платы часов вы придерживались рекомендаций, изложенных в , то тогда вам излишне напоминать, что перед сборкой печатная плата должна быть просверлена, все видимые короткие замыкания на ней устранены, а плата покрыта жидкой канифолью? Тогда приступаем к сборке часов.
Я рекомендую начать со сборки блока питания и только за тем выполнить монтаж цифровой части. Это общая рекомендация по самостоятельной сборке девайсов. Почему? Просто потому, что если блок питания собран с ошибкой можно пожечь всю низковольтную электронику, которая должна питаться этим блоком питания.
Если все сделано правильно - блок питания должен заработать сразу. Проверяем сборку блока питания - замеряем напряжение в контрольных точках.
На рисунке показаны контрольные точки, в которых следует проверить напряжение питания. Если напряжение соответствует заявленному, можно приступать к сборке цифровой части часов. Иначе проверяем монтаж и работоспособность элементов блока питания.
Контрольные точки и значения напряжений для блока питания часов
После того, как проверка блока питания выполнена приступаем к сборке цифровой части часов - устанавливаем все остальные элементы на печатную плату. Проверяем на КЗ, особенно в ногах микроконтроллера Atmega и драйвера UL2003.
Обратите внимание на то, что сборку часов мы выполняем БЕЗ установки часов реального времени DS1307, однако вся обвязка этой микросхемы должна быть выполнена. В будущем, если возникнет необходимость, это сэкономит нам время на доработку часов под вторую версию, там где все таки будут использоваться отдельные, независимые часы реального времени на DS1307.
Предварительная проверка микроконтроллера ATMEGA8
Для того, что бы проверить правильность и работоспособность микроконтроллера нам потребуется:
1. Программатор, например .
2. для внутрисхемного программирования микроконтроллера.
3. Программа AVRDUDESHELL.
Подключаем плату часов к дата-кабелю. Дата-кабель подключаем к программатору. Программатор к компьютеру, на котором установлена программа AVRDUDESHELL. Подключать плату часов к питающей сети 220В не следует.
Если при чтении фьюзов возникла проблемы - проверяйте монтаж - возможно где то есть короткое замыкание или "непропай". Еще один совет - возможно микроконтроллер находится в режиме низкоскоростного программирования, тогда достаточно переключить программатор в этот режим (
Часы на ATmega8.
Часы могут показывать до 8 режимов, для которых выбирается один из пятнадцати форматов отображения, время его показа и количество раз, которое он будет пропущен.
| Форматы отображения. | ||
| 0 |
Число, День недели, Часы-минуты. |
|
|---|---|---|
| 1 |  |
Часы-минуты-секунды. |
| 2 |  |
Часы-минуты. |
| 3 |  |
Часы-минуты, День недели. |
| 4 |  |
Число_месяц_день недели. |
| 5 |  |
Число месяц год. |
| 6 |  |
Число месяц год день недели. |
| 7 |  |
|
| 8 |  |
Температура 1 датчик (датчик дома). |
| 9 |  |
Температура 2 датчик (датчик на улице). |
| A |  |
Температура 1 датчик, Часы-минуты. |
| b |  |
Температура 2 датчик, Часы-минуты. |
| C |  |
Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
| d |  |
Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
| E |  |
День недели число месяц год. |
| F |  |
Число месяц год. |
|
В режимах где не указываются десятые градуса, точка определяет больше 0,5 гр.. |
||
Кнопка F — выход из режима. Выбор 3 основных режимов.
Кнопка SET — вход в выбранный режим. Далее переход к следующему параметру (мигающему полю).
Кнопка PLUS — плюс/on. В режиме SETUP листать главные меню.
Кнопка MINUS — минус/__(off). В режиме SETUP листать главные меню.
Все режимы, кроме нулевого и режима таймера, имеют завершение по времени. Если не было нажатий более 30 секунд, устанавливается режим ноль.
Режим CALLS
Режим SETUP.
Для записи значений в EEPROM нужно все значения в подрежиме подтвердить нажатием SET.
Пример: LIGHT
->SET-> L.ooooo
->SET-> НО4Ь L.2
->SET-> LIGHT
.
Режим PORT.
Режим часы.
| Корректировка секунд. Нажатие MINUS сбрасывает секунды в ноль. Если секунд было больше 31, то минуты инкрементируются. Далее идет установка минут и часов. |
|
| Устанавливаются: число, месяц, год и день недели. |
|
 |
Коррекция хода часов. Данная величина прибавляется или вычитается каждый час. Шаг 0.008 секунды. (50 значений), максимальное значение 0.391. Пример расчета: при коррекции равной нулю измеряется уход часов, например за 5 дней часы убежали на 3 секунды, тогда коррекция ровна 3/(5*24)=0.025. |
Режим Уст SEE.
| В нулевом режиме часы показывают попеременно до 8 режимов, для которых выбирается один из десяти форматов отображения и время его показа (верхняя таблица) . | |
 |
1
выбор режима. r5 выбор одного из пятнадцати форматов отображения. с03 время в секундах, которое будет виден выбранный режим. n0 сколько раз пропускать (не показывать) режим. Пример: 1 r0 c03n0 2 r5 c03n0 3 r4 c02n1 r0; r5; r4; r0; r5; r4; r0; r5; r4; r0; r5; r4; .. r4; — виден, r4; — пропущен. При времени равном 00 режим выключен. |
Режим УSt Буd. Установки будильника.
 |
Bip
сигнал будильника — ШИМ. Pin сигнал будильника — уст в 1 вывод буд. Oba Шим и вывод. |
 |
Отсрочка сигнала. Задаётся число отсрочек сигнала. При откл. отсрочке (00) будильник выключается нажатием любой клавиши. При вкл. отсрочке сигнала будильник откл. кнопкой F, при нажатии кнопок SET PLUS MINUS сигнал отключается, но опять сработает примерно через 5 минут. При активной отсрочке сигнала, в нулевом режиме, мигает точка последнего разряда. |
 |
Отключение отсрочки (при отсутствии сигнала). В режиме 0, нажатие SET вкл. этот режим. Наличие активной отсрочки индуцирует символ о на 4 знакоместе. Нажатие PLUS MINUS выключает отсрочку. |
Режим DS18B20.
Режим Light.
Режим Сигнал.
Режим Сброс настроек.
Действия в нулевом режиме.
F — выбор режима.
SET — режим отмены отсрочки сигнала
PLUS — режим Уст SEE.
MINUS — установка будильников.
Каждый час, на одну секунду, устанавливается вывод PB2(16).
Для экономии, в режиме питания от батарей запрещается отсрочка сигнала. Так же останавливается работа таймера.
Исходник WinAVR-20060421. Прошивки анод, катод и прошивка для схемы с большими индикаторами. C автоматическим переходом на летние зимние время.
Без перехода на летние зимние время.
Схема для больших индикаторов. Прислал Алексей.
Привет всем! Хочу предложить Вашему вниманию простые часы-пропеллер, которые я собрал на контроллере Atmega8. Они изготовлены из доступных деталей и их легко повторить и изготовить. Единственное что - необходим программатор для прошивки контроллера часов и пульта управления.
Для основания часов был использован обычный вентилятор 120 мм (кулер). Вентиляторы для этих часов можно использовать любые, как с вращением по часовой стрелке, так и против, потому что пока собирал эти часы, программу немного переделал и сделал переключение отображения символов с пульта программно.
Схема самих часов довольно простая и собрана на микроконтроллере Atmega8, для синхронизации работы которого использован часовой кварц с частотой 32768 Гц.
Часы питаются от приёмной катушки, энергия на которую передаётся с генератора с передающей катушкой. Обе эти катушки составляют воздушный трансформатор.
Со схемой и конструкцией генератора, особых проблем не возникло, так как был использован генератор от плазменного шара.
Генератор собран на распространённой микросхеме TL494 и позволяет менять ширину и частоту выходных импульсов в широких пределах.
Даже с зазором в сантиметр между катушками - напряжения вполне хватает для пуска часов. Только следует учесть, что чем больше зазор между катушками, тем больше нужно делать ширину импульса и соответственно от этого растёт и потребление тока от источника.
При включении генератора в первый раз, ширину импульсов (скважность) ставим на минимум (ручка регулятора в верхнем по схеме положении, то есть 4 нога через резистор R7 притянута к 14, 15, 2 ноге TL-494). Частоту генератора крутим, пока не исчезнет писк, это примерно 18-20 Кгц (настройка на слух), а если есть чем измерить частоту, то настраиваем её соответственно в этих пределах.
На плате генератора ещё дополнительно собран регулятор напряжения на LM317, предназначенный для регулировки скорости вращения вентилятора.
На схеме его нет, не дорисовал
. Посмотрите демонстрационное видео работы часов.
Плата самих часов крепится к основанию вентилятора. Я закрепил её двухсторонним скотчем.
Потом переделал немного схему часов с фоторезистора на инфракрасный фотодиод (рисунок ниже).
В передатчике вместо простого светодиода, у меня теперь стоит инфракрасный.
Резистор вместо 2к поставил 100к.
Ответственными моментами при изготовлении часов являются - изготовление воздушного трансформатора и центровка (вернее балансировка) платы часов на основании вентилятора.
К этим моментам отнеситесь серьёзнее.
В основу взял кулер 120 мм обычный с бронзовыми втулками. Плата часов к основанию приклеена на двусторонний скотч.
С кулера откусываем лопасти и обтачиваем и выравниваем напильником, наждачкой. Катушки сделаны на каркасе из кабельного канала. Придумал такую конструкцию не я, просто взял эту идею из инета. Для намотки трансформатора делается основа из кабельного канала. Через каждые 5 мм на бортиках канала делаем надрез и аккуратно сворачиваем его в круг, диаметр подберите так, чтоб он плотно сел на пластмассовое основание вентилятора.
Далее на оправку из кабельного канала, наматываем 100 витков эмалированного провода, диаметром 0.25.
Ток потребления собранного трансформатора, у меня получился 200 мА (это с довольно заметным зазором между катушками).
В целом вместе с двигателем вентилятора, ток потребления получается в районе 0.4-0.5А.
Первичную (передающую) катушку делаем также, но стараемся сделать минимальный зазор между катушками. Передающая катушка тоже содержит 100 витков провода 0.3 (можно тем-же 0.25).
На схеме у меня немного другие моточные данные этих катушек.
Планка со светодиодами сделана на стеклотекстолите. В ней сверлится отверстие, в это отверстие вставляется кусок трубки от телескопической антенны и припаивается к плате (трубочку антенны нужно зачистить от блестящего покрытия). Можно использовать любую подходящую трубочку, или прикрепить плату другим способом, например с помощью винта с гайками.
Плату со светодиодами соединил с платой часов обычным эмалированным (намоточным) проводом, он более жёсткий по сравнении с монтажным и не трепится при вращении.
Для балансировки всей платы, с другой её стороны приклеиваем термоклеем винт, диаметром 3-4 мм, накручивая с другой стороны на винт различные гайки - добиваемся минимальной вибрации.
Для проверки работоспособности платы часов - коротим фоторезистор отверткой, пинцетом, светодиоды при этом должны моргнуть.
Часы начинают работать при появлении 5В (логическая единица) на 5 ноге атмеги. То есть при освещении фоторезистора - на 5 ноге должно быть 5В,
Когда фоторезистор не освещён, на 5-й ноге атмеги должен быть логический 0 (около 0В), для этого подбираем резистор на землю с 5 ноги. На схеме стоит 2 кОм, у меня получилось 2.5 Ком.
Внизу на основании вентилятора приклеиваем светодиод так, чтобы при каждом обороте двигателя вентилятора - фоторезистор проходил как можно ближе к источнику света (светодиоду).
Пульт управления предназначен для управления работой часов, переключения режимов отображения индикацией (смена направления вращения вентилятора), установки времени часов.
Схема пульта собрана на микроконтроллере ATTINY2313. На плате установлен сам МК с обвязкой и шесть кнопок, предназначенных для управления часами.
Корпус для пульта собирать не стал, поэтому только фото самой платы.
Информация по назначению кнопок пульта;
H+ и Н- настройка часов
М+ и М- настройка минут
R/L смена направления (для винтов крутящихся по часовой и против часовой)
font смена шрифта (тонкий, жирный и надпись сайт)
при надписи сайт кнопками H+ и H - регулируется ширина надписи.
В прикреплённом архиве содержатся все необходимые файлы для сборки часов;
Архив для статьи
Если у Вас возникнут какие либо вопросы по конструкции часов, задавайте их на форуме, постараюсь по возможности помочь и ответить на возникшие вопросы.
– будильник.
– термометр.
1. Функции.
– индикация. Поочередная.
PLUS MINUS
2. Настройка.
2.2. Нажатием на кнопку MENU SET
Группа CLOC :
– минуты;
– часы;
PLUS или MINUS );
с ".
Группа ALAr :
On OFF ", если запрещена;
Группа diSP :
tc
tt
EF , А r
P
Группа LiGH :
A ", в младших " On OF
L _ ".
L ¯ ".
L – ".
2.4. Удержанием кнопок PLUS / MINUS
3. Примечания.
тема .
Видео работы программы, о
т пользователя
wolf2000 .
– часы с цифровой коррекцией точности.
– будильник.
– термометр.
– индикация на семисегментный индикатор.
– автоматическая регулировка яркости индикатора.
1. Функции.
– часы, формат отображения времени 24-х часовый, часы:минуты.
– цифровая коррекция точности. Возможна ежесуточная коррекция ±25 сек. Установленное значение в 1 час 0 минут 30 сек будет прибавлено/вычтено из текущего времени.
– будильник. В заданное время в течении одной минуты раздаются короткие двойные сигналы. Отключить звук досрочно можно нажатием на любую из кнопок. Когда работа будильника разрешена, при отображении времени в младшем разряде индицируется точка.
– термометр. Диапазон измеряемой температуры -55,0 ÷ 125,0 о С. Если температура выше 99,9 или ниже -9,9 о С десятые доли градуса не отображаются.
– индикация. Поочередная.
– настраиваемая анимация смены показаний.
– использование энергонезависимой памяти микроконтроллера для сохранения настроек при отключении питания.
– если в основном режиме нажать на кнопку PLUS , то на индикаторы выводится время, если нажать на MINUS – температура. При отпускании кнопок возобновляется автоматическая смена показаний.
– автоматическая регулировка яркости индикатора в зависимости от освещенности.
2. Настройка.
2.1. При включении питания часы в основном режиме.
2.2. Нажатием на кнопку MENU производится вход в режим настроек и выбора группы параметров для установки. В пределах группы выбор параметра для установки производится кнопкой SET . По-очереди доступны для установки:
Группа CLOC :
– минуты;
– часы;
– секунды (обнуляются при нажатии на кнопки PLUS или MINUS );
– величина коррекции. В старшем разряде символ "с ".
Группа ALAr :
– активация будильника. На индикаторе " On ", если работа будильника разрешена, " OFF ", если запрещена;
– минуты срабатывания будильника;
– часы срабатывания будильника.
Группа diSP :
– время индикации текущего времени. В старших разрядах символы " tc ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то время отображаться не будет;
– время индикации температуры. В старших разрядах символы " tt ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то температура отображаться не будет;
– выбор эффекта анимации. В старших разрядах символы " EF ". Если установлен 0, смена информации будет проводиться без эффектов , если выбран автоматический режим (символ "А "), то будет производиться поочередная смена эффектов. Если выбран режим r , то смена эффектов будет производиться случайным образом.
– выбор скорости анимации. В старшем разряде символ " P ". Диапазон установки 0÷99. Одна единица соответствует примерно 2 мсек, чем выше величина, тем медленнее идет анимация.
Группа LiGH :
– включение автоматического управления яркостью индикатора. В старшим разряде символ " A ", в младших " On ", если автоматическое регулирование разрешено, " OF ", если яркость устанавливается вручную;
– минимальный порог яркости для автоматического режима. В старших разрядах символы " L _ ".
– максимальный порог яркости для автоматического режима. В старших разрядах символы " L ¯ ".
– уровень яркости в ручном режиме. В старших разрядах символы " L – ".
2.3. Устанавливаемый параметр мигает.
2.4. Удержанием кнопок PLUS / MINUS производится ускоренная установка параметра.
3. Примечания.
1. Для минимального и максимального порогов яркости диапазон установки 0 ÷ 99, но программой вводятся ограничения: минимальный не может быть больше либо равным максимальному и наоборот.
2. При установке параметров яркости информация на индикаторе отображается с выбранной величиной яркости.
3.Необходимо соизмерять скорость анимации и время отображения информации. Если выбрана медленная анимация и малое время отображения, то может оказаться, что информация не успевает полностью обновиться до очередной смены.
Для обсуждения материалов статьи создана тема .
Видео работы программы, о
т пользователя
wolf2000 .
В качестве управляющего микроконтроллера был выбран Atmega48 по причине его доступности и наличии необходимой периферии на борту(даже с избытком). Часы реального времени DS1307 подключены к аппаратным выходам I2C управляющего микроконтроллера. Для работы DS1307 в автономном режиме(в случае отключения питания главного контроллера) используется литиевая батарейка резервного питания на 3V, ресурса которой хватит на несколько лет из-за низкого энергопотребления микросхемы.
Рассмотрим подробнее управляющую программу:
Программа работает по принципу флагово-таймерного автомата: все состояния и события представлены в виде соответствующих флагов, выполняющихся в прерываниях соответствующего таймера 1с, 1мс и 263.17мс. Программа использует 2 аппаратных таймера.
Опрос часовой микросхемы и нажатие кнопок осуществляется с интервалом 263.17мс. Интервал 1мс служит для формирования звукового сигнала звонка, а 1с - для его модуляции. Секундный интервал также управляет миганием точки во 2-ом разряде индикатора, разделяющий часы и минуты и также служащим формированием «тиканья».
Рассмотрим принципиальную схему часов.
Обозначения и номиналы:
S4 - Увеличение часов
S3 - Увеличение минут
S2 - Установка
S1 - Включение будильника
S5 - Сброс
R6-R10 - 10k
R1-R5 - 510ом
Напряжение питания - 5 вольт.
