Данные электронные часы, построенные на микроконтроллере Atmega8, оснащены легко читаемым светодиодным дисплеем, будильником с функцией повтора, функцией восстановления работы после отключения питания.
Принципиальная схема часов показана на рисунке ниже. Схема часов должна быть запитана постоянным напряжением в диапазоне 7…12В. Это может быть любой с нагрузкой по току не менее 200 мА.
К разъему CON5 платы можно подключить зуммер с генератором, который будет выступать в качестве звукового сигнала будильника. К клеммам SA1 и SA2 печатной платы подключаются кнопки, которые служат для ввода настроек и обслуживания часов.
При нажатии кнопки SA1 попадаем в меню часов «Set1», где у нас есть возможность установки текущего времени, а еще одно короткое нажатие кнопки SA1 переводит нас в меню установки времени будильника «Set2».
Для выбора и изменения настроек служит кнопка SA2. После выбора как в режиме настройки времени, как и в режиме установки будильника на дисплее начнет мигать первая цифра, после чего можно установить десятки часов с помощью кнопки SA2.
Очередное нажатие SA1 вызовет мигание второй цифры и с помощью SA2 можно установить единицы часов. Последующие два нажатия SA1 позволят установить десятки минут и единицы минут. Во время установки часов и минут устанавливается всегда только одна цифра. Пятое нажатие SA1 возвращает часы к нормальной работе. Также продолжительное время отсутствия нажатия кнопок завершает процедуры установки.
Во время работы часов длительное нажатие кнопки SA2 производит включение/выключение будильника. В момент активации будильника, на несколько секунд отображается время его запуска. Состояние будильника сигнализирует точка, размещена в четвертом разряде. Если будильник активен, этот индикатор горит.
После включения сигнала будильника нажатием любой кнопки можно выключить его на время порядка 5 минут, при этом активируется функция повтора. Этот факт отмечается миганием точки на четвертом разряде индикатора. По истечении 5 минут сигнал будильника будет запущен снова. Снова нажатием любой кнопки, его можно отложить еще на 5 минут, и т. д.
Полное отключение сигнала будильника происходит после длительного нажатия клавиши SA2, или около полутора минутного отсутствия реакции со стороны пользователя.
Работа часов протестирована в Proteus:
Если в ходе эксплуатации часов, окажется, что часы значительно отстают или спешит, можно попробовать уменьшить или увеличить значение конденсатора C1.
(34,7 Kb, скачано: 1 923)
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 (
В часах есть возможность последовательно показывать 4 режима, для которых выбирается один из десяти форматов отображения и время его показа.
| Форматы отображения. | ||
| 0 | ||
|---|---|---|
| 1 |  | Часы-минуты-секунды. |
| 2 |  | Часы-минуты. |
| 3 |  | Часы-минуты, День недели. |
| 4 |  | Число_месяц_день недели. |
| 5 |  | |
| 6 |  | |
| 7 |  | |
| 8 |  | |
| 9 |  | |
| A |  |
|
| b |  | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
|
||
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
 | on/__-будильник вкл/откл. |
|---|---|
 | Дни недели, в которые сработает будильник (здесь в 6 и 7 день будильник выключен). |
 | Будильники A B C D E F G H вкл/откл. вывод call a_h мк. Будильник пригодится для управления нагрузкой. С его помощью вывод call a_h можно устанавливать на любое количество минут. |
 | ___-выключен, SET-ножка буд. A-H уст в 1, CLS уст в 0. n-сработает один раз, o-вкл. всегда. |
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.
Режим Уст SEE.
| 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 | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
| 6 | | Температура 1 датчик (датчик дома). |
| 7 | | Температура 2 датчик (датчик на улице). |
| 8 | | Температура 1 датчик, Часы-минуты. |
| 9 | | Температура 2 датчик, Часы-минуты. |
| A | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
| b | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
В режимах где не указываются десятые градуса, точка определяет больше 0,5 гр.. |
||
Режим УSt Буd. Установки будильника.
 | Bip
сигнал будильника - ШИМ. Pin сигнал будильника - уст в 1 вывод буд. Oba Шим и вывод. |
 | Отсрочка сигнала. При откл. отсрочке 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, если будильник не выключать, то после 8 раз срабатывания он откл. автоматически. 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 DEFAULT.
| Прочие режимы (SETUP). | |
|---|---|
| LIGHT | L ooooo - дневная яркость индикатора. НОЧЬ L2 - яркость с 23-00 до 6-00. |
| SIGNAL | после входа в режим кнопками плюс/минус выбирается: budil. S или button. S соответственно частота ШИМ для будильника и кнопок. При входе в эти подрежимы на индикаторе: H004.L000. Частота генерируется в режиме быстрой шим(CTC mode). Верхний порог задается регистром OCR1A1. H004-старший байт L000-младший байт. Что бы отключить сигнал от нажатия кнопок - установить H000 L000. Если в режиме УSt Буd.выбрана опция PIN, для будильника шим сигнал выводится не будет. |
Действия в нулевом режиме.
F - выбор режима.
SET - режим отмены отсрочки сигнала
PLUS - режим Уст SEE.
MINUS - установка будильников.
Если будильник настроить на включение вывода, то можно использовать чип от музыкальной открытки.
Программа написана на си в WinAvr.
Скачать исходник, HEX и EEP файлы. clock_t.rar (18 Kb)
При прошивке мк установите биты CKSEL3..0 в 0011 (внутренний RC генератор 4 Meg). Запрограммировать бит CKOPT (подключение внутренних конденсаторов). Затем прошить EEPROM, или сбросить основные переменные в программе таким образом - SETUP -> DEFAULT -> SET.
В часах есть возможность последовательно показывать 4 режима, для которых выбирается один из десяти форматов отображения и время его показа.
| Форматы отображения. | ||
| 0 | ||
|---|---|---|
| 1 | | Часы-минуты-секунды. |
| 2 | | Часы-минуты. |
| 3 | | Часы-минуты, День недели. |
| 4 | | Число_месяц_день недели. |
| 5 | | |
| 6 | | |
| 7 | | |
| 8 | | |
| 9 | | |
| A | |
|
| b | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
|
||
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
| on/__-будильник вкл/откл. |
|---|---|
| Дни недели, в которые сработает будильник (здесь в 6 и 7 день будильник выключен). |
| Будильники A B C D E F G H вкл/откл. вывод call a_h мк. Будильник пригодится для управления нагрузкой. С его помощью вывод call a_h можно устанавливать на любое количество минут. |
| ___-выключен, SET-ножка буд. A-H уст в 1, CLS уст в 0. n-сработает один раз, o-вкл. всегда. |
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.
Режим Уст SEE.
| 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 | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
| 6 | | Температура 1 датчик (датчик дома). |
| 7 | | Температура 2 датчик (датчик на улице). |
| 8 | | Температура 1 датчик, Часы-минуты. |
| 9 | | Температура 2 датчик, Часы-минуты. |
| A | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
| b | | Температура 1 датчик, Температура 2 датчик. |
В режимах где не указываются десятые градуса, точка определяет больше 0,5 гр.. |
||
Режим УSt Буd. Установки будильника.
| Bip
сигнал будильника - ШИМ. Pin сигнал будильника - уст в 1 вывод буд. Oba Шим и вывод. |
| Отсрочка сигнала. При откл. отсрочке 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, если будильник не выключать, то после 8 раз срабатывания он откл. автоматически. 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 DEFAULT.
| Прочие режимы (SETUP). | |
|---|---|
| LIGHT | L ooooo - дневная яркость индикатора. НОЧЬ L2 - яркость с 23-00 до 6-00. |
| SIGNAL | после входа в режим кнопками плюс/минус выбирается: budil. S или button. S соответственно частота ШИМ для будильника и кнопок. При входе в эти подрежимы на индикаторе: H004.L000. Частота генерируется в режиме быстрой шим(CTC mode). Верхний порог задается регистром OCR1A1. H004-старший байт L000-младший байт. Что бы отключить сигнал от нажатия кнопок - установить H000 L000. Если в режиме УSt Буd.выбрана опция PIN, для будильника шим сигнал выводится не будет. |
Действия в нулевом режиме.
F - выбор режима.
SET - режим отмены отсрочки сигнала
PLUS - режим Уст SEE.
MINUS - установка будильников.
Если будильник настроить на включение вывода, то можно использовать чип от музыкальной открытки.
Программа написана на си в WinAvr.
Скачать исходник, HEX и EEP файлы. clock_t.rar (18 Kb)
При прошивке мк установите биты CKSEL3..0 в 0011 (внутренний RC генератор 4 Meg). Запрограммировать бит CKOPT (подключение внутренних конденсаторов). Затем прошить EEPROM, или сбросить основные переменные в программе таким образом - SETUP -> DEFAULT -> SET.
