Часы на микроконтроллере с общим анодом. Часы на микроконтроллере своими руками

Схема принципиальная электрическая

В одном устройстве объединено две функции: собственно измерение температуры и времени (часы). Индикация производится попеременно, сменяясь через десять секунд. Для настройки часов используется две кнопки, аналогично простым китайским электронным часам: одна отвечает за выбор параметра, вторая за его изменение. Питается устройство от сети с помощью постоянного стабилизированного источника тока напряжением пять вольт (плата от зарядного устройства телефона).

Датчиком температуры является микросхема DS18B20. Так как в устройстве «Часы-термометр» нет своей батареи, при пропадании питания естественно показания будут сбиваться. И что бы это не явилось причиной какого-нибудь опоздания человека на жизненно важные дела, имеется интересная «фишка» - при подаче питания вместо времени на дисплее будут отображаться прочерки, пока не нажмёшь одну из двух кнопок настройки.

Корпусом самодельного измерителя температуры послужила подходящая коробочка от запонок. В неё была помещена сама плата часов-термометра и плата вытащенная из телефонного зарядника. Датчик DS18B20 сделан выносным и подсоединяется через разъём.

Список необходимых деталей

• Микроконтроллер Atmega8 - 1шт.
• Кварц 32768 Гц - 1 шт.
• Датчик температуры DS18B20 - 1шт.
• Семи сегментный индикатор(4 - разряда) - 1 шт.
• Резисторы SMD типоразмера 0805:
• 620 Ом - 8шт.
• 0 Ом (перемычка) - 1шт.
• 4,7 кОм - 1шт.
• Тактовые кнопки - 2 шт.

Видео работы устройства на Ютуб-канале

И надо представить какой-либо готовый проект. По законам жанра это должен быть термометр , или часы . Поскольку у себя у закромах не нашлось датчика температуры - было решено написать код часов. Хочу сразу предупредить – это не атомные часы. Их точность зависит от стабильности тактового генератора на кварце. Можно конечно ввести коррекцию хода. Но думаю не надо. Для дома вполне хватит. Плату не разводил. Задача была написать прошивку, а не изготовить устройство. На написание кода ушло три вечера. Устройство пока сыровато. Можно его еще доработать. Если кого заинтересует, то пишите на форум. Будем доделывать. А кто хочет тот может и сам. Исходники выкладываю тут. Только не надо говорить, что говнокод. Хотел бы я посмотреть, что у вас получалось, когда только учились:)

Схема электрическая часов на МК и LCD

Часы отображают время, секунды, и дни недели. Есть также один будильник. Его можно и отключить. Кнопками можно установить все величины, кроме секунд.

Сам программатор

Индикацию режимов можно было прорисовать и лучше, но честно говоря уже поднадоело заниматься художеством. Хотелось скорей закончить. На кнопки жмем не спеша. Экран обновляется раз в секунду. Работает все от одного прерывания. Обновление экрана можно и сделать по чаще, но в данном случае нет смысла.

Настройку произведем только раз, и больше трогать кнопки не будем. Будильник будет работать ровно одну минуту с прерыванием писка в одну секунду каждый день.

Корпус кварцевого резонатора лучше припаять к минусу. В этом случае увеличится его стабильность. Бузер желательно подключить через транзистор для уменьшения нагрузки на контроллер. Если питать контроллер от 3,3V, то резисторные делители возле дисплея можно убрать - схема станет намного проще.

Наверное, даже не просто простые часы на микроконтроллере , а даже очень простые. Этот проект на микроконтроллере Attiny2313 наверно можно назвать проектом одного дня, поскольку на создание данных часов с начало и до конца ушло чуть больше одного дня.

Для создания данных часов нам понадобятся:

• Кварцевый резонатор на 16 МГц – 1 шт;
• Микроконтроллер Attiny2313 -1 шт;
• Конденсатор от 22 пф до 27 пф — 2 шт;
• Конденсатор 220 н — 1 шт;
• Стабилизатор 7805 – 1 шт;
• Транзистор – 4 шт;
• Индикатор SA15-11GWA — 4 шт (можно любой другой с общим анодом);
• Кнопка – 2 шт;
• Резистор 100 Ом – 8 шт;
• Резистор 200 Ом – 4шт;
• Резистор 10 кОм – 1 шт.
• Питание осуществляется от простого .

Описание работы простых часов на Attiny2313

Тактируется кварцевым резонатором с рабочей частотой 16 МГц. В качестве счетчика времени, в схеме микроконтроллера Attiny2313 запущен 16 битный таймер с предделителем 256, сконфигурированный на создание прерывания по достижении счетчиком значения 625. Следовательно, получилось прерывания 100 раз в секунду.

Временной интервал находится в глобальных переменных, и при каждом прерывании необходимо увеличить значение миллисекунд на 1. В том случае если число миллисекунд доходит до 100, то необходимо увеличить на 1 величину секунд, а величину миллисекунд сбросить. И далее в той же последовательности до десятков часов, которые сбрасываются по достижении 24 без прибавления следующего разряда. Часы на микроконтроллере Attiny2313 максимально простые, поэтому они не отображают ни дату, ни переход на зимнее/летнее время и т.д.

Таким образом, получаем величину текущего времени записанного в глобальных переменных. Теперь необходимо вывезти эти значения. Поскольку количество портов микроконтроллера не так много, то используем такую особенность зрения как инерционность. Катоды всех четырех индикаторов часов соединены параллельно, а аноды управляются раздельно, что позволяет в каждый момент времени отобразить цифру на любой индикатор.

Быстро переключая порт B микроконтроллера, к которому подключены катоды и быстро переключая аноды, можем организовать видимость, что отображаются все 4 цифры, несмотря на то, что единовременно работает всего лишь одна. Другими словами, если текущее время 10:43, то выводим цифру 1 на первый индикатор часов, через небольшой интервал времени (порядка 1 мс) выводим цифру 0 на второй индикатор, через 1 мс отображаем 4 на 3 индикатор, спустя 1 мс отображаем 3 на 4 индикатор и снова по кругу.

Кнопки управления часов опрашиваются после каждого очередного цикла отображения (приблизительно 40 раз в секунду), процесс нажатия кнопок снабжен антидребезгом и защелкой в виде флага, что позволяет считать собственно само нажатие, не отвлекаясь на удержание.

(1,2 Mb, скачано: 6 504)

Как видно из названия, главное предназначение данного устройства - узнавать текущее время и дату. Но оно имеет ещё множество других полезных функций. Идея его создания появилась после того, как мне на глаза попались полусломанные часы с относительно большим (для наручных) металлическим корпусом. Я подумал, что туда можно вставить самодельные часы, возможности которых ограничиваются только собственной фантазией и умением. В результате появилось устройство со следующими функциями:

1. Часы - календарь:

Отсчёт и вывод на индикатор часов, минут, секунд, дня недели, числа, месяца, года.

Наличие автоматической корректировки текущего времени, которая производится каждый час (максимальные значения +/-9999 ед., 1 ед. = 3,90625 мс.)

Вычисление дня недели по дате (для текущего столетия)

Автоматический переход на летнее и зимнее время (отключаемый)

• Учитываются високосные годы

2. Два независимых будильника (при срабатывании звучит мелодия)
3. Таймер с дискретностью 1 сек. (Максимальное время отсчета 99ч 59м 59с)
4. Двухканальный секундомер с дискретностью счета 0,01 сек. (максимальное время счета 99ч 59м 59с)
5. Секундомер с дискретностью счета 1 сек. (максимальное время счета 99 суток)
6. Термометр в диапазоне от -5°С. до 55°С (ограничен температурным диапазоном нормальной работы устройства) с шагом 0,1°С.
7. Считыватель и эмулятор электронных ключей - таблеток типа DS1990 по протоколу Dallas 1-Wire (память на 50 штук, в которой уже имеется несколько универсальных ”ключей-вездеходов”) с возможностью побайтного просмотра кода ключа.
8. Дистанционный пульт управления на ИК лучах (реализована только команда "Сделать снимок") для цифровых фотокамер "Pentax", "Nikon", "Canon"
9. Светодиодный фонарик
10. 7 мелодий
11. Звуковой сигнал в начале каждого часа (отключаемый)
12. Звуковое подтверждение нажатия кнопок (отключаемое)
13. Контроль напряжения батареи питания с функцией калибровки
14. Цифровая регулировка яркости индикатора

Может такая функциональность и избыточна, но мне нравятся универсальные вещи, ну и плюс моральное удовлетворение от того, что данные часы будут сделаны своими руками.

Принципиальная схема часов

Устройство построено на микроконтроллере АТmega168PA-AU. Часы тикают по таймеру Т2, работающему в асинхронном режиме от часового кварца на 32768 Гц. Микроконтроллер почти всё время находится в спящем режиме (индикатор при этом выключен), просыпаясь раз в секунду, чтобы добавить эту самую секунду к текущему времени и снова засыпает. В активном режиме МК тактируется от внутреннего RC осциллятора на 8 МГц, но внутренний прескалер делит её на 2, в итоге ядро тактируется от 4 МГц. Для индикации используется четыре одноразрядных светодиодных цифровых семисегментных индикатора c общим анодом и децимальной точкой. Так же имеется 7 статусных светодиодов, назначение которых следующее:
D1- Признак отрицательного значения (минус)
D2- Признак работающего секундомера (мигает)
D3- Признак включенного первого будильника
D4- Признак включенного второго будильника
D5- Признак подачи звукового сигнала в начале каждого часа
D6- Признак работающего таймера (мигает)
D7- Признак низкого напряжения батареи питания

R1-R8 - токоограничительные резисторы сегментов цифровых индикаторов HG1-HG4 и светодиодов D1-D7. R12,R13 – делитель для контроля напряжения батареи. Поскольку напряжение питания часов 3V, а белому светодиоду D9 требуется около 3,4-3,8V при номинальном токе потребления, то он светится не в полную силу (но её хватает, чтобы не споткнуться в темноте) и поэтому подключен без токоограничительного резистора. Элементы R14, Q1, R10 предназначены для управления инфракрасным светодиодом D8 (реализация дистанционного управления для цифровых фотокамер). R19, R20, R21 служат для сопряжения при общении с устройствами, имеющими интерфейс 1-Wire. Управление осуществляется тремя кнопками, которые я условно назвал: MODE (режим), UP (вверх), DOWN (вниз). Первая из них также предназначена для пробуждения МК по внешнему прерыванию (при этом индикация включается), поэтому она подключена отдельно на вход PD3. Нажатия остальных кнопок определяется при помощи АЦП и резисторов R16,R18. Если кнопки не нажимаются в течении 16 сек, то МК засыпает и индикатор гаснет. При нахождении в режиме “Пульт ДУ для фотокамер” этот интервал составляет 32 сек., а при включенном фонарике - 1 минуту. Также МК можно усыпить вручную, используя кнопки управления. При запущенном секундомере с дискретностью счета 0,01 сек. устройство не переходит в спящий режим.

Печатная плата

Устройство собрано на двухсторонней печатной плате круглой формы по размеру внутреннего диаметра корпуса наручных часов. Но при изготовлении я использовал две односторонние платы толщиной 0,35 мм. Такую толщину опять же получил отслоив её от двухстороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Платы затем склеил. Все это делалось потому что, у меня не было тонкого двухстороннего стеклотекстолита, а каждый сэкономленный миллиметр толщины в ограниченном внутреннем пространстве корпуса часов очень ценен, да и отпала надобность совмещения при изготовлении печатных проводников методом ЛУТ. Рисунок печатной платы и расположение деталей находятся в прилагаемых файлах. На одной стороне размещены индикаторы и токоограничительные резисторы R1-R8. На обратной - все остальные детали. Имеются два сквозных отверстия для белого и инфракрасного светодиодов.

Контакты кнопок и держатель батареи выполнены из гибкой пружинящей листовой стали толщиной 0,2…0,3мм. и залужены. Ниже приведены фото платы с двух сторон:

Конструкция, детали и их возможная замена

Микроконтроллер ATmega168PA-AU можно заменить на ATmega168P-AU, ATmega168V-10AU ATmega168-20AU. Цифровые индикаторы - 4 штуки KPSA02-105 суперяркие красного цвета свечения с высотой цифры 5,08мм. Mожно поставить из этой же серии KPSA02-xxx или KCSA02-xxx. (только не зеленые – они будут слабо светиться) Другие аналоги подобных размеров с достойной яркостью мне неизвестны. У HG1, HG3 соединение катодов сегментов отличается от HG2, HG4, потому что мне так было удобнее для разводки печатной платы. В связи с этим для них в программе применена различная таблица знакогенератора. Используемые резисторы и конденсаторы SMD для поверхностного монтажа типоразмеров 0805 и 1206, светодиоды D1-D7 типоразмера 0805. Белый и инфракрасный светодиоды диаметром 3мм. На плате имеется 13 сквозных отверстий, в которые необходимо установить перемычки. В качестве температурного датчика применён DS18B20 c интерфейсом 1-Wire. LS1 – обычная пьезоэлектрическая пищалка, вставляется в крышку. Одним контактом она соединяется с платой при помощи пружинки, установленной на ней, другим соединяется с корпусом часов самой крышкой. Кварцевый резонатор от наручных часов.

Программирование, прошивка, фьюзы

Для внутрисхемного программирования на плате имеются только 6 круглых контактных пятачка (J1), так как полноценный разъем не уместился по высоте. К программатору их подключал, используя контактное устройство, сделанное из штыревой вилки PLD2x3 и напаянных на них пружинками, прижимая их одной рукой к пятачкам. Ниже прилагается фото приспособления.

Я использовал его, так как в процессе отладки приходилось много раз перепрошивать МК. При разовой прошивке проще подпаять к пятачкам тонкие провода, подключенные к программатору, а после снова отпаять. МК удобнее прошивать без батареи, но чтобы питание поступало либо от внешнего источника +3V, либо от программатора c таким же напряжением питания. Программа написана на ассемблере в среде VMLAB 3.15. Исходные коды, прошивки для FLASH и EEPROM в приложении.

FUSE-биты микроконтроллера DD1 должны быть запрограммированы следующим образом:
CKSEL3...0 = 0010 - тактирование от внутреннего RC осциллятора 8 МГц;
SUT1...0 =10 - Start-up time: 6 CK + 64 ms;
CKDIV8 = 1 - делитель частоты на 8 отключён;
CKOUT = 1 - Output Clock on CKOUT запрещен;
BODLEVEL2…0 = 111 - контроль напряжения питания отключён;
EESAVE = 0 - стирание EEPROM при программировании кристалла запрещено;
WDTON = 1 - Нет постоянного включения Watchdog Timer;
Остальные FUSE – биты лучше не трогать. FUSE–бит запрограммирован, если установлен в “0”.

Прошивка EEPROM прилагаемым в архиве дампом обязательна.

В первых ячейках EEPROM размещается начальные параметры устройства. В приведённой ниже таблице описывается назначение некоторых из них, которые можно менять в разумных пределах.

Небольшие пояснения по пунктам:

1 пункт. Здесь указывается величина напряжения на батарее, при которой загорится светодиод, сигнализирующий о её низком значении. Я поставил 2,6V (параметр - 260). Если нужно другое, например 2,4V, то надо записать 240($00F0). В ячейку по адресу $0000 заносится младший байт, соответственно в $0001 – старший.

2 пункт. Поскольку я не установил на плату переменный резистор для подстройки точности измерения напряжения батареи питания ввиду отсутствия места, то я ввел программную калибровку. Порядок калибровки для точного измерения следующий: изначально в данной ячейке EEPROM записан коэффициент 1024($400), необходимо перевести устройство в активный режим и посмотреть на индикаторе напряжение, и тут же замерить вольтметром реальное напряжение на батарее. Коэффициент коррекции (К), который необходимо выставить, вычисляется по формуле: K=Uр/Uи*1024 где Uр – реальное напряжение, измеренное вольтметром, Uи – напряжение которое, измерило само устройство. После подсчёта коэффициента ”K” его заносят в устройство (как это делается сказано в инструкции по эксплуатации). После калибровки у меня погрешность не превысила 3%.

3 пункт. Здесь задается параметр времени, через которое устройство перейдет в спящий режим, если кнопки не нажимаются. У меня стоит 16 сек. Если допустим надо, чтобы засыпало через 30 сек, то надо записать 30($26).

В 4 и 5 пунктах аналогично.

6 пункт. По адресу $0030 хранится код семейства нулевого ключа (dallas 1-Wire), затем его 48 битный номер и CRC. И так 50 ключей последовательно.

Настройка, особенности работы

Настройка устройства сводится к калибровке измерения напряжения батареи, как описано выше. Также необходимо засечь отклонение хода часов за 1 час, посчитать и внести соответствующее значение коррекции (процедура описана в инструкции по эксплуатации).

Устройство питается от литиевой батареи CR2032 (3V) и потребляет в режиме сна примерно 4 мкА, а в активном режиме 5…20 мА в зависимости от яркости индикатора. При ежедневном пятиминутном использовании активного режима батареи должно хватить примерно на 2….8 месяцев в зависимости от яркости. Корпус часов соединен с минусом батареи.

Считывание ключей проверялось на DS1990. Эмуляция проверена на домофонах ”МЕТАКОМ”. Под порядковыми номерами от 46 до 49(последние 4) прошиты (все ключи хранятся в EEPROM, их можно изменять перед прошивкой) универсальные ключи для домофонов. Ключ, прописанный под номером 49 открывал все домофоны ”МЕТАКОМ”, которые мне попадались, остальные универсальные ключи тестировать не довелось, их коды я взял из сети.

Дистанционное управление для фотокамер проверялось на моделях Pentax optio L20, Nikon D3000. Canon не удалось заполучить для проверки.

Инструкция пользователя занимает 13 страниц, поэтому я не стал её включать в статью, а вынес в приложение в формате PDF.

Архив содержит:
Схема в и GIF;
Рисунок печатной платы и расположение элементов в формате ;
Прошивка и исходники на ассемблере;

Список радиоэлементов

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.

Видео.

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.

Воздушный трансформатор.

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.

Плата часов.

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.

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.