Цифровые часы на микросхемах своими руками. Электронные часы - Часы - Конструкции для дома и дачи

Предлагаю вашему вниманию электронные часы на микроконтроллере . Схема часов очень проста, содержит минимум деталей, доступна для повторения начинающим радиолюбителям.

Конструкция собрана на микроконтроллере и часов реального времени DS1307 . В качестве индикатора текущего времени использован четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор (ультраяркий, голубого цвета свечения, что неплохо смотрится в темное время, и, заодно, часы играют роль ночника). Управление часами происходит двумя кнопками. Благодаря использованию микросхемы часов реального времени DS1307, алгоритм программы получился довольно простым. Общение микроконтроллера с часами реального времени происходит по шине I2C, и организованно программным путем.

Схема часов:

К сожалению, в схеме есть ошибка:
— выводы МК к базам транзисторов нужно подключать:
РВ0 к Т4, РВ1 к Т3, РВ2 к Т2, РВ3 к Т1
или поменять подключение коллекторов транзисторов к разрядам индикатора:
Т1 к DP1 ….. Т4 к DP4

Детали, используемые в схеме часов:

♦ микроконтроллер ATTiny26:

♦ часы реального времени DS1307:

♦ 4-разрядный семисегментный светодиодный индикатор – FYQ-5641UB -21 с общим катодом (ультраяркий, голубого цвета свечения):

♦ кварц 32,768 кГц, с входной емкостью 12,5 пф (можно взять с материнской платы компьютера), от этого кварца зависит точность хода часов:

♦ все транзисторы — NPN-структуры, можно применить любые (КТ3102, КТ315 и их зарубежные аналоги), я применил ВС547С
♦ микросхемный стабилизатор напряжения типа 7805
♦ все резисторы мощностью 0,125 ватт
♦ полярные конденсаторы на рабочее напряжение не ниже напряжения питания
♦ резервное питание DS1307 – 3 вольтовый литиевый элемент CR2032

Для питания часов можно использовать любое ненужное зарядное устройство сотового телефона (в этом случае, если напряжение на выходе зарядного устройства в пределах 5 вольт ± 0,5 вольта, часть схемы — стабилизатор напряжения на микросхеме типа 7805, можно исключить)
Ток потребления устройством составляет — 30 мА.
Батарейку резервного питания часов DS1307 можно и не ставить, но тогда, при пропадании напряжения в сети, текущее время придется устанавливать заново.
Печатная плата устройства не приводится, конструкция была собрана в корпусе от неисправных механических часов. Светодиод (с частотой мигания 1 Гц, от вывода SQW DS1307) служит для разделения часов и минут на индикаторе.

Установки микроконтроллера заводские: тактовая частота — 1МГц, FUSE-биты трогать не надо.

Алгоритм работы часов (в Algorithm Builder):

1. Установка указателя стека
2. Настройка таймера Т0:
— частота СК/8
— прерывания по переполнению (при такой предустановленной частоте вызов прерывания происходит каждые 2 миллисекунды)
3. Инициализация портов (выводы РА0-6 и РВ0-3 настраиваются на выход, РА7 и РВ6 на вход)
4. Инициализация шины I2C (выводы РВ4 и РВ5)
5. Проверка 7-го бита (СН) нулевого регистра DS1307
6. Глобальное разрешение прерывания
7. Вход в цикл с проверкой нажатия кнопки

При первом включении, или повторном включении при отсутствии резервного питания DS307, происходит переход в первоначальную установку текущего времени. При этом: кнопка S1 – для установки времени, кнопка S2 – переход к следующему разряду. Установленное время – часы и минуты записываются в DS1307 (секунды устанавливаются в ноль), а также вывод SQW/OUT (7-й вывод) настраивается на генерацию прямоугольных импульсов с частотой 1 Гц.
При нажатии кнопки S2 (S4 — в программе) происходит глобальный запрет прерываний, программа переходит в подпрограмму коррекции времени. При этом, кнопками S1 и S2 устанавливаются десятки и единицы минут, затем, с 0 секунд, нажатием кнопки S2 происходит запись уточненного времени в DS1307, разрешение глобального прерывания и возвращение в основную программу.

Часы показали хорошую точность хода, уход времени за месяц — 3 секунды.
Для улучшения точности хода, кварц рекомендуется подключать к DS1307, как указано в даташите:

Программа написана в среде «Algorithm Builder».
Вы можете, на примере программы часов, ознакомиться с алгоритмом общения микроконтроллера с другими устройствами по шине I2C (в алгоритме подробно прокомментирована каждая строчка).

Фотография собранного устройства и печатная плата в формате.lay от читателя сайта Анатолия Пильгук, за что ему огромное спасибо!

В устройстве применены: Транзисторы — СМД ВС847 и ЧИП резисторы

Приложения к статье:

(42,9 KiB, 3 304 hits)

(6,3 KiB, 4 247 hits)

(3,1 KiB, 2 707 hits)

(312,1 KiB, 6 002 hits)

(11,4 KiB, 1 999 hits)

Принципиальная схема электронных часов с будильником на микроконтроллере:

Как видно из схемы часов, является единственной микросхемой, используемой в данном устройстве. Для задания тактовой частоты используется кварцевый резонатор на 4 МГц. Для отображения времени использованы индикаторы красного цвета с общим анодом, каждый индикатор состоит из двух цифр с десятичными точками. В случае использования пьезоизлучателя, конденсатор С1 - 100мкФ можно не ставить.

Можно применить любые индикаторы с общим анодом, лишь бы каждая цифра имела собственный анод. Чтоб электронные часы были хорошо видны в темноте и с большой дистанции - старайтесь выбрать АЛС-ки чем покрупнее.

Индикация в часах осуществляется динамически. В данный конкретный момент времени отображается лишь одна цифра, что позволяет значительно снизить потребление тока. Аноды каждой цифры управляются микроконтроллером PIC16F628A. Сегменты всех четырех цифр соединены вместе и через токоограничивающие резисторы R1 … R8 подключены к выводам порта МК. Поскольку засвечивание индикатора происходит очень быстро, мерцание цифр становится незаметным.

Для настройки минут, часов и будильника - используются кнопки без фиксации. В качестве выхода для сигнала будильника используется вывод 10, а в качестве усилителя - каскад на транзисторах VT1,2. Звукоизлучателем является пьезоэлемент типа ЗП. Для улучшения громкости вместо него можно поставить небольшой динамик.

Питаются часы от стабилизированного источника напряжением 5В. Можно и от батареек. В часах реализовано 9 режимов индикации. Переход по режимам осуществляется кнопками "+" и "-". Перед выводом на индикацию самих показаний, на индикаторы выводится короткая подсказка названия режима. Длительность вывода подсказки - одна секунда.

Кнопкой "Коррекция" часы - будильник переводятся в режим настроек. При этом кратковременная подсказка выводится на пол секунды, после чего корректируемое значение начинает мигать. Коррекция показаний осуществляется кнопками "+" и "-". При длительном нажатии на кнопку, включается режим автоповтора, с заданной частотой. Все значения, кроме часов, минут и секунд, записываются в EEPROM и восстанавливаются после выключения - включении питания.

Если в течение нескольких секунд ни одна из кнопок не нажата, то электронные часы переходят в режим отображения времени. Нажатием на кнопку "Вкл/Выкл" включается или выключается будильник, это действие подтверждается коротким звуком. При включенном будильнике светится точка в младшем разряде индикатора. Думал куда бы пристроить часы на кухне, и решил вмонтировать их прямо в газовую плиту:) Материал прислал in_sane.

Обсудить статью ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ БУДИЛЬНИК

Принципиальная схема часов приведена на рис. Она содержит три микросхемы повышенного уровня интеграции серии К176, два транзистора и 36 других дискретных элементов. Индикатор - плоский многоразрядный, катодо-люмннесцентный, с динамической индикацией ИВЛ1 — 7/5. Он имеет четыре цифры высотой 21 мм и две разделительные точки, расположенные вертикально.

Генератор секундных и минутных импульсов выполнен на микросхеме — ИМС1 К176ИЕ18. Кроме того, эта микросхема создает импульсы частотой следования 1024 Гц (вывод 11), используемые для работы сигнального устройства. Для создания прерывистого сигнала используются импульсы частотой следования 2 Гц (вывод 6). Частота 1 Гц (вывод 4) создает эффект «мигания» разделительных точек. Импульсы частотой следования 128 Гц, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 4 мс (выводы 1, 2, 3, 15) подаются на сетки четырех цифр индикатора, обеспечивая их последовательное свечение. Коммутация соответствующих счетчиков минут и часов осуществляется частотой 1024 Гц (вывод 11). Каждый импульс, подаваемый на сетки индикатора, равен по длительности двум периодам частоты 1024 Гц, т. е. сигнал, подаваемый на сетку со счетчиков, будет дважды включен и выключен. Таким подбором частоты синфазных импульсов обеспечивается два эффекта: динамическая индикация и импульсная работа дешифратора и индикатора.
Интегральная микросхема ИМС2 К176ИЕ13 содержит счетчики минут и часов основных часов, счетчики минут и часов для установки времени сигнального устройства, а также коммутаторы для переключения входов и выходов» этих счетчиков. Выходы счетчиков через коммутатор подключаются к дешифратору двоичного кода в семиэлементный код индикатора. Этот дешифратор выполнен на микросхеме ИМСЗ К176ИДЗ. Выходы дешифратора подсоединяются к соответствующим сегментам всех четырех цифр параллельно. При отжатой кнопке S2 «Звонок» индикатор подключен к счетчикам часов (для опознавания этого режима точка мигает с частотой 1 Гц). Нажав кнопку S6 «Корр.», производят установку счетчиков часов (микросхема К176ИЕ13) и делителей генератора минутной последовательности импульсов (микросхема К176ИЕ18) в нулевое состояние. После отпускания кнопки S6 часы будут работать как обычно. Затем нажатием кнопок S3 «Мин» и S4 «Час» производят установку минут и часов текущего времени. В данном режиме возможно включение звукового сигнала. При нажатой кнопке S2 «Звонок» к дешифратору и индикатора подключаются счетчики сигнального устройства. В этом режиме также высвечивается четыре цифры, но мигающие точки гаснут. Нажав кнопку S5 «Буд» и удерживая ее, нажимают последовательно на кнопки S3 «Мин» и S4 «Час», устанавливают необходимое время срабатывания сигнального устройства, наблюдая за показаниями индикатора. Схема часов позволяет устанавливать пониженную яркость свечения индикаторов с помощью кнопки S1 «Яркость». Однако при этом следует помнить, что при пониженной яркости (кнопка S1 нажата) включение звукового сигнала, а также установка времени часов и сигнального устройства невозможны.
Блок питания БП6 — 1 — 1 содержит сетевой трансформатор Т, создающий напряжение 5 В (со средней точкой) для питания накала катода индикатора и напряжение 30 В для питания остальных цепей индикатора и микросхем. Напряжение 30 В выпрямляется кольцевой схемой на четырех диодах (VD10 - VD13), а затем с помощью стабилизатора на стабилитроне VD16 относительно» корпуса создается напряжение +9 В для питания микросхем, а с помощью стабилизатора на стабилитронах VD14, VD15 и транзистора VT2 - напряжение +25 В (относительно катода) для питания сеток и анодов индикаторов. Мощность, потребляемая часами, не более 5 Вт. Предусмотрено подключение резервного питания для сохранения времени часов при выключении сети. Может быть использована любая батарея 6…9В.

Литература МРБ1089

В продаже можно встретить много различных моделей и вариантов электронных цифровых часов, но большинство из них расчитаны на использование внутри помещений, так как цифры маленькие. Однако иногда требуется разместить часы на улице - например на стене дома, или на стадионе, площади, то есть там, где они будут видны на большом расстоянии многими людьми. Для этого и была разработана и успешно собрана данная схема больших светодиодных часов, к которым можно подключить (через внутренние транзисторные ключи) LED индикаторы сколь угодно большого размера. Увеличить принципиальную схему можно кликнув по ней:

Описание работы часов

1. Часы. В данном режиме идёт стандартный вид отображения времени. Имеется цифровая коррекция точности хода часов.
2. Термометр. В этом случае устройство производит измерение температуры комнаты либо воздуха на улице, с одного датчика. Диапазон от -55 до +125 градусов.
3. Предусмотрен контроль источника питания.
4. Вывод информации на индикатор попеременно - часов и термометра.
5. Для сохранения настроек и установок при пропадании 220В, применена энергонезависимая память.

Работа и управление часами

Включив часы в первый раз, на экране появится рекламная заставка, после чего переключится на отображение времени. Нажимая на кнопку SET_TIME индикатор пойдёт по кругу из основного режима:

• режим отображения минут и секунд. Если в этом режиме одновременно нажать на кнопку PLUS и MINUS , то произойдет обнуление секунд;
• установка минут текущего времени;
• установка часов текущего времени;
• символ t . Настройка продолжительности отображения часов;
• символ o . Время отображения символов индикации внешней температуры (out);
• величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки от -25 до 25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена или вычтена из текущего времени. Более подробно читайте в инструкции, что в архиве с файлами прошивки и печатных плат.

Настройка часов

Удерживая кнопки PLUS /MINUS делаем ускоренную установку значений. После изменения каких-либо настроек, через 10 секунд новые значения запишутся в энергонезависимую память и будут считаны оттуда при повторном включении питания. Новые настройки вступают в силу по ходу установки. Микроконтроллер отслеживает наличие основного питания. При его отключении питание прибора осуществляется от внутреннего источника. Схема резервного модуля питания показана ниже:

Не так давно я копался в коробке со старыми компонентами. Я искал что-то другое, но остановился, когда в руки попалось несколько газоразрядных индикаторов. Однажды (давно, очень давно) я добыл их из старого калькулятора.

Вспоминаю… Тридцать лет назад шесть индикаторов были маленьким сокровищем. Тот, кто мог тогда сделать с такими индикаторами часы на ТТЛ логике, считался искушенным знатоком своего дела.

Свечение газоразрядных индикаторов казалось более теплым. Через несколько минут мне стало интересно, заработают ли эти старые лампы, и захотелось что-нибудь сделать на них. Теперь-то сделать такие часы очень просто. Достаточно взять микроконтроллер…

Поскольку тогда же я увлекался программированием микроконтроллеров на языках высокого уровня, я решил немного поиграть. Я попытался сконструировать простые часы на цифровых газоразрядных индикаторах.

Цель конструирования

Я решил, что часы должны иметь шесть цифр, а время должно устанавливаться минимальным количеством кнопок. Кроме того, я хотел попытаться использовать несколько наиболее распространенных семейств микроконтроллеров разных производителей. Программу я намеревался писать на языке C.

Газоразрядным индикаторам для работы требуется высокое напряжение. Но иметь дело с опасным сетевым напряжением я не хотел. Часы должны были питаться безвредным напряжением 12 В.

Поскольку основной моей целью была игра, вы не найдете здесь описания механической конструкции и чертежей корпуса. При желании, вы сами сможете изменить часы в соответствии со своими вкусами и опытом.

Вот что у меня получилось:

• Индикация времени: ЧЧ ММ СС
• Индикация будильника: ЧЧ ММ --
• Режим отображения времени: 24 часа
• Точность ±1 секунда в день (зависит от кварцевого резонатора)
• Напряжении питания: 12 В
• Потребляемый ток: 100 мА

Схема часов

Для устройства с шестиразрядным цифровым дисплеем естественным решением был мультиплексный режим.

Назначение большинства элементов блок-схемы (Рисунок 1) понятно без комментариев. В определенной степени нестандартной задачей было создание преобразователя уровней ТТЛ в высоковольтные сигналы управления индикаторами. Драйверы анодов сделаны на высоковольтных NPN и PNP транзисторах. Схема позаимствована у Стефана Кнеллера (http://www.stefankneller.de).

ТТЛ микросхема 74141 содержит двоично-десятичный дешифратор и высоковольтный драйвер для каждой цифры. Возможно, заказать одну микросхему будет сложно. (Хотя я не знаю, производятся ли они вообще кем-либо сейчас). Но уж если вы нашли газоразрядные индикаторы, 74141 могут оказаться где-то рядом:-). Во времена ТТЛ логики альтернативы микросхеме 74141 практически не было. Так что попробуйте найти где-нибудь одну штуку .

Индикаторам требуется напряжение порядка 170 В. Разрабатывать специальную схему для преобразователя напряжения не имеет смысла, поскольку существует огромное количество микросхем повышающих преобразователей. Я выбрал недорогую и широко доступную микросхему MC34063. Схема преобразователя почти полностью скопирована с технического описания MC34063. К ней лишь добавлен силовой ключ T13. Внутренний ключ для такого высокого напряжения не подходит. В качестве индуктивности для преобразователя я использовал дроссель. Он показан на Рисунке 2; его диаметр 8 мм, а длина 10 мм.

КПД преобразователя вполне хороший, а выходное напряжение относительно безопасно. При токе нагрузки 5 мА выходное напряжение падает до 60 В. R32 выполняет функцию токоизмерительного резистора.

Для питания логики используется линейный регулятор U4. На схеме и на плате есть место для резервного аккумулятора. (3.6 В - NiMH или NiCd). D7 и D8 - это диоды Шоттки, а резистор R37 предназначен для ограничения зарядного тока в соответствии с характеристиками аккумулятора. Если вы собираете часы просто для развлечения, аккумулятор, D7, D8 и R37 вам не потребуются.

Окончательная схема показана на Рисунке 3.

Кнопки установки времени подключены через диоды. Состояние кнопок проверяется установкой логической «1» на соответствующем выходе. В качестве бонусной функции к выходу микроконтроллера подключен пьезоизлучатель. Чтобы заткнуть этот противный писк, используйте маленький выключатель. Для этого вполне подошел бы и молоток, но это уж на крайний случай:-).

Перечень компонентов схемы, рисунок печатной платы и схему размещения элементов можно найти в разделе «Загрузки».

Процессор

Управлять эти несложным устройством может практически любой микроконтроллер с достаточным количеством выводов, минимально необходимое количество которых указано в Таблице 1.

Каждый изготовитель разрабатывает собственные семейства и типы микроконтроллеров. Расположение выводов индивидуально для каждого типа. Я постарался сконструировать универсальную плату для нескольких типов микроконтроллеров. На плате установлена 20-контактная панелька. С помощью нескольких проволочных перемычек вы можете адаптировать ее для разных микроконтроллеров.

Ниже перечислены микроконтроллеры, проверенные в этой схеме. Вы можете поэкспериментировать с другими типами. Преимуществом схемы является возможность использования разных процессоров. Радиолюбители, как правило, используют одно семейство микроконтроллеров и имеют соответствующий программатор и программный инструментарий. С микроконтроллерами других изготовителей могут возникнуть проблемы, поэтому я дал вам возможность выбора процессора из любимого семейства.

Вся специфика включения различных микроконтроллеров отражена в Таблицах 2…5 и на Рисунках 4…7.

Примечание: Параллельно кварцевому резонатору включен резистор 10 МОм.

Примечание: Микросхему необходимо развернуть в панельке на 180°.

Примечание: Добавьте SMD компоненты R и C к выводу RESET (10 кОм и 100 нФ).

Примечание: Добавьте SMD компоненты R и C к выводу RESET (10 кОм и 100 нФ); выводы, отмеченные звездочками, соедините с шиной питания +Ub через SMD резисторы 3.3 кОм.

Сравнив коды для разных микроконтроллеров, вы увидите, что они очень похожи. Различия имеются в доступе к портам и определению функций прерываний, а также в том, что зависит от компонентов обвязки.

Исходный код состоит из двух секций. Функция main() настраивает порты и запускает таймер, формирующий сигналы прерывания. После этого программа сканирует нажатые кнопки и устанавливает соответствующие значения времени и будильника. Там же в главном цикле текущее время сравнивается с будильником и включается пьезоизлучатель.

Вторая часть является подпрограммой обработки прерываний от таймера. Подпрограмма, которая вызывается через каждую миллисекунду (в зависимости от возможностей таймера), инкрементирует переменные времени и управляет цифрами дисплея. Кроме того, проверяется состояние кнопок.

Запуск схемы

Монтаж компонентов и настройку начинайте с источника питания. Запаяйте регулятор U4 и окружавшие его компоненты. Проверьте наличие напряжения 5 В для микросхемы U2 и 4.6 В для U1. Следующим шагом соберите высоковольтный преобразователь. Подстроечным резистором R36 установите напряжение 170 В. Если диапазона подстройки окажется недостаточно, немного измените сопротивление резистора R33. Теперь установите микросхему U2, транзисторы и резисторы схемы драйверов анодов и цифр. Соедините входы U2 с шиной GND и последовательно подключайте по одному из резисторов R25 - R30 к шине питания +Ub. В соответствующих позициях должны зажигаться цифры индикаторов. На последнем этапе проверки схемы соедините с землей вывод 19 микросхемы U1 - должен запищать пьезоизлучатель.

Исходные коды и откомпилированные программы вы найдете в соответствующем ZIP файле в разделе «Загрузки». После зашивки программы в микроконтроллер тщательно проверьте каждый вывод в позиции U1 и установите необходимые перемычки из проволоки и припоя. Сверяйтесь с изображениями микроконтроллеров, приведенными выше. Если микроконтроллер запрограммирован и подключен правильно, должен заработать его генератор. Вы можете установить время и будильник. Внимание! На плате есть место для еще одной кнопки - это запасная кнопка для будущих расширений:-).

Проверьте точность частоты генератора. Если она не укладывается в ожидаемый диапазон, слегка измените номиналы конденсаторов C1 и C2. (Припаяйте параллельно конденсаторы небольшой емкости или замените их другими). Точность хода часов должна улучшиться.

Заключение

Небольшие 8-битные процессоры вполне приспособлены для языков высокого уровня. Изначально язык C не предназначался для небольших микроконтроллеров, однако для простых приложений вы прекрасно можете использовать его. Ассемблер лучше подойдет для сложных задач, требующих соблюдения критических времен или максимальной загрузки процессора. Для большинства радиолюбителей подойдут как бесплатные, так и условно-бесплатные ограниченные версии компилятора C.

Программирование на C одинаково для всех микроконтроллеров. Вы должны знать функции аппаратных средств (регистров и периферии) выбранного типа микроконтроллера. Будьте осторожны с битовыми операциями - язык C к манипуляциям с отдельными битами не приспособлен, что можно увидеть на примере исходного когда для ATtiny.

Закончили? Тогда настройтесь на созерцание вакуумных ламп и смотрите…

…возвращаются старые времена … :-)

Примечание редакции

Полным аналогом SN74141 является микросхема К155ИД1, выпускавшаяся минским ПО «Интеграл».
Микросхему без труда можно найти в сети Интернет.

Главная » Зимние » Цифровые часы на микросхемах своими руками. Электронные часы - Часы - Конструкции для дома и дачи