39_40.pdf

P R O J E K T Y

Zegar minimalisty

AVT−511

Zegar dla minimalisty jeúli

chodzi o†budowÍ, ale nie

walory uøytkowe. Budowa

zegara przedstawionego

w†artykule zapewne zaskoczy

wielu CzytelnikÛw, gdyø na

pierwszy rzut oka nie

powinien on dzia³aÊ.

Rekomendacje : zegar

szczegÛlnie polecamy

wszystkim fanom nietypowych

uk³adÛw uøytkowych, ktÛrym

zaleøy na efektownym

wyposaøeniu mieszkania lub

przygotowaniu

niekonwencjonalnych,

a†przydatnych prezentÛw.

Podstawowym powodem w¹tp-

liwoúci CzytelnikÛw co do uøy-

tecznoúci prezentowanego zegara

moøe byÊ brak odpowiedniej licz-

by wyúwietlaczy. Do zbudowania

klasycznego zegara s¹ konieczne

przynajmniej cztery wyúwietlacze

lub wyúwietlacz alfanumeryczny

i†- ewentualnie - diody úwiec¹ce.

W†tym zegarze zastosowano tylko

jeden wyúwietlacz, ale jak siÍ

okazuje to zupe³nie wystarcza do

efektownego przedstawienia bie-

ø¹cej godziny. Jako wyúwietlacz

zastosowa³em matrycÍ diod o†or-

ganizacji 5x7. Takie rozmieszcze-

nie punktÛw úwietlnych, podob-

nie jak to ma miejsce w†wyúwiet-

laczach alfanumerycznych LCD,

jest wystarczaj¹ce do wyúwietla-

nia dowolnego znaku - zarÛwno

cyfry, jak i†litery. Ponadto, wy-

úwietlane cyfry maj¹ znacznie

ìprzyjemniejszeî kszta³ty niø

w†przypadku wyúwietlaczy sied-

miosegmentowych. Oczywiúcie,

moøna zastosowaÊ cztery takie

wyúwietlacze, ale jak wyúwietliÊ

pe³n¹ informacjÍ o†godzinie na

jednym? W†sposÛb najprostszy

z†moøliwych: wyúwietlanie godzi-

ny odbywa siÍ przez p³ynne prze-

wijanie wyúwietlanych znakÛw.

W†ten w³aúnie sposÛb wyúwietla-

ne s¹ cztery cyfry okreúlaj¹ce

bieø¹cy czas oraz dwukropek roz-

dzielaj¹cy godziny i†minuty.

RozpoczÍcie wyúwietlania cza-

su rozpoczyna siÍ od wygaszenia

ca³ego wyúwietlacza, nastÍpnie na-

stÍpuje ìwysuwanieî cyfr godziny

od prawej strony wyúwietlacza.

Uzyskany efekt jest taki jak

w†przypadku reklam úwietlnych,

z†t¹ rÛønic¹, øe wyúwietlany tekst

jest przewijany tylko przez jeden

wyúwietlacz. Czas jest wyúwietla-

ny w†godzinach i†minutach. Go-

dzina moøe sk³adaÊ siÍ z†jednej

lub dwÛch cyfr. Jeúli godzina jest

jednocyfrowa, to dziesi¹tki godzi-

ny s¹ wygaszane. Po wyúwietle-

niu godziny zostaje wyúwietlony

dwukropek rozdzielaj¹cy godziny

i†minuty, dziÍki czemu wiadomo,

jaka czÍúÊ danych jest wyúwiet-

lana. NastÍpnie zostaj¹ wyúwiet-

lone minuty. PrÍdkoúÊ przewija-

nia cyfr czasu moøe byÊ regulo-

wana w†zakresie 50 ms...1 s†(20

Hz...1 Hz), co pozwala na usta-

wienie optymalnej dla uøytkowni-

ka prÍdkoúci.

Budowa i†zasada

dzia³ania

Schemat elektryczny zegara

przedstawiono na rys. 1 . Jego

g³Ûwnym elementem jest mikro-

kontroler typu PIC16F628, ktÛry

zajmuje siÍ zarÛwno odmierza-

niem czasu, jak rÛwnieø obs³ug¹

wyúwietlacza. Procesor ten udo-

stÍpnia dwa pe³ne porty oúmio-

bitowe i†to pomimo obudowy 18-

nÛøkowej. W†mikrokontrolerze

znajduje siÍ wewnÍtrzny uk³ad

zerowania po w³¹czeniu zasilania,

co pozwala wykorzystaÊ wejúcie

sygna³u zeruj¹cego !MCLR na do-

datkowe wejúcie cyfrowe. Takøe

wyprowadzenia s³uø¹ce do do³¹-

czenia zewnÍtrznego rezonatora

kwarcowego (OSC1, OSC2) zo-

sta³y†wykorzystane jako wyjúcia.

Takie wykorzystanie tych wypro-

wadzeÒ jest moøliwe, gdyø we-

wn¹trz procesora znajduje siÍ ge-

Elektronika Praktyczna 5/2003

Zegar minimalisty

Zegar minimalisty

Rys. 1. Schemat elektryczny zegara

nerator RC o†czÍstotliwoúci

4†MHz, ktÛra moøe byÊ zmniejszo-

na do 37 kHz. WewnÍtrzny ge-

nerator nie jest zbyt stabilny i†nie

nadaje siÍ do pracy jako wzorzec

dla zegara, dlatego do odmierza-

nia czasu zosta³ zastosowany ge-

nerator z rezonatorem kwarco-

wym. Rezonator ten nie s³uøy do

ìnapÍdzaniaî procesora, a†jedynie

do generowania stabilnego czÍstot-

liwoúciowo sygna³u s³uø¹cego do

odmierzania czasu. Rezonator ten

jest do³¹czony do wyprowadzeÒ

RB6 i†RB7, gdyø wyprowadzenia

te s¹ rÛwnieø wyprowadzeniami

wewnÍtrznego oscylatora do³¹czo-

nego do licznika Tmr1. Jego bu-

dowÍ przedstawiono na rys. 2 .

Jest to licznik 16-bitowy z†dodat-

kowym preskalerem wejúciowym,

ktÛry moøe dzieliÊ czÍstotliwoúÊ

wejúciow¹ w†kilku stopniach: 1:1,

1:2, 1:4, 1:8, zwiÍkszaj¹c tym

samym liczbÍ moøliwych do zli-

czenia impulsÛw przez ten licz-

nik. Do wykonania zegara za

pomoc¹ tego licznika najdogod-

niej jest do³¹czyÊ zewnÍtrzny re-

zonator o†czÍstotliwoúci 32,768

kHz, gdyø po podzieleniu jej

przez 32768 przepe³nienie liczni-

ka bÍdzie nastÍpowa³o dok³adnie

co jedn¹ sekundÍ. Licznik Tmr1

umoøliwia zliczenie maksymalnie

65535 impulsÛw, dlatego po kaø-

dym przepe³nieniu naleøy wpisy-

waÊ do niego wartoúÊ pocz¹tkow¹

rÛwn¹ 65535-32768. W†zegarze

zrezygnowano z†³adowania liczni-

ka po kaødym przepe³nieniu i†pra-

cuje on ze swoj¹ pe³n¹ pojemnoú-

ci¹, w†efekcie czego przepe³nienie

nie nastÍpuje co jedn¹ sekundÍ,

lecz co dwie. Jednak dla pracy

zegara nie ma to znaczenia, po-

niewaø wyúwietlane s¹ tylko mi-

nuty i†godziny, a†do odliczenia

jednej†minuty licznik sekund nie

zlicza do wartoúci rÛwnej 60, lecz

liczy tylko do 30. DziÍki takiemu

rozwi¹zaniu uruchomiony licznik

Tmr1 pracuje samodzielnie, bez

koniecznoúci ustawiania jego war-

toúci pocz¹tkowej, co z†kolei upra-

szcza procedury obs³ugi przerwa-

nia od tego licznika. Do³¹czony

do kondensatora C4 trymer C4a

umoøliwia precyzyjne dostrojenie

czÍstotliwoúci generatora, aby czas

by³ odliczany z†jak najwiÍksz¹

dok³adnoúci¹.

Do wyúwietlania czasu zasto-

sowano matrycÍ diodow¹ o†orga-

nizacji 5x7. Obs³uga takiego wy-

úwietlacza jest znacznie trudniej-

sza w†porÛwnaniu ze standardo-

wym wyúwietlaczem siedmioseg-

mentowym. Dla jednego wyúwiet-

lacza siedmiosegmentowego wy-

starczy³oby tylko siedem wypro-

wadzeÒ procesora steruj¹cych ka-

todami diod, a†wspÛlna anoda

by³aby pod³¹czona do plusa za-

silania. Do sterowania wyúwietla-

cza matrycowego potrzebna jest

wiÍksza liczba wyprowadzeÒ, gdyø

jedna matryca jest traktowana jak

piÍÊ wyúwietlaczy siedmiosegmen-

towych.

Na rys. 3 przedstawiono po³¹-

czenie diod w†wyúwietlaczu mat-

rycowym. Aby zaúwieciÊ jeden

punkt, naleøy na wybran¹ kolum-

nÍ (C1...C5) podaÊ wysoki poziom

napiÍcia, a†na odpowiedni wiersz

(R1...R7) niski poziom napiÍcia.

Aby zosta³ wyúwietlony znak, trze-

ba po kolei podawaÊ plus zasi-

lania na kolumny, a†dla aktywnej

kolumny podaÊ odpowiednie

poziomy na wierszach. Jeúli prze-

miatanie wyúwietlacza bÍdzie wy-

konywane odpowiednio szybko,

to oko bÍdzie ìwidzia³oî wybrane

punkty matrycy jako úwiec¹ce siÍ

jednoczeúnie. Do kaødej kolumny

zosta³o do³¹czonych siedem diod,

dlatego do ich sterowania jest

niezbÍdny uk³ad steruj¹cy o†wy-

dajnoúci pr¹dowej minimum 70

mA (7 diod x†10 mA). W†danej

Elektronika Praktyczna 5/2003

Zegar minimalisty

rÛwny 0:00 . Po uruchomieniu

uk³adu moøna przejúÊ do obs³ugi

zegara.

Rys. 2. Budowa wewnętrzna licznika Tmr1 zawartego w układzie PIC16F628

Obs³uga

Zegar zosta³ wyposaøony

w†dwa przyciski, ktÛrymi moøli-

wa jest zmiana jego parametrÛw.

W†czasie wyúwietlania czasu tekst

jest przewijany z†zadan¹ prÍdkoú-

ci¹ - prÍdkoúÊ ta moøe byÊ zmie-

niana w†zakresie 50 ms...1 s.

Podany czas odnosi siÍ do czasu

wyúwietlania jednej sekwencji

úwietlnej. Tak szeroki zakres

zmian prÍdkoúci pozwala na in-

dywidualne dobranie optymalnej

wartoúci. PrÍdkoúÊ przewijania

tekstu moøe byÊ zwiÍkszana po-

przez naciúniÍcie klawisza S2,

a†zmniejszana za pomoc¹ klawisza

S1. NaciúniÍcie i†przytrzymanie

klawisza powoduje ci¹g³¹ zmianÍ

wybranego parametru tak, jak gdy-

by przycisk by³†przez ca³y czas

naciskany i†zwalniany.

W†celu przejúcia do trybu zmia-

ny czasu naleøy klawisze S1 i†S2

nacisn¹Ê jednoczeúnie na czas

oko³o dwÛch sekund. Po tym

czasie wyúwietlany tekst zostanie

przewiniÍty do koÒca, aø do

wygaszenia wyúwietlacza. NastÍp-

nie zostanie wyúwietlona cyfra

dziesi¹tek godzin, ktÛra bÍdzie

przewijana od prawej strony wy-

úwietlacza, aø do ca³kowitego jej

wyúwietlenia. Zmiany wartoúci do-

konuje siÍ klawiszem S2 w†zakre-

sie 0...2. Aby zatwierdziÊ liczbÍ

dziesi¹tek godzin i†przejúÊ do

ustawienia jednostek godzin, na-

leøy nacisn¹Ê klawisz S1. Po tej

czynnoúci wyúwietlany tekst zo-

stanie przewiniÍty w†lewo aø do

ukazania siÍ ca³ej cyfry jednostek

godzin. Zmiany wartoúci jednos-

kolumnie moøe byÊ zapalona tyl-

ko jedna dioda, ale rÛwnieø mog¹

zostaÊ†zapalone wszystkie, w†za-

leønoúci od wyúwietlanego znaku.

Dlatego do sterowania kolumn

konieczne by³o zastosowanie do-

datkowych wzmacniaczy pr¹do-

wych, gdyø wyprowadzenia pro-

cesora mog¹ byÊ obci¹øane pr¹-

dem rÛwnym maksymalnie 25

mA. W†roli wzmacniaczy pracuje

uk³ad typu UDN2981A, zawie-

raj¹cy osiem wzmacniaczy, ktÛre

umoøliwiaj¹ podawanie plusa za-

silania przy maksymalnym pr¹-

dzie przewodzenia rÛwnym 500

mA, co jest w†zupe³noúci wystar-

czaj¹ce. Wiersze matrycy s¹ ste-

rowane z†wyjúÊ portu procesora

poprzez rezystory R3...R9 ograni-

czaj¹ce pr¹d. Bezpoúrednie stero-

wanie wierszy przez procesor jest

moøliwe, gdyø w†tym samym cza-

sie do kaødego wyjúcia procesora

moøe byÊ do³¹czona tylko jedna

dioda - dioda, ktÛrej anoda jest

po³¹czona z†plusem zasilania.

W†zwi¹zku z†tym, øe anody diod

s¹ sterowane sekwencyjnie, mak-

symalny pr¹d obci¹øenia portu

steruj¹cego katodami diod wynie-

sie oko³o 10 mA na kaøde wyj-

úcie. Przemiatanie wyúwietlacza

odbywa siÍ z†czÍstotliwoúci¹

1†kHz, co daje dobr¹ jakoúÊ wy-

úwietlanych znakÛw, bez efektu

migotania.

Do ustawiania parametrÛw ze-

gara zastosowano klawisze S1

i†S2. Poniewaø wejúcia portu RA4

i†RA5 nie posiadaj¹ wewnÍtrznych

rezystorÛw podci¹gaj¹cych, ko-

nieczne by³o zastosowanie ze-

wnÍtrznych rezystorÛw†podci¹ga-

j¹cych te wejúcia do plusa zasi-

lania (R1 i†R2). Do stabilizacji

napiÍcia zasilania zastosowano

stabilizator typu LM2931 o†wydaj-

noúci pr¹dowej rÛwnej 100 mA.

DziÍki duøej sprawnoúci stabiliza-

tor ten moøe pracowaÊ†przy mak-

symalnym obci¹øeniu bez wydzie-

lania duøej iloúci ciep³a. Przed-

stawiony uk³ad pobiera pr¹d

o†maksymalnej wartoúci oko³o 70

mA (gdy wszystkie diody jednej

kolumny zostan¹ zapalone) i†moøe

byÊ zasilany napiÍciem o†wartoúci

12V bez obawy o†przegrzanie siÍ

stabilizatora. Kondensatory C1...C3

dodatkowo wyg³adzaj¹ napiÍcie

zasilania, a†dioda D1 zabezpiecza

uk³ad w przypadku pod³¹czenia

napiÍcia zasilania o†odwrotnej po-

laryzacji.

Montaø i†uruchomienie

Uk³ad zegara zosta³ zmontowa-

ny na p³ytce dwustronnej, ktÛrej

schemat montaøowy przedstawio-

no na rys. 4 . Montaø naleøy

wykonaÊ w†typowy sposÛb, po-

czynaj¹c od rezystorÛw†i†diody

D1. NastÍpnie naleøy wlutowaÊ

podstawki pod uk³ady scalone,

kondensatory i†uk³ad US3. Kon-

densatory C1 i†C2 naleøy zamon-

towaÊ w†pozycji leø¹cej. Na sa-

mym koÒcu naleøy zamontowaÊ

przyciski (S1 i†S2), z³¹cze CON1

i†wyúwietlacz. W†zaleønoúci od

obudowy, pod wyúwietlacz moøna

zastosowaÊ podstawkÍ, ktÛra spra-

wi, øe wyúwietlacz bÍdzie wysta-

wa³ ponad uk³ady scalone, co

umoøliwi bezpoúrednie przylega-

nie wyúwietlacza do przedniej

úcianki obudowy. Po prawid³o-

wym zamontowaniu wszystkich

elementÛw, do z³¹cza CON1 na-

leøy pod³¹czyÊ napiÍcie zasilania

o†wartoúci oko³o 9V i†wydajnoúci

pr¹dowej minimum 100 mA. Pod-

³¹czenie zasilania spowoduje

przejúcie zegara do wyúwietlania

czasu, ktÛry po w³¹czeniu bÍdzie

Rys. 3. Wewnętrzne połączenie

diod w matrycy 5x7

Elektronika Praktyczna 5/2003

Zegar minimalisty

ne, to naleøy nacisn¹Ê S1, a†tekst

zostanie przewiniÍty do ustawia-

nia jednostek minut. Jednostki

minut ustawia siÍ klawiszem S2

w†sta³ym zakresie 0...9. Jeøeli

wszystkie cyfry czasu zosta³y

wprowadzone, to naleøy nacisn¹Ê

klawisz S1. Po tej czynnoúci

wyzerowane zostan¹ sekundy cza-

su i†licznik odliczaj¹cy czas

(Tmr1), a†nastÍpnie nast¹pi uru-

chomienie tego licznika i†czas

bÍdzie odliczany z†nowymi war-

toúciami.

Podczas programowania czasu

jest jeszcze jedno zabezpieczenie

przed wprowadzeniem b³Ídnej go-

dziny. MoøliwoúÊ powstania tego

b³Ídu wynika z†niezaleønego usta-

wiania dziesi¹tek i†jednostek go-

dzin. Przyk³ad b³Ídnie wpisanej

godziny: wyúwietlany czas ma

wartoúÊ 19:01 , nastÍpnie zegar

zostanie wprowadzony w†tryb pro-

gramowania i†zmieniona zostanie

tylko wartoúÊ dziesi¹tek godzin

na wartoúÊ rÛwn¹ 2. W†takiej

sytuacji wyúwietlana godzina by-

³aby nastÍpuj¹ca: 29:01 . Aby za-

pobiec takiej sytuacji, procesor

automatycznie kontroluje jednos-

tki godzin i†po zmianie wartoúci

dziesi¹tek godzin z†1†na 2, auto-

matycznie teø zostanie zmniejszo-

na wartoúÊ jednostek godziny do

wartoúci maksymalnej rÛwnej

3†i†zmiana tej wartoúci bÍdzie

moøliwa tylko w†zakresie 0...3.

Przy ustawianiu minut problem

ten nie wystÍpuje, gdyø przez

ca³y czas ich wartoúÊ moøe byÊ

zmieniana w†takim samym zakre-

sie: dla dziesi¹tek minut w†prze-

dziale 0...5, a†dla jednostek minut

w†przedziale 0...9.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2: 47k

Ω

Kondensatory

C1, C2: 47

F/16V

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów

na płytce zegara

C3: 100nF

C4: 10pF

C4a: trymer 10...40pF

C5: 30pF

Półprzewodniki

D1: 1N4007

DP1: matryca LED 5x7 (LM−035

VRB lub TA07−11EWA)

US1: PIC16F628 zaprogramowany

US2: UDN2981A

US3: LM2931

Różne

CON1: ARK2(3,5mm)

S1, S2: mikroprzełącznik

z przyciskiem h=10mm

Podstawka DIP18 − 2szt.

tek godzin dokonuje siÍ klawi-

szem S2. Jednostki godzin mog¹

byÊ zmieniane w†zakresie 0...9 -

jeúli dziesi¹tki godzin s¹ mniejsze

od 2†- oraz w†zakresie 0...3 - jeúli

dziesi¹tki godzin s¹ rÛwne 2.

Ograniczanie maksymalnej zmiany

wartoúci jednostek godzin przyjÍ-

to, aby nie by³o moøliwoúci wpro-

wadzenia nieprawid³owej godzi-

ny, na przyk³ad godziny 26. Po

ustawieniu godzin moøna przejúÊ

do ustawiania minut. W†tym celu

naleøy nacisn¹Ê klawisz S1, a†wy-

úwietlany tekst zostanie przewi-

niÍty i†zatrzyma siÍ na dziesi¹t-

kach minut. Ustawienie dziesi¹tek

minut wykonuje siÍ klawiszem

S2. Zakres regulacji jest sta³y

i†wynosi 0...5. Jeúli dziesi¹tki mi-

nut zosta³y prawid³owo ustawio-

Po ustawieniu prÍdkoúci prze-

wijania oraz aktualnego czasu ze-

gar jest gotowy do pracy. Jeøeli

podczas uøytkowania odmierzany

czas bÍdzie znacznie odbiega³ od

rzeczywistego, to poprzez regula-

cjÍ trymerem C4a moøna doúwiad-

czalnie dostroiÊ czÍstotliwoúÊ pra-

cy generatora bÍd¹cego wzorcem

odliczanego czasu.

Krzysztof P³awsiuk, AVT

krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/maj03.htm oraz na p³ycie

CD-EP5/2003B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 5/2003

R3...R9: 68

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: