Часы на микроконтроллере своими руками. «Тикающие» часы с будильником на микроконтроллере Atmega48
Принцип работы
Основой данных часов является микросхема DS1307 - часы реального времени, обменивающаяся информацией с управляющим контроллером посредством I2C интерфейса. Индикация времени осуществляется через 4 7-и сегментных индикатора, работающих в динамическом режиме. Ввод и корректировка времени осуществляется 5-ю кнопками: "+ минуты", "+ часы", «установка», «будильник» и «сброс». Звуковой сигнал будильника выводится через стандартный пьезоизлучатель и представляет из себя сигнал частотой 1кгц с секундными паузами.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.
Настройка и использование
Правильно собранные часы в дополнительной настройке не нуждаются. Необходимо лишь установить текущее время и будильник.Установка текущего времени осуществляется следующим образом:
1) Кнопками S1 и S2 установить текущее время (точка между разрядами при этом не мигает)
2) Запустить часы кнопкой S3
Установка будильника:
1) Нажать S3 и убедиться в том, что загорелась точка в 1-ом разряде
2) Установить время звонка кнопками S1 и S2
3) Включить звонок кнопкой S4
Дополнительные возможности:
Включить тиканье - удерживая S4 нажать S2 до появления характерных звуков. Отключается так-же.
Отображение минут и секунд - удерживая S4 нажать S1. Если после этого нажать S3 произойдёт сброс секунд в 00. Возврат - та-же комбинация.
Фото и видео часов
Часы собраны в корпусе из под нерабочей «электроники».
Предлагаю для повторения схемы электронных часов на микроконтроллере ATmega 8, с отображением информации большими светодиодами. Часы рабочие, проверенные. Прошивки на данный момент дорабатываются. Делается больше табло, которое будет на удалении от основного блока, метров 5. На основном блоке тоже будет индикация - дублировать большое табло. Принципиальная схема светодиодных часов показана на рисунке - клик для увеличения.
Описание прибора
1. Функции.
1.1 Часы. Формат отображения времени 24-х часовый. Цифровая коррекция точности хода.
1.2 Термометр. Измерение температуры с двух датчиков в диапазоне -55,0 оС - 125,0 оС.
1.3 Поочередный вывод информации на индикатор.
1.4 Контроль основного источника питания.
1.5 Использование энергонезависимой памяти микроконтроллера для сохранения настроек и установок при отключении питания.
1.6 Три кнопки для установки и настройки: PLUS
, MINUS
, SET
.
Работа устройства
При первом включении на дисплее рекламная заставка в течении 1 сек. Потом отображение времени.
Нажатие на SET_TIME
переводит индикатор по кругу из основного режима часов (отображение текущего времени):
– 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.
– величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки -25?25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена/вычтена из текущего времени.
– символ t
. Настройка продолжительности отображения часов.
– символ i
. Время отображения символов индикации внутренней температуры (int
).
– символ d
. установка времени индикации температуры с внутреннего датчика.
– символ o
. Время отображения символов индикации внешней температуры (out
).
– символ u
. установка времени индикации температуры с внешнего датчика.
– символ P
. установка времени индикации рекламной заставки.
Пределы установки для времени отображения 0-60 сек. Если установлен 0, данный параметр на индикатор не выводится. Если все параметры установить в 0 – на индикаторе будут часы.
Настройка часов
3.1 Во всех режимах удержанием кнопок PLUS
/MINUS
производится ускоренная установка.
3.2 Если производились изменения настроек, через 10 секунд от последнего изменения новые значения запишутся в энергонезависимую память (EEPROM) и будут считаны оттуда при повторном включении питания. Индикатор перейдет в основной режим времени.
3.3 Новые настройки вступают в силу по ходу установки.
Контроль питания
Микроконтроллер отслеживает наличие основного питания. При его отключении питание прибора осуществляется от внутреннего источника. Для уменьшения тока потребления отключаются индикатор, датчики и кнопки. Часы продолжают отсчитывать время. При появлении питания от основного источника все функции восстанавливаются.
На данный момент разрабатываются печатные платы, проводится корекция схемы, можно и коллективно. Если будут идеи и пожелания по усовершенствованию часов - пишите на форуме. Авторы конструкции: Александрович & SOIR (Soir&C.E.A)
Этот вариант часов сделан таким образом, чтобы максимально упростить схему, снизить энергопотребление, и в итоге получить прибор, который легко помещается в кармане. Выбрав миниатюрные аккумуляторы для питания схемы, SMD - монтаж и миниатюрный динамик (например от нерабочего мобильного телефона), Вы можете получить конструкцию, размером чуть больше спичечного коробка.Применение сверхъяркого индикатора позволяет снизить ток, потребляемый схемой. Снижение тока потребления также достигается в режиме "LoFF" - индикатор погашен, при этом включена только мигающая точка младшего разряда часов.
Индикация
Регулируемая
яркость индикаторов позволяет выбрать наиболее комфортное отображение
показаний (и опять же снизить энергопотребление).
В
часах реализовано 9 режимов индикации. Переход по режимам
осуществляется с помощью кнопок "плюс" и "минус". Перед выводом на
индикацию самих показаний, на индикаторы выводится короткая подсказка
названия режима. Длительность вывода подсказки - одна секунда.
Применение кратковременных подсказок позволило достичь хорошей
эргономичности часов. При переходах по режимам отображения (которых
получилось достаточно много, для такого простого прибора, как обычные
часы) не возникает путаницы, и всегда понятно, какие именно показания
выведены на индикатор.
Коррекция
показаний, выведенных на индикатор включается при нажатии на кнопку
"Коррекция". При этом кратковременная подсказка выводится на 1/4
секунды, после чего корректируемое значение начинает мигать с частотой 2
Гц. Корректируются показания кнопками "плюс" и "минус". При длительном
нажатии на кнопку, включается режим автоповтора, с заданной частотой.
Частоты автоповтора нажатия кнопки составляют: для часов, месяцев и дня
недели - 4 Гц; для минут, года и яркости индикатора - 10 Гц; для
корректирующего значения - 100 Гц.
Все
откорректированные значения, кроме часов, минут и секунд, записываются в
EEPROM и восстанавливаются после выключения - включении питания.
Секунды при коррекции обнуляются. Из всех режимов, кроме часы-минуты,
минуты-секунды и LoFF организован автоматический возврат. Если в течение
10 секунд ни одна из кнопок не нажата, то часы переходят в режим
отображения часов - минут.
Нажатием
на кнопку "Вкл/Выкл буд." включается/выключается будильник. Включение
будильника подтверждается коротким двухтональным звуком. При включенном
будильнике светится точка в младшем разряде индикатора.
В режиме "Corr" на индикатор выведена корректирующая константа,
начальное значение которой 5000 микросекунд в секунду. При отставании
часов константу увеличиваем на величину отставания, вычисленное в
микросекундах за одну секунду. Если часы спешат, то константу уменьшаем
по тому же принципу.
Схема
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)
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.
