Multifunctioneel LED-polshorloge. Zelfgemaakt polshorloge

Nog niet zo lang geleden ontstond er behoefte aan een klok in huis, maar dan alleen een elektronische, aangezien ik niet van klokken houd, omdat ze tikken. Ik heb behoorlijk wat ervaring met het solderen en etsen van circuits. Nadat ik het internet had afgezocht en wat literatuur had gelezen, besloot ik het eenvoudigste schema te kiezen, omdat ik geen horloge met een wekker nodig heb.

Ik heb voor dit schema gekozen omdat het gemakkelijk is maak je eigen horloge

Laten we beginnen, dus wat hebben we nodig om met onze eigen handen een horloge te maken? Nou ja, natuurlijk, handen, vaardigheid (niet eens geweldig) in het lezen van schakelschema's, soldeerbout en onderdelen. Hier is een volledige lijst van wat ik heb gebruikt:

10 MHz kwarts – 1 st., ATtiny 2313 microcontroller, 100 Ohm weerstanden – 8 st., 3 st. 10 kOhm, 2 condensatoren van 22 pF, 4 transistors, 2 knoppen, LED-indicator 4-bit KEM-5641-ASR (RL-F5610SBAW/D15). Ik heb de installatie op een eenzijdige printplaat uitgevoerd.

Maar er zit een fout in dit schema: de pinnen van de microcontroller (hierna MK genoemd), die verantwoordelijk zijn voor het regelen van de ontladingen, worden behoorlijk belast. De totale stroom is veel hoger dan de maximale poortstroom, maar met dynamische indicatie heeft de MK geen tijd om oververhit te raken. Om te voorkomen dat de MK defect raakt, voegen we weerstanden van 100 Ohm toe aan de ontladingscircuits.

In dit schema wordt de indicator bestuurd volgens het principe van dynamische indicatie, volgens welke de indicatorsegmenten worden bestuurd door signalen van de overeenkomstige uitgangen van de MK. De herhalingssnelheid van deze signalen is meer dan 25 Hz en hierdoor lijkt de gloed van de indicatorcijfers continu.

Elektronische horloges gemaakt volgens het bovenstaande schema kan alleen de tijd weergeven (uren en minuten), en seconden worden weergegeven door een punt tussen de segmenten, dat knippert. Om de bedrijfsmodus van het horloge te regelen, zijn er in de structuur drukknopschakelaars aanwezig, die de instelling van uren en minuten regelen. Dit circuit wordt gevoed door een 5V-voeding. Tijdens de vervaardiging van de printplaat werd een 5V-zenerdiode in de schakeling opgenomen.

Omdat ik een 5V-voeding heb, heb ik de zenerdiode uitgesloten van het circuit.

Om het bord te maken, werd het circuit met een strijkijzer aangebracht. Dat wil zeggen dat de gedrukte schakeling op een inkjetprinter is afgedrukt met glanzend papier; deze kan uit moderne glossy tijdschriften worden gehaald. Daarna werd het textoliet van het gewenste formaat uitgesneden. Mijn maat bleek 36*26 mm te zijn. Zo'n klein formaat komt doordat alle onderdelen in een SMD-pakket zijn geselecteerd.

Het bord werd geëtst met behulp van ijzerchloride (FeCl3). Qua tijd duurde het etsen ongeveer een uur, aangezien het bad met de plaat op de open haard stond; de hoge temperatuur beïnvloedt de etstijd; er is geen koper in de plaat gebruikt. Maar overdrijf het niet met de temperatuur.

Terwijl het etsproces aan de gang was, ging ik naar internet en vond firmware voor dit schema, om mijn hersens niet te pijnigen en firmware te schrijven om de klok te laten werken. Hoe je MK kunt flashen, kun je ook op internet vinden. Ik heb een programmeur gebruikt die alleen ATMEGA MK's flitst.

En eindelijk is ons bord klaar en kunnen we beginnen met het solderen van onze horloges. Voor het solderen heb je een soldeerbout van 25 W nodig met een dunne punt om de MK en andere onderdelen niet te verbranden. Wij voeren het solderen zorgvuldig uit en solderen bij voorkeur alle pootjes van de MK de eerste keer, maar alleen apart. Voor degenen die het niet weten: weet dat onderdelen die in een SMD-verpakking zijn gemaakt, tin op hun aansluitingen hebben voor snel solderen.

En zo ziet het bord eruit met gesoldeerde onderdelen.

Deze klok is gemonteerd op een bekende chipset - K176IE18 (binaire teller voor een klok met belsignaalgenerator),

K176IE13 (klokteller met alarm) en K176ID2 (binair naar zeven-segment code-omzetter)

Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, worden er automatisch nullen geschreven naar de uren- en minutenteller en het wekkergeheugenregister van de U2-chip. Om te installeren

tijd, druk op de S4 (Time Set)-knop en houd deze ingedrukt en druk op de S3 (Uur)-knop - om het uur in te stellen of S2 (Min) - om in te stellen

notulen. In dit geval zullen de metingen van de overeenkomstige indicatoren beginnen te veranderen met een frequentie van 2 Hz van 00 tot 59 en dan opnieuw 00. Op het moment van overgang

van 59 naar 00 wordt de urenteller met één verhoogd. Het instellen van de alarmtijd is hetzelfde, u hoeft deze alleen maar vast te houden

knop S5 (Alarm instellen). Nadat u de alarmtijd hebt ingesteld, drukt u op de S1-knop om het alarm in te schakelen (contacten

gesloten). Knop S6 (Reset) wordt gebruikt om de minutenindicatoren tijdens het instellen naar 00 te resetten. LED's D3 en D4 spelen een rol

deelpunten knipperen met een frequentie van 1 Hz. De digitale indicatoren op het diagram bevinden zich in de juiste volgorde, d.w.z. kom op de eerste plaats

uurindicatoren, twee scheidingspunten (LED's D3 en D4) en minutenindicatoren.

De klok gebruikte weerstanden R6-R12 en R14-R16 met een wattage van 0,25 W, de rest - 0,125 W. Kwartsresonator XTAL1 met een frequentie van 32 768 Hz -

gewone schildwacht, KT315A-transistors kunnen worden vervangen door elk silicium met laag vermogen met de juiste structuur, KT815A - met transistors

gemiddeld vermogen met een statische basisstroomoverdrachtscoëfficiënt van minimaal 40, diodes - elk silicium met laag vermogen. Tweeter BZ1

dynamisch, zonder ingebouwde generator, wikkelweerstand 45 Ohm. Knop S1 is uiteraard vergrendeld.

De gebruikte indicatoren zijn TOS-5163AG groen, u kunt andere indicatoren met een gemeenschappelijke kathode gebruiken zonder te verminderen

weerstand van weerstanden R6-R12. In de figuur ziet u de pinout van deze indicator; de conclusies worden voorwaardelijk weergegeven, omdat gepresenteerd

bovenaanzicht.

Nadat u het horloge in elkaar heeft gezet, moet u mogelijk de frequentie van de kristaloscillator aanpassen. Dit kan het nauwkeurigst door digitaal aan te sturen

met behulp van een frequentiemeter bedraagt ​​de oscillatieperiode 1 s op pin 4 van de U1-microschakeling. Het afstemmen van de generator naarmate de klok vordert, zal aanzienlijk meer kosten vergen

tijd. Mogelijk moet u ook de helderheid van LED's D3 en D4 aanpassen door de weerstand van weerstand R5 te selecteren, zodat alles

gloeide gelijkmatig helder. De door de klok verbruikte stroom bedraagt ​​niet meer dan 180 mA.

Het horloge wordt aangedreven door een conventionele voeding, gemonteerd op een positieve microcircuitstabilisator 7809 met een uitgangsspanning van +9V en een stroomsterkte van 1,5A.

Schematisch diagram van een elektronische klok met een wekker op een microcontroller:

Zoals uit het klokdiagram blijkt, is dit de enige microschakeling die in dit apparaat wordt gebruikt. Voor het instellen van de klokfrequentie wordt een kwartsresonator van 4 MHz gebruikt. Om de tijd weer te geven worden rode indicatoren met een gemeenschappelijke anode gebruikt; elke indicator bestaat uit twee cijfers met decimalen. Bij gebruik van een piëzo-emitter kan condensator C1 - 100 μF worden weggelaten.

U kunt alle indicatoren met een gemeenschappelijke anode gebruiken, zolang elk cijfer zijn eigen anode heeft. Om ervoor te zorgen dat het elektronische horloge ook in het donker en vanaf grote afstand goed zichtbaar is, probeer dan een grotere ALS te kiezen.

De klokweergave is dynamisch. Op een gegeven moment wordt slechts één cijfer weergegeven, waardoor u het stroomverbruik aanzienlijk kunt verminderen. De anodes van elk cijfer worden bestuurd door een PIC16F628A-microcontroller. De segmenten van alle vier de cijfers zijn met elkaar verbonden en, via stroombegrenzende weerstanden R1 ... R8, verbonden met de klemmen van de MK-poort. Omdat de indicator zeer snel oplicht, wordt het flikkeren van de cijfers onmerkbaar.

Momentknoppen worden gebruikt om minuten, uren en wekker in te stellen. Pin 10 wordt gebruikt als uitgang voor het alarmsignaal en een cascade van transistors VT1,2 wordt gebruikt als versterker. De geluidszender is een piëzo-elektrisch element van het ZP-type. Om het volume te verbeteren, kunt u deze vervangen door een kleine luidspreker.

De klok wordt gevoed vanuit een gestabiliseerde 5V-bron. Het kan ook worden aangedreven door batterijen. Het horloge heeft 9 weergavemodi. Het schakelen tussen modi gebeurt met behulp van de knoppen “+” en “-”. Voordat de meetwaarden zelf worden weergegeven, wordt op de indicatoren een korte hint over de naam van de modus weergegeven. De duur van de hintweergave bedraagt ​​één seconde.

Met de knop "Correctie" wordt de wekker naar de instelmodus geschakeld. In dit geval wordt gedurende een halve seconde een kortetermijnmelding weergegeven, waarna de aangepaste waarde begint te knipperen. Correctie van de metingen wordt uitgevoerd met behulp van de knoppen "+" en "-". Wanneer u de knop lang ingedrukt houdt, wordt de automatische herhaalmodus geactiveerd op de opgegeven frequentie. Alle waarden, behalve uren, minuten en seconden, worden naar de EEPROM geschreven en na het uitzetten weer hersteld.

Als er binnen enkele seconden geen knop wordt ingedrukt, schakelt de elektronische klok over naar de tijdweergavemodus. Door op de "Aan/Uit" knop te drukken gaat de wekker aan of uit, deze actie wordt bevestigd door een kort geluid. Als de wekker is ingeschakeld, licht de punt in het lage cijfer van de indicator op. Ik dacht na over waar ik de klok in de keuken zou plaatsen en besloot hem rechtstreeks in het gasfornuis te monteren :) Het materiaal werd verzonden door in_sane.

Bespreek het artikel ELEKTRONISCHE WEKKER

Zelfgemaakt polshorloge met vacuümindicator, gemaakt in steampunk-stijl. Materiaal afkomstig van www.johngineer.com. Dit polshorloge is samengesteld op basis van het IVL-2 display. Oorspronkelijk kocht ik een aantal van deze indicatoren om een ​​standaard tafelklok te maken, maar na enig nadenken besefte ik dat ik ook een stijlvol polshorloge kon bouwen. De indicator heeft een aantal kenmerken die hem geschikter maken voor dit doel dan de meeste andere Sovjet-displays. Hier zijn de parameters:

• De nominale gloeistroom is 60mA 2,4V, maar werkt met 35mA 1,2V.
• Klein formaat - slechts 1,25 x 2,25 inch
• Kan werken met relatief lage netspanning 12V (tot 24)
• Verbruikt slechts 2,5 mA/segment bij 12,5 V

Alle foto's zijn groter te maken door erop te klikken. Het grootste obstakel voor de succesvolle afronding van het project was voedsel. Omdat dit horloge bedoeld was als onderdeel van een kostuum, maakt het niet uit dat de batterij maar 10 uur meegaat. Ik heb gekozen voor AA en AAA.

Het schema is vrij eenvoudig. Microcontroller Atmel AVR ATMega88 en real-time klok - DS3231. Maar er zijn andere chips, veel goedkoper, die net zo goed in een generator werken.

Het VFD-display wordt aangestuurd door de MAX6920 - een 12-bits schuifregister met hoogspanningsuitgangen (tot 70 V). Het is gemakkelijk te gebruiken, zeer betrouwbaar en compact. Het was ook mogelijk voor de beeldschermdriver om een ​​aantal afzonderlijke componenten te solderen, maar dit was vanwege ruimtegebrek onpraktisch.

De accuspanning voedt ook een 5V boost-converter (MCP1640 SOT23-6), die nodig is voor de normale werking van de AVR, DS3231 en MAX6920, en fungeert ook als ingangsspanning voor een tweede boost-converter (NCP1403 SOT23-5), die 13V produceert voor de netspanning van de vacuümindicator.

Het horloge heeft drie sensoren: één analoog en twee digitaal. De analoge sensor is een fototransistor en wordt gebruikt om het lichtniveau (Q2) te detecteren. Digitale sensoren: BMP180 - druk en temperatuur, en MMA8653 - versnellingsmeter voor bewegingsdetectie. Beide digitale sensoren zijn via een I2C-bus verbonden met de DS3231.

Voor de schoonheid en bescherming van het glazen display van het polshorloge zijn koperen buizen gesoldeerd, en voor het bevestigen van de leren band zijn 2 mm dikke koperdraden gebruikt. Het volledige schakelschema wordt niet gegeven in het originele artikel - zie de verbinding op de datasheets met de aangegeven microschakelingen.

Ik herinner me... Dertig jaar geleden waren zes indicatoren een kleine schat. Iedereen die vervolgens een klok kon maken met behulp van TTL-logica met dergelijke indicatoren, werd beschouwd als een geavanceerde expert op zijn vakgebied.

De gloed van de gasontladingsindicatoren leek warmer. Na een paar minuten vroeg ik me af of deze oude lampen zouden werken en wilde er iets mee doen. Nu is het heel eenvoudig om zo'n horloge te maken. Het enige wat je nodig hebt is een microcontroller...

Omdat ik tegelijkertijd geïnteresseerd was in het programmeren van microcontrollers in talen op hoog niveau, besloot ik een beetje te spelen. Ik heb geprobeerd een eenvoudige klok te construeren met behulp van digitale gasontladingsindicatoren.

Doel van het ontwerp

Ik besloot dat de klok zes cijfers moest hebben en dat de tijd met een minimum aantal knoppen moest worden ingesteld. Daarnaast wilde ik proberen een aantal van de meest voorkomende families van microcontrollers van verschillende fabrikanten te gebruiken. Ik was van plan het programma in C te schrijven.

Gasontladingsindicatoren hebben een hoge spanning nodig om te kunnen werken. Maar ik wilde niet te maken krijgen met gevaarlijke netspanning. Het horloge zou worden gevoed door een ongevaarlijke 12 V-spanning.

Omdat mijn hoofddoel het spel was, vind je hier geen beschrijving van het mechanische ontwerp of lichaamstekeningen. Als u wilt, kunt u het horloge zelf verwisselen, afhankelijk van uw smaak en ervaring.

Dit is wat ik heb:

• Tijdweergave: HH MM SS
• Alarmindicatie: HH MM --
• Tijdweergavemodus: 24 uur
• Nauwkeurigheid ±1 seconde per dag (afhankelijk van kwartskristal)
• Voedingsspanning: 12 V
• Stroomverbruik: 100 mA

Klokdiagram

Voor een apparaat met een digitaal display van zes cijfers was de multiplexmodus een natuurlijke oplossing.

Het doel van de meeste elementen van het blokdiagram (Figuur 1) is zonder commentaar duidelijk. Tot op zekere hoogte was de niet-standaard taak het creëren van een omzetter van TTL-niveaus naarsignalen. De anodedrivers zijn gemaakt met behulp van hoogspannings-NPN- en PNP-transistoren. Het diagram is ontleend aan Stefan Kneller (http://www.stefankneller.de).

De 74141 TTL-chip bevat een BCD-decoder en een hoogspanningsdriver voor elk cijfer. Het kan lastig zijn om één chip te bestellen. (Al weet ik niet of iemand ze nog maakt). Maar als je gasontladingsindicatoren vindt, kan 74141 ergens in de buurt zijn :-). Ten tijde van de TTL-logica was er vrijwel geen alternatief voor de 74141-chip. Probeer er dus ergens een te vinden.

De indicatoren vereisen een spanning van ongeveer 170 V. Het heeft geen zin om een ​​speciaal circuit voor een spanningsomvormer te ontwikkelen, aangezien er een groot aantal boost-converterchips zijn. Ik heb gekozen voor de goedkope en overal verkrijgbare IC34063. Het convertercircuit is bijna volledig gekopieerd van de MC34063-datasheet. Er is zojuist een T13-stroomschakelaar aan toegevoegd. De interne schakelaar is niet geschikt voor een dergelijke hoge spanning. Ik heb een smoorspoel gebruikt als inductie voor de omzetter. Het wordt getoond in figuur 2; de diameter is 8 mm en de lengte is 10 mm.

Het rendement van de omzetter is redelijk goed en de uitgangsspanning is relatief veilig. Bij een belastingsstroom van 5 mA daalt de uitgangsspanning naar 60 V. R32 fungeert als stroomgevoelige weerstand.

Om de logica van stroom te voorzien, wordt lineaire regelaar U4 gebruikt. Er is ruimte op het circuit en de printplaat voor een reservebatterij. (3,6 V - NiMH of NiCd). D7 en D8 zijn Schottky-diodes en weerstand R37 is ontworpen om de laadstroom te beperken volgens de kenmerken van de batterij. Als je horloges bouwt voor de lol, heb je de batterij, D7, D8 en R37, niet nodig.

Het laatste circuit wordt getoond in Figuur 3.

De tijdinstelknoppen zijn via diodes aangesloten. De status van de knoppen wordt gecontroleerd door een logische “1” in te stellen op de overeenkomstige uitgang. Als bonus is er een piëzo-emitter aangesloten op de uitgang van de microcontroller. Gebruik een kleine schakelaar om dat vervelende gepiep te stoppen. Hiervoor zou een hamer heel geschikt zijn, maar dit is een laatste redmiddel :-).

Een lijst met circuitcomponenten, een printplaattekening en een lay-outdiagram zijn te vinden in het gedeelte 'Downloads'.

CPU

Bijna elke microcontroller met voldoende pinnen, waarvan het minimaal vereiste aantal is aangegeven in Tabel 1, kan dit eenvoudige apparaat besturen.

Elke fabrikant ontwikkelt zijn eigen families en typen microcontrollers. De locatie van de pinnen is voor elk type individueel. Ik heb geprobeerd een universeel bord te ontwerpen voor verschillende soorten microcontrollers. Het bord heeft een 20-polige aansluiting. Met een paar verbindingsdraden kun je hem aanpassen aan verschillende microcontrollers.

De microcontrollers die in dit circuit zijn getest, worden hieronder vermeld. Je kunt met andere soorten experimenteren. Het voordeel van het schema is de mogelijkheid om verschillende processors te gebruiken. Radioamateurs gebruiken in de regel één familie microcontrollers en beschikken over de bijbehorende programmeurs en softwaretools. Er kunnen problemen zijn met microcontrollers van andere fabrikanten, daarom heb ik je de kans gegeven om een ​​processor uit je favoriete familie te kiezen.

Alle details van het inschakelen van verschillende microcontrollers worden weergegeven in Tabellen 2...5 en Figuren 4...7.

Opmerking: Er is een weerstand van 10 MΩ parallel aangesloten op de kwartsresonator.

Opmerking: De microschakeling moet 180° in de fitting worden gedraaid.

Opmerking: Voeg SMD-componenten R en C toe aan de RESET-pin (10 kΩ en 100 nF).

Opmerking: Voeg SMD-componenten R en C toe aan de RESET-pin (10 kΩ en 100 nF); sluit de met sterretjes gemarkeerde pinnen aan op de +Ub-voedingsbus via SMD-weerstanden van 3,3 kOhm.

Als je de codes voor verschillende microcontrollers vergelijkt, zul je zien dat ze erg op elkaar lijken. Er zijn verschillen in de toegang tot poorten en de definitie van interruptfuncties, maar ook in wat afhankelijk is van de hardwarecomponenten.

De broncode bestaat uit twee delen. Functie voornaamst() configureert poorten en start een timer die interruptsignalen genereert. Hierna scant het programma de ingedrukte knoppen en stelt de juiste tijd- en alarmwaarden in. Daar wordt in de hoofdlus de huidige tijd vergeleken met de wekker en wordt de piëzo-emitter ingeschakeld.

Het tweede deel is een subroutine voor het afhandelen van timer-interrupts. Een subroutine die elke milliseconde wordt aangeroepen (afhankelijk van de mogelijkheden van de timer) verhoogt de tijdvariabelen en bestuurt de displaycijfers. Daarnaast wordt de status van de knoppen gecontroleerd.

Het circuit runnen

Begin bij het installeren en instellen van componenten met de stroombron. Soldeer de U4-regelaar en de omliggende componenten. Controleer of er een spanning van 5 V is voor U2 en 4,6 V voor U1. De volgende stap is het monteren van de hoogspanningsomvormer. Gebruik trimweerstand R36 om de spanning in te stellen op 170 V. Als het instelbereik niet voldoende is, verander dan de weerstand van weerstand R33 iets. Installeer nu de U2-chip, transistors en weerstanden van de anode en het digitale stuurcircuit. Sluit de U2-ingangen aan op de GND-bus en sluit een van de weerstanden R25 - R30 in serie aan op de +Ub-voedingsbus. De indicatornummers moeten oplichten in de overeenkomstige posities. In de laatste fase van het controleren van het circuit, sluit u pin 19 van de U1-microschakeling aan op aarde - de piëzo-emitter moet piepen.

De broncodes en gecompileerde programma's vindt u in het bijbehorende ZIP-bestand in de sectie "Downloads". Nadat u het programma in de microcontroller heeft geflasht, controleert u zorgvuldig elke pin op positie U1 en installeert u de benodigde draad- en soldeerjumpers. Raadpleeg de bovenstaande microcontrollerafbeeldingen. Als de microcontroller correct is geprogrammeerd en aangesloten, zou de generator moeten gaan werken. U kunt de tijd en het alarm instellen. Aandacht! Er is ruimte op het bord voor nog een knop - dit is een reserveknop voor toekomstige uitbreidingen :-).

Controleer de nauwkeurigheid van de generatorfrequentie. Als dit niet binnen het verwachte bereik ligt, verander dan de waarden van condensatoren C1 en C2 enigszins. (Soldeer kleine condensatoren parallel of vervang ze door andere). De nauwkeurigheid van het horloge zou moeten verbeteren.

Conclusie

Kleine 8-bits processors zijn redelijk geschikt voor talen op hoog niveau. C was oorspronkelijk niet bedoeld voor kleine microcontrollers, maar voor eenvoudige toepassingen kun je het prima gebruiken. Assembleertaal is beter geschikt voor complexe taken die kritieke tijden of maximale CPU-belasting vereisen. Voor de meeste radioamateurs zijn zowel de gratis als de gelimiteerde shareware-versies van de C-compiler geschikt.

C-programmering is voor alle microcontrollers hetzelfde. U moet de hardwarefuncties (registers en randapparatuur) van het geselecteerde type microcontroller kennen. Wees voorzichtig met bitbewerkingen - de C-taal is niet geschikt voor het manipuleren van individuele bits, zoals te zien is in het voorbeeld van het origineel voor ATtiny.

Ben je klaar? Stem vervolgens af en bekijk de vacuümbuizen en kijk...

...de oude tijd is terug... :-)

Noot van de redactie

Een volledig analoog van de SN74141 is de K155ID1-microschakeling, geproduceerd door de Minsk Integral-software.
De microschakeling is gemakkelijk te vinden op internet.