AVT5273 - Zegar cyfrowy z analogowym sekundnikiem.pdf
(
1047 KB
)
Pobierz
untitled
PROJEKTY
Zegar cyfrowy
sekundnikiem.
Dodatkowe materiały
na CD i FTP
Prezentujemy projekt zegara
cyfrowego z dużymi, czytelnymi
wyświetlaczami 7-segmentowymi
LED wyświetlającymi
godziny i minuty, natomiast
sekundnik jest wykonany
w postaci okrągłej tarczy ze
120 prostokątnymi diodami
świecącymi rozmieszczonymi na
obwodzie okręgu i otaczającymi
wyświetlacze.
Rekomendacje:
zegar może
pełnić funkcję dekoracyjną.
Będzie interesująca ozdobą
każdego wnętrza, a ze
względu na swoje wymiary,
po zamknięciu w odpowiedniej
obudowie, może być użyty do
wyświetlania czasu w dużych
pomieszczeniach.
Dla każdej sekundy przewidziano połą-
czone szeregowo dwie diody świecące. Co
piąta zewnętrzna dioda sekundnika świeci
w kolorze zielonym. Są lekko podświetlone
na stałe tworząc obraz „tarczy” zegara ana-
logowego. Pozostałe diody świecą w kolo-
rze czerwonym, i zapalają się po kolei wraz
z upływem każdej sekundy. W pierwszej
sekundzie każdej minuty świecą się diody
umieszczone nad godziną 12 w zegarze ana-
logowym (zielona i czerwona), w kolejnych
są włączane dwie kolejne itd., aż do 59 se-
kundy kiedy to świecą się wszystkie diody
(120).
AVT
5273
z napięciem wyjściowym wynoszącym 5 V.
Ponieważ do zasilania zegara trzeba zasto-
sować nieco wyższe napięcie (5,6...5,7 V),
zastosowano dodatkowy rezystor R22 w pę-
tli stabilizacji napięcia wyjściowego, który
powoduje podniesienie napięcia wyjścio-
wego do wymaganej wartości. Wyjście sta-
bilizatora zabezpieczono diodą transil na
napięcie 6,8 V która chroni zasilany układ
w przypadku awarii stabilizatora. Zastoso-
wanie stabilizatora impulsowego umożliwia
zasilanie zegara napięciem w bardzo szero-
kim przedziale od 8 do nieco ponad 20 V, bez
wydzielania w nim dużych ilości ciepła.
Napięciem 5,6 V są zasilane drivery anod
wyświetlaczy zbudowane z użyciem tranzysto-
rów Q1-Q4, wszystkie diody LED oraz układy
sterujące diodami sekundnika. Mikrokontroler
U1 jest zasilany przez diodę D2, za którą jest
AVT-5273 w ofercie AVT:
AVT-5273A – płytka drukowana
AVT-5273B – płytka drukowana + elementy
Podstawowe informacje:
• Wyświetlanie czasu na dużym, czytelnym
wyświetlaczu 7-segmentowym.
•Sekundnik zbudowany z diod LED.
• Możliwość wyświetlania temperatury.
• Jasność świecenia regulowana automatycznie
w zależności od natężenia światła
zewnętrznego.
•Zasilanie 8...20 VDC, pobór prądu do ok.
600 mA.
• Mikrokontroler ATmega8.
• Możliwość korekty chodu zegara.
Opis budowy i zasada działania
układu
Schemat ideowy zegara pokazano na
ry-
sunku
1
. Ze względu na spory prąd zasilania,
dochodzący do 0,8 A przy napięciu 5,6 V, do
jego zasilania zastosowano stabilizator im-
pulsowy. Do jego budowy użyto popularnego
układu scalonego z rodziny
Simple Switcher
fi rmy
National Semiconductors
o oznacze-
niu LM2576. Zastosowano układ w wersji
Dodatkowe materiały na CD i FTP:
ftp://ep.com.pl
, user:
10142
, pass:
5x7bu87r
• wzory płytek PCB
•karty katalogowe i noty aplikacyjne
elementów oznaczonych w
wykazie
elementów
kolorem czerwonym
Projekty pokrewne na CD i FTP:
(wymienione artykuły są w całości dostępne na CD)
AVT-5245 Zegar widmowy (EP 7/2010)
AVT-5145 Zegar retro na lampach NIXIE
32
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
z analogowym
AVT
5273
5273
Zegar cyfrowy z analogowym sekundnikiem.
Rysunek 1. Schemat ideowy zegara
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
33
PROJEKTY
Rysunek 2. Schemat blokowy układu
SCT2024
Składa się z 16-bitowego rejestru prze-
suwającego z wejściem szeregowym (SDI),
taktowanego sygnałem zegarowym dopro-
wadzonym do wyprowadzenia CLK, 16-bi-
towego rejestru zatrzaskowego sterowanego
sygnałem /LA, oraz 16 źródeł prądowych
pełniących funkcję driverów wyjściowych.
Wyprowadzenie /OE umożliwia szybkie
włączanie lub wyłączanie źródeł wyjścio-
wych umożliwiając tym samym, za pomocą
sygnału PWM, regulację jasności świecenia
diod dołączonych do wyjść. Wszystkie wej-
ścia układu są wyposażone w przerzutniki
Schmitt’a, co zwiększa ich odporność na
zakłócenia. Maksymalny prąd źródeł prą-
dowych jest programowany za pomocą po-
jedynczego rezystora włączonego pomiędzy
wyprowadzenie REXT a masę układu. Mak-
symalny prąd wyjściowy układu SCT2024
przy zasilaniu 5 V wynosi 45 mA na jedno
wyjście. W zegarze prąd wyjściowy został
dobrany na około 10 mA. Wyjście SDO ukła-
du służy do kaskadowego łączenia kilku
układów i podłącza się je do wejścia SDI
kolejnego układu. Diody świecące włącza
się bezpośrednio pomiędzy wyjścia układu
a napięcie dodatnie, przy czym może mieć
ono wartość do 17 V. Wy jścia układu są przy-
stosowane do pracy przy spadku napięcia
w granicach od 1...4 V, natomiast sam układ
może być zasilany napięciem z przedziału
3...7 V.
Wy jście PC3 mikrokontrolera jest źró-
dłem sygnału zegarowego dla rejestrów
przesuwających w układach U2...U5. Dane
dla rejestru są podawane z wyjścia PC4 mi-
krokontrolera. W układzie zegara nie ma po-
trzeby stosowania rejestru zatrzaskowego na
wyjściach rejestru przesuwającego, a więc
jego wyprowadzenia /LA są dołączone do
zasilania, co powoduje że zatrzaski są prze-
źroczyste.
Wy jście PD7 mikrokontrolera jest prze-
znaczone do sterowania dwukropkiem wy-
świetlacza. Ponieważ na tym wyjściu wystę-
puje sygnał PWM stosowany do ustawienia
jasności, to został on użyty również do re-
gulacji jasności świecenia diod sekundnika,
dwuklropka oraz wstępnego podświetlenia
tarczy zegara. Ze względu na zbyt dużą war-
tość prądu potrzebnego do sterowania tych
diod, za wyjściem mikrokontrolera zastoso-
wano wtórnik emiterowy z tranzystorem Q5.
Dioda D5 przekazuje poziom „1” z wyjścia
mikrokontrolera na wyjście wtórnika. Taki
sposób regulacji jasności sekundnika wy-
maga, aby na wyjściu PD7 mikrokontrolera
przez cały czas występował sygnał PWM.
kondensator C1 typu GoldCap, podtrzymujący
zasilanie mikrokontrolera w przypadku zaniku
napięcia sieciowego. Umożliwia to pracę ze-
gara, a właściwie tylko zliczanie czasu, przez
kilka-kilkanaście godzin bez zasilania siecio-
wego. Na pin PC1 mikrokontrolera podawany
jest sygnał informujący mikrokontroler o wy-
stępowaniu lub zaniku zasilania
sieciowego. Ze względu na duży
zakres dopuszczalnych napięć
zasilania oprócz dzielnika rezy-
storowego zastosowano diodę
Zenera DZ1 ograniczającą na-
pięcie do 4,7 V.
Katody wyświetlaczy są
sterowane, poprzez rezystory
ograniczające prąd, wprost z li-
nii portu PD mikrokontrolera.
Do pinu PC0 mikrokontrolera
dołączono dzielnik napięcia
z fotorezystorem umożliwiają-
cy automatyczne dostosowanie
jasności świecenia wyświetla-
czy zegara do natężenia oświe-
tlenia zewnętrznego. Do wejść
PC4 i PC5 mikrokontrolera są
dołączone przyciski służące do
ustawiania czasu oraz innych
parametrów pracy zegara. Ponie-
waż pin PC4 jest jednocześnie
używany jako wyjście danych
dla sterowników sekundnika, to
przycisk S2 został odseparowa-
ny rezystorem R21.
Do sterowania diodami se-
kundnika zastosowano 4 spe-
cjalizowane układy SCT2024
fi rmy
StarChips Technology
. Są
to 16-wyjściowe sterowniki diod
LED ze stałym prądem wyjścio-
wym i szeregowym wprowadza-
niem danych. Jego schemat blo-
kowy pokazano na
rysunku
2
.
Listing 1. Procedury sterowania analogowego rejestru przesuwnego sekundnika.
void clk_pulse(void)
// impuls CLK dla rejestru
{
PORTC &= ~(1<<SER_CLK);
asm volatile(“NOP”);
asm volatile(„NOP”);
// opóźnienie
asm volatile(„NOP”);
PORTC |= (1<<SER_CLK);
asm volatile(„NOP”);
}
void clr_rejestr(void)
// Kasowanie rejestru analogowego sekundnika
{
DDRC |= (1<<SER_DAT);
// PC4 jako wyjście
u08 l = 64;
PORTC &= ~(1<<SER_DAT);
// Serial Data = 0
while(l--)
// gaś sekundnik (wyślij 64 * „0”)
clk_pulse();
DDRC &= ~(1<<SER_DAT);
// przywróć PC4 jako wejście z klawisza
PORTC |= (1<<SER_DAT);
// Załącz Pullup
}
void set_rejestr(void)
// Ustawienie rejestru na aktualną wartość sekund
{
u08 tmp = t.second;
// zapamiętaj wartość sekund
clr_rejestr();
// najpierw zgaś wszystko
u08 l = 0;
DDRC |= (1<<SER_DAT); // PC4 jako wyjście
PORTC |= (1<<SER_DAT); // Serial Data = 1
clk_pulse(); // zaświeć pierwszą diodę
if(opt.anaver) // jeśli wędrujący punkt
PORTC &= ~(1<<SER_DAT); // Serial Data = 0
while(l++ < tmp)
// zaświecaj aż do zrównania z aktualną liczbą sekund
clk_pulse();
DDRC &= ~(1<<SER_DAT);
// przywróć PC4 jako wejście z klawisza
PORTC |= (1<<SER_DAT);
// Załącz Pullup
}
// Fragment wykonywany w pętli głównej co 1 sekundę:
//---------------------------------------------------------------------------------------
// sterowanie rejestrem przesuwnym do analogowego sekundnika
if(t.second == 0)
clr_rejestr(); // jeśli sekundy = 0, kasuj rejestr
DDRC |= (1<<SER_DAT); // PC4 jako wyjście
PORTC |= (1<<SER_DAT); // Serial Data = 1
if(opt.anaver && t.second != 0) // jeśli wędrujący punkt
PORTC &= ~(1<<SER_DAT); // to od pierwszej sekundy Serial Data = 0
clk_pulse();
// impuls na linie CLK
DDRC &= ~(1<<SER_DAT);
PORTC |= (1<<SER_DAT);
. . . .
// przywróć PC4 jako wejście z klawisza
34
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
Zegar cyfrowy z analogowym sekundnikiem.
Oznacza to, że w ustawieniach zegara trzeba
wyłączyć migotanie dwukropka, aby nie mi-
gotał też cały sekundnik. Wstępne podświe-
tlenie tarczy zegara zrealizowano poprzez
podłączenie katod diod LED109...LED120
przez rezystory R23...R34 do wyjścia PWM
mikrokontrolera. Powoduje to, że diody te
są cały czas sterowane małym prądem i cały
czas podświetlone.
Kwarc zegarkowy 32,768 kHz podłączo-
ny do wyprowadzeń TOSC1 i TOSC2 mikro-
kontrolera taktuje generator timera 2 pracu-
jącego w trybie asynchronicznym. Równo co
sekundę generuje on przerwanie służące do
odmierzania czasu.
Sterowanie analogowym sekundnikiem
odbywa się następująco. Przy każdej pełnej
minucie, do rejestrów sekundnika wysyłane
są 64 wartości 0, co powoduje wygaszenie
wszystkich diod, wysyłana jest jedna wartość
1 powodująca zaświecenie się diod na pozy-
cji godziny 12. Następnie co jedną sekundę
wysyłana jest kolejna 1 powodująca zaświe-
cenie kolejnych diod. Po wyjściu z uśpienia
mikrokontrolera, spowodowanego brakiem
zasilania sieciowego, albo po wyjściu z pro-
cedur ustawiania programu lub aktualnego
czasu, rejestr sekundnika jest kasowany, po
czym wypełniany właściwą liczbą wartości
1, zależną od aktualnego stanu licznika se-
kund zegara. Powoduje to że sekundnik na-
tychmiast po załączeniu zasilania sieciowe-
go wyświetla aktualną liczbę sekund.
Przewidziano też drugą opcję pracy
analogowego sekundnika. Po jej wybraniu
w programie P7, zamiast ciągłego zaświeca-
nia kolejnych diod jest sekundnik w postaci
wędrującej, pojedynczej kreski (dwie świe-
cące się diody). W tym przypadku zielone
diody tworzące tarczę zegara są również
lekko podświetlone. Na
listingu
1
pokazano
procedury sterowania rejestrem sekundnika
analogowego.
topnika”. Po przylutowaniu elementów SMD
montujemy elementy przewlekane, których
rozmieszczenie pokazano na
rysunku
4
. Za-
czynamy od wlutowania mostków wykona-
nych np. ze srebrzanki o średnicy 0,5 mm.
Należy zamontować wszystkie oprócz J2. Na-
stępnie wlutowujemy resztę przewlekanych
elementów poczynając od najmniejszych,
ale za wyjątkiem diod D2 i DZ2, wyświetla-
czy, fotorezystora oraz diod LED. Jeśli mamy
wstępnie zaprogramowany mikrokontroler
U1 oraz nie przewidujemy opcji poprawia-
nia bądź rozszerzania we własnym zakresie
oprogramowania zegara, możemy zrezygno-
wać z montowania złącza JP1 służącego do
zmiany oprogramowania.
Teraz kolej na wstępne uruchomienie za-
silacza. Tu właśnie niezamontowanie zwory
J2 i diody D2 umożliwi ochronę reszty ukła-
du przed skutkami źle działającego zasila-
cza. Do zacisków zasilających podłączamy
zasilacz prądu stałego o napięciu od 8...20 V
i mierzymy napięcie na kondensatorze C10.
Powinno ono wynosić od 5,6...5,8 V. J eśli tak
jest, to zasilacz działa prawidłowo i po odłą-
czeniu zasilania możemy przystąpić do wlu-
towania mostka J2 oraz diod D2 i DZ2. Jeśli
napięcie na C10 nie zawiera się w podanym
przedziale, to należy sprawdzić wartość re-
zystora R22 oraz pozostałe elementy w oto-
czeniu układu LM2576.
Montaż i uruchomienie
Układu zegara zmontowano na okrągłej,
jednostronnej płytce drukowanej o śred-
nicy 230 mm. Zastosowanie druku jedno-
warstwowego spowodowało konieczność
zamontowania 27 mostków po stronie ele-
mentów. Część zastosowanych elementów
jest wykonana w technologii SMD i od nich
należy rozpocząć montaż. Rozmieszczenie
tych elementów pokazano na
rysunku
3
.
Aby go przeprowadzić wystarcza wprawna
ręka, dużo topnika, zwykła lutownica (nawet
transformatorowa), pęseta oraz nieco cierpli-
wości.
W przypadku zlania sąsiednich wypro-
wadzeń któregoś z układów U2...U5 należy
posłużyć się plecionką do usunięcia nad-
miaru cyny oraz stosować zasadę „nie żałuj
R
E
K
L
A
M
A
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
35
PROJEKTY
Teraz zamontujemy wyświetlacze W1...
W4, fotorezystor oraz diody dwukropka, któ-
re muszą być zamontowane tak, aby ich czoła
były na równi z powierzchnią wyświetlaczy.
Na koniec pozostaje najtrudniejsze zadanie,
czyli równe zamontowanie diod sekundnika
LED1...LED120. Radzę montować je ćwiart-
kami wkładając po 30 sztuk diod, przykryć
je czymś płaskim, obrócić na drugą stronę,
wyrównać do poziomu wyświetlaczy i przy-
lutować po jednej nóżce każdej z diod. Po
zamontowaniu wszystkich diod sprawdzić
czy któraś nie jest zbyt głęboko osadzona,
ewentualnie skorygować to, obciąć wystają-
ce wyprowadzenia, wyrównać ich położenie,
a następnie przylutować pozostałe wyprowa-
dzenia diod.
Jeśli zamontowany mikrokontroler był
wstępnie zaprogramowany plikiem
zegarek.
hex
, to po załączeniu zasilania zegar powi-
nien od razu wystartować. Jeśli nic się nie
dzieje, to odczekajmy kilka sekund potrzeb-
nych na naładowanie kondensatora C1, po
czym naciśnijmy przycisk S3 – czyli
RESET
.
Na wyświetlaczach powinny pojawić się po-
ziome linie („--:--”), a sekundnik analogowy
powinien rozpocząć normalną pracę. Przy-
cisk
RESET
, dostępny np. przez otwór w tyl-
nej ściance zegara, umożliwia ręczne zero-
wanie mikrokontrolera przydatne w przy-
padku zbyt długiej przerwy w zasilaniu
sieciowym. Przerwa taka może spowodować
spadek napięcia zasilania mikrokontrolera
poniżej poziomu w którym jeszcze może on
pracować, lecz jednocześnie być zbyt krótka
do całkowitego rozładowania kondensatora
podtrzymania i tym samym zadziałania we-
wnętrznych obwodów zerujących mikrokon-
troler. W takim przypadku może się zdarzyć
że po przywróceniu zasilania sieciowego ze-
gar będzie ciemny, więc musimy go zrestar-
tować ręcznie.
Rysunek 3. Rozmieszczenie elementów SMD
Ustawienie parametrów zegara
Aby wejść w tryb konfi gurowania na-
leży odłączyć zasilanie sieciowe, nacisnąć
jednocześnie oba przyciski S1 i S2, i trzyma-
jąc je wciśnięte włączyć zasilanie sieciowe.
W tym momencie zegar wyświetli komu-
nikat „SEt”, a po puszczeniu przycisków
– numer programu, w tym przypadku „P1”.
Przyciskiem
S1
zmieniamy numer progra-
mu (P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P1 ...),
natomiast przyciskiem
S2
wchodzimy w od-
powiedni program. W wybranym programie
ustawianą wartość zwiększa się przyciskiem
S2
a zmniejsza
S1
. Wyjście z programu na-
stępuje po 5 sekundach od ostatniego naci-
śnięcia dowolnego z przycisków. Wyjście
z trybu wyboru programu następuje po 10
sekundach od ostatniego naciśnięcia przyci-
sku bądź powrotu z programu, po czym zegar
wraca do trybu normalnej pracy.
W programie P1 ustawia się czas wy-
świetlania wskazań aktualnego czasu, je-
Rysunek 4. Rozmieszczenie elementów przewlekanych
śli zegarek jest wyposażony w termometr.
W opisywanym projekcie nie musimy nic
zmieniać.
W programie P2 ustawia się czas wy-
świetlania temperatury (nie dotyczy tego
projektu).
36
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
Plik z chomika:
gselectro.eu
Inne pliki z tego folderu:
AVT1026 - Elektroniczna klepsydra.pdf
(458 KB)
AVT1022 - Migająca lampa dużej mocy.pdf
(238 KB)
AVT1016 - Tester tranzystorów bipolarnych.pdf
(207 KB)
AVT1025 - Prosty podwajacz napięcia.pdf
(199 KB)
AVT1015 - Przystawka do miernika uniwersalnego.pdf
(214 KB)
Inne foldery tego chomika:
_AUDI A6 C5
--==2022==--
--==A6==-- _AUDI A6 C5
--==BEST==--Instalacje elektryczne
--==diagnostyka==--
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin