Простые часы на светодиодных матрицах.
Простые часы на светодиодных матрицах.
Многие радиолюбители, начинающие и не только любят «изобретать велосипед» — строить СВОИ электронные часы. Не обошла эта участь и меня. Конструкций часов в инете сегодня конечно предостаточно, но вот часов на светодиодных матрицах почему-то среди них единицы. В русскоговорящем интернете я нашел только одну полностью законченную конструкцию. В тоже время, светодиодные матрицы сейчас очень сильно подешевели, и их стоимость не выше, а то и ниже, чем у семисегментных индикаторов такого же размера. Например примененные мной GNM23881AD при размере 60х60мм были куплены за 1,5уе (3 индикатора обошлись в 4,5уе) за эти деньги вы вряд ли купите четыре семисегментника таких-же размеров). А вот информации, разместить на матричном индикаторе, можно намного больше. Кроме цифр на них можно отображать буквы, знаки, а с помощью бегущей строки еще и текст. Исходя из этого, появилось желание построить часы на светодиодных матрицах, но чтоб схема при этом получилась не сложнее чем на семисегментниках. Также хотелось чтоб она была достаточно функциональна и не похожа на другие. Так родилась следующая схема.
Функционал у часов такой:
- Отсчет времени, календарь, день недели. (високосный год учитывается, переход на летнее/зимнее время не осуществляется).
- Сохранение хода часов при пропадании внешнего питания (потребление составляет 15мка).
- Коррекция хода + — 59,9сексутки, с шагом 0,1сек.
- 9 будильников. 3 из которых «одноразовые», и 6 «постоянных», индивидуально настраиваемых по дням недели.
- Индивидуально настраиваемая длительность звукового сигнала каждого будильника (1-15мин).
- Звуковое подтверждение нажатия кнопок (возможно отключить).
- Ежечасный звуковой сигнал (возможно отключить). С 00-00 до 08-00 сигнал не подаётся.
- 1 или 2 датчика температуры (Улица и дом).
- Настраиваемая бегущая строка, посредством которой выводится вся информация (кроме времени)
- Значение коррекции хода, и настройки «бегущей строки» — сохраняются даже при пропадании резервного питания.
«Сердцем» часов выбрана AtMega16A, из-за её доступности, дешевизны и «ногастости». Схему хотелось максимально упростить, поэтому все что можно, было возложено на контроллер. В результате удалось обойтись всего двумя микросхемами, контроллером и регистром с мощными выходами TPIC6B595. Если кому то недоступен TPIC6B595, то можно его заменить на 74НС595 + ULN2803. Оба варианта были опробованы. Так же можно попробовать применить TPIC6С595, она немного слабовата, и слегка грелась, но в целом работала стабильно. Отсчет времени производится с помощью асинхронного тайме – Т2. Ход часов продолжается и при пропадании питания. В это время бОльшая часть схемы обесточена, и только контроллер получает питание от батарейки, аккумулятора , или от ионистора. Мне было интересно «по играться» с ионистором, поэтому применил его. Ток потребления часами в дежурном режиме составляет 15мка. При питании от ионистора на 1Ф, часы «продержались» четверо суток. Этого вполне достаточно для поддержания хода во время перебоев питания. Если применить батарейку СR2032, то теоретически, по расчетам заряда должно хватить на 1,5года. Наличие сетевого напряжения контроллер «слушает» через вывод РВ.3. Напряжение питания, через делитель R2-R3 подается на вывод РВ.3, и в нормальном состоянии равно примерно 1,5в. Если внешнее напряжение упадет ниже 4,1 вольта, то напряжение на выводе РВ.3 станет меньше 1,23вольта, при этом сгенерируется прерывание от компаратора, и в обработчике этого прерывания выключаются все «лишние» узлы контроллера и сам контроллер усыпляется. В этом режиме продолжает работать только отсчитывающий время таймер Т2. При появлении внешнего питания, напряжение на РВ.3 сново подымится выше 1,23в, контроллер «увидев» это, переведет все узлы в рабочее состояние. Если вместо ионистора, будет использоваться батарейка СR2032, то её нужно подключить через диод(предпочтительно диод шоттки). Анод диода подключается к + батарейки, а катод к катоду VD1.
В обычном режиме на экране отображается время в формате часы-минуты. С интервалом в одну минуту происходит запуск бегущей строки. Бегущей строкой отображается день недели, дата, год, темп. дома, и темп. на улице. Бегущая строка настраиваемая, т.е. можно включить/выключить отображение любого из элементов. (я например всегда отключаю отображение года). При выключении отображения всех элементов бегущей строки, она не запускается вовсе, и часы постоянно отображают только время.
9 будильников разделены на 3 одноразовых и 6 многоразовых. При включении будильников 1-3, они срабатывают только один раз. Для того чтоб они сработали еще раз, их нужно повторно включать вручную. А будильники 4-9 многоразовые, т.е. они будут срабатывать ежедневно, в установленное время. Кроме того эти будильники можно настроить на сработку только в определенные дни недели. Это удобно, например если не хотите чтоб будильник разбудил Вас в выходные. Или например Вам нужно просыпаться в будние дни в 7-00, а в четверг в 8-00, а на выходных будильник не нужен. Тогда настраиваем один многоразовый на 7-00 в понедельник-среду и пятницу, а второй на 8-00 в четверг….. Кроме того все будильники имеют настройку длительности сигнала, и если Вам, для того чтоб проснуться, мало сигнала в течении 1 минуты, то можно увеличить его на время от 1 до 15мин.
Коррекция хода производится один раз в сутки, в 00-00. Если часы спешат к примеру на 5 сек в сутки, то в 00-00-00 время установится в 23-59-55, если же часы отстают на 5 сек, то в 00-00-00 время установится в 00-00-05. Шаг коррекции – 0,1 сек. Максимальная коррекция – 59,9 сек/сутки. С исправным кварцем больше вряд ли понадобиться. Коррекция осуществляется и в дежурном режиме при питании от батареи.
Светодиодные матрицы можно использовать любые 8*8 светодиодов с общим катодом. Как уже было указано, я применил GNM23881AD. В принципе можно «набрать» матрицу и из отдельных светодиодов. Микроконтроллер AtMega16a можно заменить на «старый» AtMega16 с буквой L. При этом, теоретически должен немного увеличится ток потребления от батарейки. Наверное будет работать и просто AtMega16, но могут возникнуть проблемы при работе от 3х вольтовой батарейки. Диод D1 — желательно любой диод шоттки. С обычным выпрямительным тоже работает, но чтоб обезопасить себя от различных глюков, связанных с тем что часть схемы питается напряжением «до диода», а часть «после диода» лучше поискать шоттки. Транзистор VT1 – любой n-p-n.
Управление часами осуществляется двумя кнопками. Их количество можно было довести до 8шт, не добавляя больше вообще ни одного компонента, кроме самих кнопок, но захотелось попробовать «выкрутится» всего двумя. Кнопки условно названы «ОК» и «ШАГ». Кнопкой «ШАГ» как правило происходит переход к следующему пункту меню, а кнопкой «ОК» изменение параметров текущего меню. Сигнал сработавшего будильника также выключается кнопками «ОК» или «ШАГ». Нажатие любой кнопки во время сигнала будильника отключает его. Схема управления получилась такой:
Конструктивно часы выполнены на одной ПП. Размер ПП соответствует размеру индикаторов. Минимальная ширина дорог ПП – 0,4мм, расстояние между – 0,4мм. Так что любители «ЛУТа» смогут без труда изготовить плату самостоятельно.
Все элементы — в SMD исполнении, и расположены с одной стороны платы. А индикаторы с другой. Получается миниатюрный монолитный блок, который легко встроить в какой ни будь небольшой плоский корпус.
Корпус спаян из стеклотекстолита, прошпаклеван и покрашен в цвет «спелая вишня». Стекло передней панели – обычное тонированное стекло.
Финальный результат.
>>> Видео работы часов
Изображение на видео слегка подергивается и мерцает. Как мне объяснили знающие люди, с моей камерой лучше снять и не получится, так как частота смены кадров у часов и у камеры разная. Отсюда всякие мерцания и прочая лабуда. В реальности ничего подобного не наблюдается.
Ну вот в принципе и все. Ниже есть все необходимое для повторения часов. Вопросы можно задавать на форуме . Если у кого появятся интересные идеи, так же пишите не стесняйтесь. Удачи, и спасибо за внимание.
************************************************************* ************************************************************
АПГРЕЙД …….
Судя по отзывам после публикации статьи проектом заинтересовались. Многие повторили. Значит нужно развиваться дальше. ))) На данный момент самая свежая прошивка — V1_06. В ней добавлены — «скроллинг» цифр, полностью переписана работа будильников(были глюки при одновременном использовании нескольких будильников), названия дней недели в настройках будильников сделаны привычные двухбуквенные (было – пон, вто, сре….) и неделя начинается с понедельника (было на американский манер с воскресенья). Также добавлена поддержка AtMega32 (нужна перекомпиляция), новые шрифты цифр (выбор пока на этапе компиляции), переназначение датчиков температуры (можно программно определить какой датчик является домашним, а какой уличным), регулировка скорости бегущей строки, и кое что по мелочи. Также отловлены мелкие глюки, и конечно же добавлены большие новые )))).
Регулировка скорости бегущей строки находится в пункте «НАСТРОЙКА». Теперь после настройки звукового сигнала клавиатуры, по нажатию кнопки «ШАГ» мы не возвращаемся в основной режим, а переходим к настройке скорости. На экране в это время бежит текст, а кнопкой «ОК» можно регулировать его скорость. Когда выставите желаемую скорость, нажмите «ШАГ» и выйдите из этого пункта меню. Теперь везде скорость текста будет такой, как вы установили.
Если в часах установлено два датчика температуры ds18b20, то после настройки скорости строки, мы попадаем в меню «переопределения» датчиков. В этом меню можно указать какой датчик у нас находится дома, а какой на улице. На экране в это время выводится буква «д» и температура одного из датчиков. Нажатием кнопки «ОК» переключаем датчики так, чтоб на экране отображалась «домашняя» температура. После чего кнопкой «ШАГ» выходим из этого меню. Если в часах установлен один датчик, или не установлено вовсе, то в пункт переопределения датчиков мы не попадаем, и сразу после настройки скорости строки переходим в основной режим.
Больше всего вопросов поступило по применению матриц с ОА в строке, и замене регистра TPIC6B595. Самый простой и дешевый вариант заменыTPIC6B595 это регистр 74HC595 + ULN2803. Также можно заменить на 74HC595 + восемь ключей на отдельных транзисторах. Транзисторы подойдут и биполярные структуры NPN, и полевики (мосфеты) N-канальные.
СХЕМА 74HC595 + ULN2803
СХЕМА 74HC595 + восемь NPN транзисторов.
СХЕМА 74HC595 + восемь N-канальных полевых транзистора (практически повторяет предыдущую схему).
Для того чтоб в часах применить матрицы с «ОА» в строке их нужно немного доработать. Для этого нам понадобится крупный напильник (рашпиль) и станок лазерной резки……. )))))) Шучу, я шучу, ничего для этого нам не понадобится, Достаточно просто развести печатную плату по другому. Вы спросите, а как это матрица с ОА будет работать в схеме с ОК? Легко! Дело в том, что понятие «ОК» или «ОА» для светодиодной матрицы довольно условное, и для того чтобы «превратить» матрицу с ОА в строке в матрицу с ОК, достаточно всего лишь повернуть её на 90 градусов влево или вправо.
Матрица ОА
Поворачиваем на 90 градусов и получаем матрицу ОК
Попутно давайте разберемся с «путаницей» в маркировке. Многие наверное заметили что матрицы с общим катодом в строке, в прайсах продавцов значатся матрицами с общим анодом. А все потому, что производители маркируют матрицы не по строкам, как многие привыкли , а по столбцам. По мне, это как то нелогично, но производителям как говорится видней…. Давайте будем называть матрицы у которых в нормальном положении в строке катоды диодов – матрицами с ОК, а у которых в строке аноды – матрицами с ОА. Ну а для данной конструкции можно с этим вообще не заморачиваться, и сначала, приобрести матрицы, а потом изготовить нужный вариант платы.
Как я писал выше, в новой прошивке добавлен выбор шрифтов цифр. Вернее даже не в прошивке, а в исходнике. Возможно в будущем я встрою выбор шрифтов прямо в прошивку, но пока, для выбора нового шрифта, нужна перекомпиляция прошивки. Для этого откройте исходник, в самом начале найдите строчки
Напротив FONT вместо нолика поставьте номер желаемого шрифта от 0 до 6. (0 – «родной» шрифт). Компилируйте и прошивайтесь.
(шрифты рисовал форумчанин sirgio с сайта радиокот).
Для применения AtMega32 также понадобится перекомпиляция. В начале исходника найдите строчки
Напротив #define ATMEGA16 поставьте ноль, а напротив #define ATMEGA32 поставьте единичку. Компилируйте и прошивайтесь.
Вариант замены TPIC6B595 на 74нс595+8 транзисторов ВС817 был опробован в железе. Работает нормально. Корпус новых часов сделал из оргстекла. На матрицы наклеил тонировочную автомобильную пленку зеленого цвета. Это немного снижает яркость, зато здорово добавляет контрастности, и улучшает эстетическое восприятие ))). Но главное — на солнце читаемость становится лучше. Вообще, я если честно разочарован зелеными матрицами. При той же заявленной яркости что и красные, и при большем закаченном в них токе чем у красных – читаемость на солнце у них гораздо хуже.
74нс595+8 транзисторов ВС817 вместо TPIC6B595. Места много, все прекрасно помещается.
Индикаторы без светофильтра. Яркость хороша, но читается плохо.
Индикаторы со светофильтром. Менее ярко, но читаемость лучше.
Корпус из оргстекла.
Контроль за соблюдением тех. норм и допусков, осуществлялся серьёзными специалистами высокого уровня.
Ну и напоследок >>>видео новых возможностей часиков.
(«старые» возможности смотрите на видео выше), и
>>>видео двух часов рядом. (В этот раз взял у друга камеру получше, теперь мерцаний и прочей ерунды невидно.)
Вот, вроде пока и все. В ближайших планах добавить всякие спецэффекты при смене информации, сделать пины контроллера к которым подключены столбцы программно переназначаемыми (идея форумчанина ВНН), В далеких планах, — очень хочется сделать голосовое проговаривание времени каждый час, и при сработке будильников. Пока понятия не имею как к этому подступится, и реально ли это сделать на данном железе, но самый «жирный» таймер контроллера Т1 специально нигде не использовал, берегу для этой задачи.
Принимаю интересные идеи для реализации.
Коммерческое использование конструкции без разрешения автора — запрещено
Файлы:
01.rar
02.rar
03.rar
04.rar
05.rar
06.rar
07.rar
12.jpg
Все вопросы в Форум.
Простые часы на Atmega8 своими руками
После рождения ребенка появилась необходимость в простых электронных часах, которые светят в темноте для отслеживания ночного режима питания, сна и т.д. Просмотрев схемы в Интернете и сопоставив их с наличием у меня радиодеталей, пришел к выводу, что выбранные мной часы легко собрать из деталей находящихся у меня, и они являются самыми простыми в изготовлении (сделать их может даже начинающий радиолюбитель).
Состоят данные часы из микроконтроллера Atmega8, светодиодного индикатора (PL-F5610) с общим катодом (минусом), часового кварца 32768 Hz и резистора. Да, можно удивиться, но больше нам ничего не понадобится.
Резистором можно подобрать яркость свечения индикатора – при 180 Om часы будут очень ярки и днем и ночью, а при 220 Om – будут видны только ночью. Я остановился на 200 Om.
Микроконтроллер Atmega8 можно прошить программатором PonyProg. Прошивку в формате *.hex можно скачать ЗДЕСЬ. Фьюзы при прошивке микроконтроллера Atmega8 необходимо выставить: СКОРТ, ВООТSZ1, ВООТSZ0, SUT1, SUT0, СКSEL3, СКSEL1, СКSEL0. При выставлении бита СКОРТ к часовому кварцу подключаются два внутренних конденсатора микроконтроллера.
Питание данных часов от 5v источника, можно сеть, можно батареи.
Принципиальную схему простых часов на микроконтроллере Atmega8 привожу ниже.
Если у Вас индикатор с двумя точками (светодиодами) между парами цифр, то их можно подключить к четвертой лапе микроконтроллера. Вместо кнопок был использован датчик от дисковода, отвечающий за наличие дискеты и возможность записи на нее. По сути это и есть две кнопки в одном корпусе.
Работа микроконтроллера Atmega8 очень проста и заключается в обработке двух счетчиков. Первый считает количество колебаний кварца и выводит минуты, а второй – количество минут и выводит часы.
Корпус для таких маленьких простых электронных часов можно выбрать любой. Я разметил их в коробке от ювелирных украшений. По-моему получилось достаточно компактно и эстетично.
Автор данной схемы и программного кода некий «Paha». За что ему спасибо! 🙂
Автор «P-a-h-a» вышел на связь и предложил новую схему и свежие прошивки данных часов. Их можно увидеть ЗДЕСЬ.
Очень простые часы с WiFi
РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >Очень простые часы с WiFi
Простейшие часы с WiFi на ESP8266 и TM1637
Недавно я вдруг обнаружил, что у меня в спальне совершенно нет часов, а так же их нет в коридоре и в ванной. Пойти в магазин и купить часы — слишком просто. К тому же, такие часы нужно иногда подстраивать, переводить на летнее время.. Пришлось собрать свои часы, которые всегда ходят правильно, без моего вмешательства.
Итак, основные требования к проектируемым часам:
- Часы должны быть очень простыми.
- Часы должны быть очень дешевыми.
- Часы должны очень точно ходить.
- Часы должны сами знать время, даже после отключения питания.
- Часы не должны мешать спать по ночам.
- У часов должны быть интуитивно понятные настройки.
На итог получились такие часы:
- Минимум деталей. 2 модуля и 7 SMD деталей.
- Прошивка без программатора и без необходимости что-то компилировать.
- Точный ход часов, при наличии доступа в интернет. Благодаря синхронизации с NTP сервером.
- Автоматический переход на летнее время, только если нужно.
- Пониженая яркость дисплея в ночном режиме.
- Возможность задания времени и яркости ночного и дневного режима.
- Отображение температуры и влажности в доме.
- Возможность коррекции показаний температуры и влажности.
- Автоподключение к одной из 10-и сохраненных в памяти часов WiFi сетей.
- Дистанционный доступ к настройкам часов.
- Простые и понятные даже неподготовленному человеку настройки.
- Возможность обновления прошивки по воздуху.
Схема получилась неприлично простой. Сердцем часов является модуль Wemos D1 mini — U1, это модуль на микросхеме ESP8266 со всей необходимой обвязкой, к тому же в данный модуль встроен преобразователь USB->UART и стабилизатор на 3,3V.
Дисплей U3 — светодиодный семисегментный дисплейный модуль, 0.56 дюймов, со встроенной микросхемой управления дисплеем TM1637. Конечно, можно применить дисплей и меньшего размера, но плата сделана под этот размер.
Резисторы R1, R2, а так же диод D1 служат для защиты выводов ESP8266 от перегрузки, можно заменить перемычками, но нежелательно. Фильтрующие конденсаторы C1-C4 можно не устанавливать, но тогда возможна нестабильная работа часов, зависания, сбои. Кнопки S1, S2 нужны сответственно для сброса и ввода часов в режим настроек. Кнопки, как вы уже догадались тоже можно не устанавливать.. Разъем J1 предназначен для подключения датчика (датчиков) температуры и влажности. Датчик(и) нужно расположить на расстоянии хотя бы 10 см от часов, так как часы в работе немного нагреваются, а датчики очень чувствительные. Если показания температуры и/или влажности вам не нужны, то датчики можно не устанавливать, соответственно разъем J1 тоже не будет нужен.
Питать часы можно например зарядкой от телефона, напряжением 5В, током 500 мА, с разъмом USB-micro.
Часы поддерживают следующие датчики: DS18B20, BME280 и SHT21 (HTU21D). Можно подключить один, а можно и сразу все датчики. В настройках можно выбрать каким датчиком что измерять. Датчик(и) подключае(ю)тся к разъему J1, назначение выводов указано на схеме. Можно подключить все поддерживаемые датчики параллельно и одновременно.
Плата изготовлена на заводе в Китае, заказывал ее на сайте http://jlcpcb.com, не реклама. С «лазерным утюгом» возиться не стал, так как нужно было сделать сразу много плат. К тому же платы обошлись совсем не дорого, 2$ за изготовление и 5$ за доставку. За эти деньги я получил 10 высококачественных плат, с паяльной маской и шелкографией.
После сборки, часы необходимо прошить. Воспользуйтесь инструкцией по прошивке http://esp8266.atwebpages.com/?p=flashing
Или посмотрите видеоролик о сборке и прошивке часов.
После сборки и прошивки часы нуждаются в настройке. При первом включении они сами входят в режим настроек. В дальнейшем, чтоб войти в настройки, нажмите и удерживайте кнопку SETTINGS, пока на дисплее не появится надпись «SEtt». Далее подключите Ваш ноутбук или телефон к сети «Clock» пароль «1234567890» и в браузере перейдите по адресу http://192.168.4.1
Имя пользователя по умолчанию «admin», пароль «1111».
Страница настроек имеет максимально дружественный интерфейс, все настройки поделены на категории, каждая категория снабжена справкой.
Ну и на последок несколько фоток получившегося гаджета
Исходники лежат здесь: https://github.com/himikat123/Clock
Файлы:
Плата в формате DipTrace
Плата в формате Gerber
Схема в формате DipTrace
Плата в формате SprintLayout
Прошивка
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Эти статьи вам тоже могут пригодиться:
РадиоКот :: Простые часы на ГРИ
К шестой годовщине поздравляю РадиоКота и хочется преподнести традиционный подарок — часы на газоразрядных индикаторах. Кстати, с шестью большими лампочками (э-э-э, дуть на них не надо).
Прототипом для часов послужила схема опубликованная на сайте https://www.electricstuff.co.uk/nixclock.htm и повторенная многими радиолюбителями. Восхищение вызывает малое число компонентов и завораживает простота схемы. Однако, анализ схемы показал, что при пректировании заложены некоторые упрощения. Во-первых, наличие RC-цепочек, что делает схему не чисто «цифровой». Во-вторых, несколько странный способ установки времени. Так же мало приемлемым кажется использование частоты сети в качестве опорной для отсчета времени, 12-ти часовой ход и наличие гальванической связи с электросетью.
Предлагаемые часы содержат на одну логическую микросхему больше (9 против 8), питаются от 12 вольт и свободны от недостатков прототипа, что совершенно не мешает иметь другие. Тактовый генератор на часовом кварце выполнен на микросхеме DD2. Эта микросхема содержит в себе генератор и 14-ти разрядный делитель, позволяющий получить набор поделенных частот. Используя часовой кварц (с частотой 32768Гц) на последнем делителе получим частоту 2Гц, которая пройдя делитель на 2, выполненный на триггере DD4A, даст секундные импульсы. Секундные импульсы далее поступают на счетчик секунд выполненный на счетчиках DD5 и DD8. Счетчик DD5 считает единицы секунд и с выхода переноса (вывод 12) поступает на счетный вход DD8, который считает десятки секунд. Для того, чтобы счетчик считал только до 60-ти выход Q6 счетчика DD8 соединен с входами сброс обоих счетчиков и триггера DD4A. Диод VD5 обеспечивает развязку выхода в случае, если сброс будет формироваться нажатием на кнопку S3 «Сброс секунд».
Счетчик минут выполнен аналогично на счетчиках DD1 и DD3. Отличие только в том, что сформированный сигнал сброса по достижении 60 сбрасывает только счетчик десятков минут DD3. Также отличается способ подачи тактовых импульсов. Сформированный сигнал сброса по переполнению счетчика секунд поступает на вход разрешения счета счетчика минут при постоянном наличии лог.1 на входе счетных импульсов через резистор R1. Аналогично сигнал переполнения счетчика десятков минут поступает на вход счетчика часов.
Счетчик часов выполнен на микросхемах DD6, DD9, а на микросхеме DD7 собрана схема сброса счетчика часов по достижении 24. Элемент И-НЕ DD7A устанавливается в лог.0 в том случае, если лог.1 появится на выходе Q4 счетчика DD6 и Q2 счетчика десятков часов DD9. Этот уровень опрокидывает триггер выполненный на элементах DD7B и DD7D, который и формирует сброс счетчиков DD6 и DD9. Активный уровень будет удерживаться около 1/8196 секунды, пока не придет импульс с выхода Q4 DD2 и не вернет триггер в исходное состояние. Такой сложный сброс выполнен потому, что из-за разного быстродействия микросхем одна может сброситься быстрее другой и сигнал сброса может сняться не успев сбросить второй счетчик. Это будет проявляться в том, что после 23:59 может установиться 04:00 или 20:00 вместо полуночи. Как правило, если микросхемы из одной партии — их параметры близки и такая проблема не возникает. В таком случае можно было бы обойтись всего двумя элементами И-НЕ, но так как остаются свободными еще два элемента — то почему бы не сделать всё «правильно»?
Для установки времени используются три кнопки S1-S3:»установка минут», «установка часов» и «сброс секунд». Нажав на кнопку S3 подается сигнал сброса на оба счетчика секунд и делитель DD4A и удерживая кнопку счетчики также остаются в сброшенном состоянии. Отпустив кнопку, счетчики начинают отсчет. Это позволяет установить время с дискретностью в пол-секунды (так как делитель DD2 не сбрасывается, а продолжает формировать импульсы в той же фазе, что и до сброса). Если необходимо точнее, то сигнал сброса надо было бы завести также на вход 12 микросхемы DD2, но это не позволит устанавливать минуты и часы удерживая кнопку сброса секунд.
Установка минут и часов производится кнопками S1 и S2 следующим образом: импульсы следующие с частотой 2 Гц при нажатии на кнопку поступают на вход CLK соответствующего счетчика. Чтобы не проявился эффект дребезга контактов выключателя приняты определенные меры. Самое главное — в момент замыкания контактов потенциалы на них должны быть одинаковыми. Правый по схеме контакт имеет потенциал питания (лог.1) через резистор R1 (R10 — для S2), а на левый большую часть времени подается лог.1 с выхода DD4B. Для инкремента счетчиков генерятся короткие отрицательные импульсы длиной 1/128 секунды. Эти импульсы формирует триггер DD4B. По фронту импульсов с частотой 2Гц с выхода Q14 микросхемы DD2 триггер устанавливается в единичное состояние, а через 1/128-ю секунды, когда на выходе Q9 DD2 устанавливается высокий уровень, триггер сбрасывается. Вероятность нажать кнопку именно в момент импульса очень мала, следовательно, низка вероятность получить ощущение дискомфорта при установке времени.
Конечно, установка времени сделана далеко не идеально. При сбросе секунд не происходит «округление» — просто сбрасываются секунды, а минуты и часы остаются неизменными. При установке минут, при переходе 59 -> 00 происходит инкремент часов. Но тем не менее, без существенного усложнения схемы удалось сделать установку более комфортной.
Сигналы с выходов счетчиков поступают на ключи, которые подают отрицательный потенциал на катоды индикаторов. Ключи выполнены на полевых транзисторах. Можно использовать ZVNL120A в корпусе E-line (совместимый с TO-92), но они достаточно дороги. Гораздо дешевле, но, вроде, сняты с производства BS107-BS108. Применение полевых транзисторов с изолированным затвором вызвано желанием уменьшить потребляемый цифровой частью ток. И именно с этой целью применена микросхема DD7 (этот узел можно сделать на двух диодах и одном резисторе, но потребление при этом возрастёт стократно). У изготовленного экземпляра потребление цифровой части составило 15мка от резервного литиевого элемента 3в (разумеется, ни одна кнопка не должна быть нажата!) и даже без резервного элемента при переключении источников питания ход времени не прерывался.
В случае, если не гнаться за минимальным потреблением, ключи можно выполнить на широкораспространенных биполярных транзисторах MPSA42, заменив сопротивления в цепи базы на 33 килоом.
Питание часов производится от источника тока напряжением 12 вольт, которое подается на разъем J1. Диод VD3 предназначен для защиты от переполюсовки. Далее это напряжение через интегральный стабилизатор DA1 78L05 (78L06) поступает на логические микросхемы через диод VD2. Резервное питание подается туда же от литиевого элемента через диод VD1.
Преобразователь высокого напряжения выполнен на микросхеме DA2 UC3843, транзисторе VT1 и трансформаторе T1. Схема преобразователя честно слизана с просторов интернета и мало чем отличается от типового включения примененной микросхемы. Подстроечный резистор R18 предназначен для установки выходного напряжения. Трансформатор намотан на магнитопроводе Epcos N87 EFD20 с зазором 0.5мм. Первичная обмотка содержит 29 витков провода 0.4 мм, вторичная 300 витков проводом 0.12 мм.
Конструктивно часы выполнены на двух платах 160×62мм: управления и индикации. Между собой соединены 50-ти контактным разъёмом. Плата индикации расчитана под лампы ИН-14, но легко можно переделать и под другие лампы. Обе платы изготавливаются из одностороннего стеклотекстолита. На плате управления перед установкой компонентов необходимо установить перемычки (по данным последнего учета 42 штуки). Транзисторы VT2-VT48 и резисторы R25-R69 устанавливаются так же как и в оригинальной конструкции (см.раздел «assembly notes»). Следует учесть, что цоколевка разных транзисторов различается, поэтому при их установке не следует руководствоваться сборочным чертежом, а проверить по справочному листку расположение выводов. Электролитические конденсаторы следует выбрать с диаметром не превышающем 10мм. Они устанавливаются на боку. Транзистор VT1 также изгибается горизонтально, чтобы высота компонентов не превышала 10 мм. Это позволит установить платы друг над другом с дистанцером 12мм. Приобрести 50-ти контактный разъём достаточно трудно, поэтому его можно составить из нескольких с меньшим числом контактов (на схеме он составлен из 2-х 25-ти контактных разъёмов JP1-JP2 и JP3-JP4). Приобретая их следует обратить внимание на возможность их объединять (stackable). В противном случае действует общее правило: «перед установкой деталь доводится по месту напильником». На плате управления устанавливается гнездовая часть разъёма, на плате индикации — штыревая. На плате индикации разъём устанавливается со стороны печатных проводников.
Микросхемы можно применить КМОП серий HEFxxxx, CDxxxx, 74НСxxxx. Нежелательно применение микросхем серии 74HCTxxxx (они не нормированы на питание ниже 4.5в, поэтому резервное питание придется переделать). Почти все логические микросхемы можно заменить отечественными аналогами (К561ИЕ8, К561ТМ1(2), К561ЛА7), кроме 4060 — ей аналога нет. Функционально её можно заменить двумя микросхемами: К561ИЕ16 и К561ЛА7.
Рекомендуется при сборке сначала установить компоненты высоковольтного преобразователя и его отрегулировать. Резистором R18 выставить выходное напряжение 180-200 вольт. Работу следует проводить осторожно: 180 вольт — опасное для жизни напряжение и это напряжение держится в конденсаторах несколько секунд после отключения питания. После настройки преобразователя можно установить остальные детали и проверить работу вцелом. При первом включении, из-за того что в часах не предусмотрена цепь сброса счетчиков в начальное состояние, может возникнуть ситуация, когда некоторые лампы не будут ничего показывать или наоборот, будут светить несколько цифр разом. Если это появилось на индикаторах отображающих секунды достаточно просто нажать кнопку сброс секунд. Если в часах и/или минутах, то соответствующей кнопкой установки надо «прокрутить» счетчики до получения вменяемых показаний.Если это не помогает, то возможной причиной может быть дефект монтажа — следует проверить нет ли коротких замыканий между дорожками или обрывов. Впоследствии, если установлен резервный элемент питания, такая надобность не должна возникнуть.
Если быть до конца честным с собой, то в этой схеме есть еще пара скользких моментов — это перенос из счетчика секунд в счетчик минут и со счетчика минут в счетчик секунд. По хорошему, там тоже следовало бы установить триггер — так как уровень появившийся на выходе Q6 создает и сброс для него же, и счетный импульс для следующего счетчика. И если сброс произойдет быстрее, чем следующий счетчик перейдет в следующее состояние, то произойдет сбой. На практике, такое маловероятно (если не собрать разношерстную компанию счетчиков с сильно различающимся быстродействием), но тем не менее теоретически возможно. Так что если случится такая ситуация — придется в схему вводить задерживающие RC-цепочки на сброс. Мне же очень не хотелось вводить десятую и одиннадцатую микросхему. И так уже простая схема превратилась в достаточно сложную.
Файлы:
Фотошаблон печатных проводников
Перемычки со стороны деталей
Расположение деталей
Все вопросы в Форум.
