No hace mucho estaba rebuscando en una caja de componentes viejos. Estaba buscando algo más, pero me detuve cuando unos indicadores de descarga de gas cayeron en mis manos. Una vez (hace mucho, mucho tiempo) los saqué de una vieja calculadora.
Recuerdo... Hace treinta años, seis indicadores eran un pequeño tesoro. Cualquiera que pudiera hacer un reloj con lógica TTL con tales indicadores era considerado un experto sofisticado en su campo.
El resplandor de los indicadores de descarga de gas parecía más cálido. Después de unos minutos, me preguntaba si estas viejas lámparas funcionarían y quería hacer algo con ellas. Ahora es muy fácil hacer un reloj así. Es suficiente tomar un microcontrolador ...
Ya que al mismo tiempo era aficionado a programar microcontroladores en lenguajes nivel alto Decidí jugar un poco. Traté de diseñar un reloj de descarga de gas digital simple.
Propósito del diseño
Decidí que el reloj debería tener seis dígitos, y la hora debería configurarse la cantidad mínima botones. Además, quería probar y usar algunas de las familias más comunes de microcontroladores de diferentes fabricantes. Tenía la intención de escribir el programa en C.
Los indicadores de descarga requieren alto voltaje para funcionar. Pero no quería lidiar con un voltaje de red peligroso. El reloj tenía que ser alimentado por 12V inofensivos.
Dado que mi objetivo principal era jugar, aquí no encontrará descripciones del diseño mecánico ni dibujos de la carcasa. Si lo desea, usted mismo puede cambiar el reloj de acuerdo con sus gustos y experiencia.
Esto es lo que obtuve:
- Indicación de tiempo: HH MM SS
- Indicación de alarma: HH MM --
- Modo de visualización de la hora: 24 horas
- Precisión ±1 segundo por día (dependiendo del resonador de cuarzo)
- Tensión de alimentación: 12V
- Consumo de corriente: 100 mA
esquema de reloj
Para un dispositivo con una pantalla digital de seis dígitos, el modo múltiplex era la solución natural.
El propósito de la mayoría de los elementos del diagrama de flujo (Figura 1) es claro sin comentarios. Hasta cierto punto, una tarea no estándar fue la creación de un convertidor de nivel TTL en señales de control de indicador de alto voltaje. Los controladores de ánodo se fabrican en transistores NPN y PNP de alto voltaje. El esquema está tomado de Stefan Kneller (http://www.stefankneller.de).
El chip TTL 74141 contiene un decodificador BCD y un controlador de alto voltaje para cada dígito. Puede ser difícil pedir un chip. (Aunque no sé si alguien los está haciendo ahora). Pero si encuentra indicadores de descarga de gas, 74141 puede estar cerca :-). En los días de la lógica TTL, prácticamente no había alternativa al chip 74141. Así que trata de encontrar una cosa en alguna parte.
Los indicadores requieren un voltaje de aproximadamente 170 V. No tiene sentido desarrollar un circuito especial para un convertidor de voltaje, ya que hay una gran cantidad de chips convertidores elevadores. Elegí el chip MC34063 económico y ampliamente disponible. El circuito del convertidor se copia casi por completo de descripción técnica MC34063. Solo se le ha agregado la tecla de encendido T13. La llave interna no es adecuada para un voltaje tan alto. Usé un estrangulador como inductancia para el convertidor. Se muestra en la Figura 2; su diámetro es de 8 mm y su longitud es de 10 mm.
La eficiencia del convertidor es bastante buena y el voltaje de salida es relativamente seguro. Con una corriente de carga de 5 mA, el voltaje de salida cae a 60 V. R32 actúa como una resistencia de detección de corriente.
El regulador lineal U4 se utiliza para alimentar la lógica. Hay un lugar para una batería de respaldo en el diagrama y en el tablero. (3,6 V - NiMH o NiCd). D7 y D8 son diodos Schottky, y la resistencia R37 es para limitar la corriente de carga según las características de la batería. Si está construyendo un reloj solo por diversión, no necesitará una batería, D7, D8 o R37.
El circuito final se muestra en la Figura 3.
| figura 3 | ||
Los botones de ajuste de tiempo están conectados a través de diodos. El estado de los botones se comprueba configurando el "1" lógico en la salida correspondiente. Como característica adicional, un emisor piezoeléctrico está conectado a la salida del microcontrolador. Para detener este desagradable chirrido, use un pequeño interruptor. Un martillo sería muy adecuado para esto, pero este es un caso extremo :-).
La lista esquemática de componentes, el dibujo de PCB y el diseño de componentes se pueden encontrar en la sección Descargas.
UPC
Casi cualquier microcontrolador con un número suficiente de pines puede controlar este dispositivo simple, cuyo número mínimo requerido se indica en la Tabla 1.
| Tabla 1. | ||||||||||||||||
|
Cada fabricante desarrolla sus propias familias y tipos de microcontroladores. La ubicación de las conclusiones es individual para cada tipo. Traté de diseñar una placa universal para varios tipos de microcontroladores. La placa tiene un enchufe de 20 pines. Con unos pocos puentes de cable, puede adaptarlo a diferentes microcontroladores.
Los microcontroladores probados en este circuito se enumeran a continuación. Puedes experimentar con otros tipos. La ventaja del esquema es la capacidad de usar diferentes procesadores. Los radioaficionados, por regla general, usan una familia de microcontroladores y tienen un programador y herramientas de software apropiados. Los microcontroladores de otros fabricantes pueden causar problemas, así que te di la oportunidad de elegir un procesador de tu familia favorita.
Todos los detalles de la inclusión de varios microcontroladores se reflejan en las Tablas 2 ... 5 y en las Figuras 4 ... 7.
| Tabla 2. | ||||||||||||
|
Nota: Una resistencia de 10 MΩ está conectada en paralelo con el resonador de cuarzo.
| Tabla 3 | ||||||||||||
|
Nota: El microcircuito debe girarse 180° en el zócalo.
| Tabla 4 | ||||||||||||
|
Nota: agregue los componentes SMD R y C al pin RESET (10 kΩ y 100 nF).
| Tabla 5 | ||||||||||||
|
Nota: agregue los componentes SMD R y C al pin RESET (10 kΩ y 100 nF); conecte los pines marcados con asteriscos al bus de alimentación +Ub a través de resistencias SMD de 3,3 kΩ.
Al comparar los códigos de diferentes microcontroladores, verá que son muy similares. Existen diferencias en el acceso a los puertos y la definición de las funciones de interrupción, así como en lo que depende de los componentes del arnés.
El código fuente consta de dos secciones. Función principal() configura puertos e inicia un temporizador que genera señales de interrupción. Después de eso, el programa escanea los botones presionados y establece los valores correspondientes de tiempo y alarma. En el mismo lugar, en el bucle principal, se compara la hora actual con el despertador y se enciende el emisor piezoeléctrico.
La segunda parte es la rutina de interrupción del temporizador. Una subrutina que se llama cada milisegundo (dependiendo de las capacidades del temporizador) incrementa las variables de tiempo y manipula los dígitos de la pantalla. Además, se comprueba el estado de los botones.
corriendo el circuito
La instalación y configuración de los componentes comienzan con la fuente de alimentación. Suelde el regulador U4 y los componentes circundantes. Compruebe si hay 5 V para U2 y 4,6 V para U1. El siguiente paso es ensamblar el convertidor de alto voltaje. Ajuste el voltaje a 170 V con la resistencia de ajuste R36. Si el rango de sintonización no es suficiente, cambie ligeramente la resistencia de la resistencia R33. Ahora instale el chip U2, los transistores y las resistencias del circuito controlador de ánodo y dígitos. Conecte las entradas U2 al bus GND y conecte una de las resistencias R25 - R30 en serie al bus de alimentación +Ub. En las posiciones correspondientes, los números indicadores deben encenderse. En la última etapa de prueba del circuito, conecte el pin 19 del chip U1 a tierra; el emisor piezoeléctrico debería emitir un pitido.
Los códigos fuente y los programas compilados se pueden encontrar en el archivo ZIP correspondiente en la sección "Descargas". Después de actualizar el programa al microcontrolador, verifique cuidadosamente cada pin en la posición U1 e instale los cables y puentes de soldadura necesarios. Consulte las imágenes del microcontrolador arriba. Si el microcontrolador está programado y conectado correctamente, su generador debería funcionar. Puede configurar la hora y la alarma. ¡Atención! Hay un lugar en el tablero para un botón más: este es un botón de repuesto para futuras extensiones :-).
Compruebe la precisión de la frecuencia del generador. Si no está dentro del rango esperado, cambie ligeramente el valor de los condensadores C1 y C2. (Soldar condensadores pequeños en paralelo o sustituirlos por otros). La precisión del reloj debería mejorar.
Conclusión
Los pequeños procesadores de 8 bits son muy adecuados para lenguajes de alto nivel. C no fue diseñado originalmente para microcontroladores pequeños, pero para aplicaciones simples puede usarlo perfectamente. Assembler es más adecuado para tareas complejas que requieren un tiempo crítico o un uso máximo de la CPU. Para la mayoría de los radioaficionados, las versiones limitadas de freeware y shareware del compilador C servirán.
La programación en C es la misma para todos los microcontroladores. Debe conocer las funciones del hardware (registros y periféricos) del tipo de microcontrolador seleccionado. Tenga cuidado con las operaciones de bits: el lenguaje C no está adaptado a la manipulación de bits individuales, lo que se puede ver en el ejemplo del original cuando para ATtiny.
¿Finalizado? Entonces sintonízate con la contemplación de los tubos de vacío y verás...
…los viejos tiempos están volviendo… :-)
Nota editorial
Un análogo completo de SN74141 es el microcircuito K155ID1, producido por el software "Integral" de Minsk.
El chip se puede encontrar fácilmente en Internet.
La elección de una serie de microcircuitos en los que se implementará este esquema es extremadamente importante. Para los relojes, el parámetro más importante es la corriente que consumen, ya que en la mayoría de los casos, todo el reloj o parte del circuito del reloj funciona con baterías. Por lo tanto, al desarrollar un circuito, elegiremos microcircuitos implementados usando .
Comencemos el desarrollo del circuito del reloj con un oscilador de cuarzo. Como ya se discutió en el desarrollo del diagrama de bloques, se utilizará un resonador de cuarzo de reloj como parte del generador. Para reducir el costo de todo el dispositivo en su conjunto, aplicamos el circuito generador más simple: un tres puntos capacitivo, y dado que el generador está diseñado para sincronizar un dispositivo digital, el generador se puede implementar en un inversor lógico. En la Figura 1 se muestra un diagrama esquemático de dicho oscilador de cuarzo.
Figura 1. Esquema de un oscilador de cristal hecho en un inversor lógico
Permítame recordarle que la resistencia R1 está diseñada para iniciar automáticamente el generador cuando se enciende la energía. El mismo elemento determina la ganancia del inversor, y cuanto mayor sea esta ganancia, más oscilaciones rectangulares se formarán en su salida y esto, a su vez, conducirá a una disminución de la corriente consumida por el oscilador de cuarzo. Elegimos R1 igual a 10 MΩ.
R2 está diseñado para evitar la autoexcitación del generador a una frecuencia determinada por la capacitancia del soporte de cuarzo. Elegimos el valor de la resistencia de esta resistencia 510 kOhm.
El segundo en el circuito generador está diseñado para reducir la duración de los frentes de la oscilación rectangular generada. Esto es necesario para reducir la influencia del circuito posterior en la estabilidad de las oscilaciones del oscilador maestro, así como para un funcionamiento más confiable de los contadores digitales del divisor de frecuencia.
Como microcircuito que contiene inversores, elegiremos el microcircuito SN74LVC2G04DRL. Este chip CMOS contiene dos inversores. El hecho de que el microcircuito contenga dos elementos se indica con la designación 2G. El hecho de que estos sean inversores se indica con el número 04, y el hecho de que el microcircuito use una carcasa con un paso de pin de 0,5 mm se indica con las letras DRL. Las dimensiones del paquete de este microcircuito no superan los 1,6 * 1,6 mm (el paquete tiene solo seis pines). El microcircuito es capaz de operar en el rango de voltaje de 1.5 a 5.5 V.
A continuación, implementamos un circuito divisor de frecuencia hasta un valor de 1 Hz. Permítanme recordarles que el período de oscilaciones con una frecuencia de 1 Hz es igual a 1 segundo. Como ya determinamos al desarrollar el diagrama de bloques, su factor de división debe ser igual a 32768. Es decir, se requerirán 15 disparadores de conteo para implementar el divisor. Por supuesto, puede tomar el chip K176IE12, especialmente diseñado para este propósito, pero no estamos buscando formas simples, por lo que usamos el chip universal SN74HC393PW. Tiene dos contadores binarios independientes de cuatro dígitos. Esto significa que solo dos microcircuitos serán suficientes para implementar nuestro divisor.
Las dimensiones del paquete del microcircuito seleccionado no superan los 5x6,4 mm. El cuerpo de este chip tiene 14 pines. Si no hay requisitos especiales para las dimensiones del reloj, puede usar microcircuito domestico K1564IE19. Su caja es más del doble de grande que la caja del microcircuito seleccionado. Sin embargo, incluso los números de pin de los microcircuitos coincidirán. El diagrama de circuito resultante del segundo generador de pulsos de un reloj electrónico se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Circuito divisor para generador de pulsos de 32768 segundos
Ahora recuerde que el generador de intervalos de tiempo necesita un divisor de frecuencia más. El período de pulso en su salida será igual a 1 minuto. El divisor por sesenta se puede implementar exactamente en el mismo chip que usamos anteriormente para construir un divisor por 32768.
El divisor por sesenta no es un múltiplo de una potencia de dos, por lo que se requiere retroalimentación para implementarlo. Para simplificar el esquema, tenga en cuenta que el número 60 se divide en los números 10 y 6. Ambos números contienen solo dos unidades. Las conclusiones de los contadores de 4 dígitos van a diferentes lados de la caja del microcircuito. Por tanto, será conveniente utilizar dos elementos lógicos independientes “2I”. Esto simplificará enormemente el diseño de la placa de circuito impreso y reducirá la longitud de los cables de conexión, reduciendo así el área de la placa de circuito impreso y la posible interferencia del circuito operativo.
Como elementos lógicos "2I" utilizamos dos microcircuitos SN74LVC1G08DRLR. El hecho de que el microcircuito contenga solo un elemento lógico, lo determinamos por los símbolos 1G, y que este es un elemento lógico "2I" - por los números 08. Las dimensiones de la caja del microcircuito seleccionado no exceden 1.6 × 1.6 mm . Las versiones domésticas de dicho microcircuito, por ejemplo, K1554LI1, contienen cuatro elementos lógicos en un paquete a la vez, la distancia entre los cables es de al menos 1,25 mm. Como resultado, el circuito ensamblado en tales microcircuitos será idéntico en parámetros eléctricos, pero perderá tamaño.
El circuito resultante de un divisor de frecuencia por 60, que genera pulsos con un período de 1 min y consta de divisores conectados en serie por 10 y por 6, se muestra en la Figura 3. El circuito se implementa en solo tres microcircuitos. El uso de la retroalimentación de los pines Q1 y Q3 convierte el contador binario D1.1 en un contador decimal, y el uso de la retroalimentación de los pines Q1 y Q2 del chip D1.2 implementa el contador de módulo 6.
Figura 3. Esquema del divisor por 60 del minuto generador de pulsos
Entonces, hemos terminado el desarrollo del generador de pulsos de minutos. En total, necesitábamos seis microcircuitos, mientras que tres de ellos pertenecen a microcircuitos lógicos pequeños y ocupan un espacio mínimo en la placa de circuito impreso de un dispositivo digital.
Ahora puede comenzar a desarrollar un diagrama de circuito del contador de intervalos de tiempo. Como ya descubrimos al desarrollar el diagrama de bloques del reloj, este contador incluye exactamente el mismo divisor por 60 que en el generador de pulsos de minutos, por lo que puede usar el mismo circuito. La única diferencia es que esta vez necesitamos todas las salidas de los contadores. Suprimiremos las señales de estos pines a la entrada de la unidad de visualización.
El último contador que necesitamos para implementar el bloque contador de intervalos de tiempo es un contador de 24. Sería conveniente implementar este contador en un chip contador decimal, sin embargo, no se producen chips contadores decimales asincrónicos duales, por lo que implementamos un contador de horas en el mismo chip que los demás bloques de reloj: SN74HC393PW.
La dificultad de implementar este esquema radica en que el factor de conteo no es un múltiplo de diez, por lo que la señal de retroalimentación debe aplicarse a ambos contadores simultáneamente. Sería posible implementar este contador en forma binaria, pero luego habrá dificultades para mostrar el contenido de este contador. Para implementar un contador decimal en el primer contador de 4 dígitos y al mismo tiempo poder restablecer todo el contador de horas al comienzo del día, utilizamos un elemento lógico adicional "2OR". La señal de reinicio en la salida de este microcircuito aparecerá si el primer contador alcanza el número 10 o si todo el contador alcanza el valor 24.
Como elemento lógico "2OR" utilizamos un microcircuito de lógica pequeña, similar al microcircuito "2I" ya utilizado. Este es el chip SN74LVC1G32DRLR. El número 32 en el nombre del microcircuito denota el elemento lógico "2OR". Las dimensiones del cuerpo de este microcircuito no superan los 1,6×1,6 mm. Como resultado, a pesar de un diagrama de circuito un poco más complejo, el área ocupada por el contador de horas se reduce significativamente.
El diagrama de circuito completo del contador de pulsos de reloj implementado en el chip SN74HC393PW se muestra en la Figura 4. El uso de la retroalimentación de los pines Q1 y Q3 del primer chip lo convierte en un contador decimal. Para implementar el contador módulo 24, utilizamos la retroalimentación de la salida Q1 del bit más significativo del contador (dos) y la salida Q2 del bit menos significativo del contador de horas (cuatro).
Figura 4. Esquema del contador de pulsos de reloj.
Por lo tanto, hemos implementado la parte principal del circuito del reloj, pero como ya se discutió en el desarrollo del diagrama de bloques, esto no es suficiente. Se requiere para poder visualizar la información digital recibida. Pasemos al desarrollo de la unidad de visualización del reloj.
Literatura:
Junto con el artículo "Desarrollo del concepto de reloj" se lee:
El diagrama esquemático del reloj se muestra en la fig. Contiene tres circuitos integrados de alto nivel de la serie K176, dos transistores y otros 36 elementos discretos. Indicador: plano de varios dígitos, cátodo luminiscente, con indicación dinámica IVL1 - 7/5. Tiene cuatro dígitos de 21 mm de altura y dos puntos de separación dispuestos verticalmente.
El generador de pulsos de segundos y minutos está hecho en un microcircuito: IMS1 K176IE18. Además, este microcircuito crea pulsos con una tasa de repetición de 1024 Hz (pin 11) que se utilizan para operar el dispositivo de señalización. Para crear una señal intermitente, se utilizan pulsos con una tasa de repetición de 2 Hz (pin 6). Una frecuencia de 1 Hz (pin 4) crea el efecto de "parpadeo" de los puntos de división. Los pulsos con una tasa de repetición de 128 Hz, desplazados entre sí en fase por 4 ms (pines 1, 2, 3, 15) se alimentan a las cuadrículas de cuatro dígitos del indicador, asegurando su brillo constante. La conmutación de los contadores correspondientes de minutos y horas se realiza con una frecuencia de 1024 Hz (pin 11). Cada pulso aplicado a las rejillas indicadoras tiene una duración igual a dos períodos de una frecuencia de 1024 Hz, es decir, la señal suministrada a la rejilla desde los contadores se encenderá y apagará dos veces. Esta selección de la frecuencia de los pulsos en fase proporciona dos efectos: indicación dinámica y operación de pulsos del decodificador y el indicador.
El circuito integrado IMS2 K176IE13 contiene contadores de minutos y horas del reloj principal, contadores de minutos y horas para configurar la hora del dispositivo de señalización, así como interruptores para cambiar las entradas y salidas de estos contadores. Las salidas de los medidores a través del interruptor están conectadas al decodificador de código binario en un código indicador de siete elementos. Este decodificador está hecho en el chip IMZ K176IDZ. Las salidas del decodificador están conectadas a los segmentos correspondientes de los cuatro dígitos en paralelo. Cuando se suelta el botón S2 "Llamar", el indicador se conecta a los contadores de horas (para reconocer este modo, el punto parpadea a una frecuencia de 1 Hz). Al presionar el botón S6 "Corr.", los contadores de horas (microcircuito K176IE13) y los divisores del generador de secuencia de pulsos de minutos (microcircuito K176IE18) se ponen en el estado cero. Después de soltar el botón S6, el reloj funcionará como de costumbre. Luego, presionando los botones S3 "Min" y S4 "Hour", se configuran los minutos y las horas de la hora actual. En este modo, es posible encender la señal de sonido. Cuando se presiona el botón S2 "Llamar", los contadores del dispositivo de señalización se conectan al decodificador y al indicador. En este modo, también se muestran cuatro dígitos, pero los puntos parpadeantes se apagan. Al presionar el botón S5 "Bud" y mantenerlo presionado, presione los botones S3 "Min" y S4 "Hour" en secuencia, configure el tiempo requerido para que funcione el dispositivo de alarma, observando las lecturas del indicador. El circuito del reloj le permite configurar un brillo reducido de los indicadores usando el botón S1 "Brillo". Sin embargo, debe recordarse que cuando se reduce el brillo (se presiona el botón S1), no es posible encender la señal de sonido, así como configurar la hora del reloj y el dispositivo de alarma.
La fuente de alimentación BP6 - 1 - 1 contiene un transformador de red T, que crea una tensión de 5 V (con un punto medio) para alimentar el brillo del cátodo del indicador y una tensión de 30 V para alimentar el resto de los circuitos del indicador y microcircuitos Un circuito de anillo en cuatro diodos (VD10 - VD13) rectifica un voltaje de 30 V y luego, usando un estabilizador en un diodo zener VD16, se crea un voltaje de +9 V en relación con la "carcasa" para alimentar los microcircuitos. , y usando un estabilizador en los diodos zener VD14, VD15 y un transistor VT2 - voltaje + 25 V (en relación con el cátodo) para alimentar redes y ánodos indicadores. La energía consumida por el reloj no es más de 5 vatios. Se proporciona una conexión de energía de respaldo para guardar la hora del reloj cuando la red está apagada. Se puede utilizar cualquier batería de 6…9V.
Literatura MRB1089
He publicado anteriormente en el sitio gran reloj al aire libre con pantalla dinámica. No hay quejas sobre el trabajo del reloj: el curso exacto, la configuración conveniente. Pero un gran inconveniente: durante el día es difícil de ver. Indicadores LED. Para resolver el problema, cambié a una indicación estática y LED más brillantes. como siempre en software Muchas gracias Soire. En general, traigo a su atención un reloj grande para exteriores con una indicación estática, las funciones de configuración se mantuvieron igual que en las horas anteriores.
Tienen dos pantallas: la principal (afuera en la calle) y la auxiliar en los indicadores SA15-11SRWA- en interiores, en el cuerpo del dispositivo. Alto brillo logrado mediante el uso de LED ultrabrillantes AL-103OR3D-D, con una corriente de trabajo de 50mA y chips de controlador tpic6b595dw.
Esquema de un reloj electrónico para la calle con LED brillantes.
Características de este esquema de reloj:
— Formato de visualización de la hora de 24 horas.
- Corrección digital de precisión de recorrido.
— Control incorporado de la fuente de alimentación principal.
— Memoria no volátil del microcontrolador.
- Hay un termómetro que mide la temperatura en el rango de -55 - 125 grados.
- Es posible enviar alternativamente información sobre el tiempo y la temperatura al indicador.
Al presionar el botón SET_TIME, el indicador cambia en un círculo desde el modo de reloj principal (que muestra la hora actual). En todos los modos, al mantener presionados los botones MÁS/MENOS se realiza una configuración acelerada. Los cambios en la configuración 10 segundos después del último cambio de valor se escribirán en la memoria no volátil (EEPROM) y se leerán desde allí cuando se encienda nuevamente la alimentación.
Otra gran ventaja de la opción propuesta es que el brillo ha cambiado, ahora con tiempo soleado el brillo es excelente. El número de cables ha disminuido de 14 a 5. La longitud del cable a la pantalla principal (exterior) es de 20 metros. Estoy satisfecho con el trabajo del reloj electrónico, resultó ser un reloj completamente funcional, tanto de día como de noche. Atentamente, Soir-Aleksandrovich.
