Часы на сегментных индикаторах avr. Светодиодные часы на микроконтроллере

Данные часы с будильником основаны на микросхеме часов реального времени, что позволяет им работать от резервного источника питания при отсутствии основного. Заданное время будильника и режим работы хранится в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Режим отображения - 24 часовой. Содержат имитацию «тикания» Индикация времени и режимов работы осуществляется посредством светодиодных индикаторов.

Принцип работы

Основой данных часов является микросхема DS1307 - часы реального времени, обменивающаяся информацией с управляющим контроллером посредством I2C интерфейса. Индикация времени осуществляется через 4 7-и сегментных индикатора, работающих в динамическом режиме. Ввод и корректировка времени осуществляется 5-ю кнопками: "+ минуты", "+ часы", «установка», «будильник» и «сброс». Звуковой сигнал будильника выводится через стандартный пьезоизлучатель и представляет из себя сигнал частотой 1кгц с секундными паузами.

В качестве управляющего микроконтроллера был выбран Atmega48 по причине его доступности и наличии необходимой периферии на борту(даже с избытком). Часы реального времени DS1307 подключены к аппаратным выходам I2C управляющего микроконтроллера. Для работы DS1307 в автономном режиме(в случае отключения питания главного контроллера) используется литиевая батарейка резервного питания на 3V, ресурса которой хватит на несколько лет из-за низкого энергопотребления микросхемы.

Рассмотрим подробнее управляющую программу:

Программа работает по принципу флагово-таймерного автомата: все состояния и события представлены в виде соответствующих флагов, выполняющихся в прерываниях соответствующего таймера 1с, 1мс и 263.17мс. Программа использует 2 аппаратных таймера.

Опрос часовой микросхемы и нажатие кнопок осуществляется с интервалом 263.17мс. Интервал 1мс служит для формирования звукового сигнала звонка, а 1с - для его модуляции. Секундный интервал также управляет миганием точки во 2-ом разряде индикатора, разделяющий часы и минуты и также служащим формированием «тиканья».
Рассмотрим принципиальную схему часов.

Обозначения и номиналы:
S4 - Увеличение часов
S3 - Увеличение минут
S2 - Установка
S1 - Включение будильника
S5 - Сброс

R6-R10 - 10k
R1-R5 - 510ом

Напряжение питания - 5 вольт.

Настройка и использование

Правильно собранные часы в дополнительной настройке не нуждаются. Необходимо лишь установить текущее время и будильник.
Установка текущего времени осуществляется следующим образом:
1) Кнопками S1 и S2 установить текущее время (точка между разрядами при этом не мигает)
2) Запустить часы кнопкой S3
Установка будильника:
1) Нажать S3 и убедиться в том, что загорелась точка в 1-ом разряде
2) Установить время звонка кнопками S1 и S2
3) Включить звонок кнопкой S4
Дополнительные возможности:
Включить тиканье - удерживая S4 нажать S2 до появления характерных звуков. Отключается так-же.
Отображение минут и секунд - удерживая S4 нажать S1. Если после этого нажать S3 произойдёт сброс секунд в 00. Возврат - та-же комбинация.

Фото и видео часов

Часы собраны в корпусе из под нерабочей «электроники».

Эта схема была опубликована еще в 2008 году, на сайте http://radiokot.ru/circuit/digital/home/33/ , и не смотря на явные схемотехнические ошибки - схема работает, многие за это время ее повторили, там же на сайте есть большая тема форума, где обсуждается это устройство. Кроме авторскйо прошивки, на форуме есть еще наборы прошивок. В том числе и для вариантов схемы при использовании различных индикаторов, как с собщим катодом, так и с общим анодом. Архив с проверенными прошивками и их исходными текстами в конце страницы.

Я вспомнил об этой схеме, когда мне потребовались простые "первичные часы". Схема была повторена в точности, с единственным изменением - вместо индикатора установлен разъем, к которому будет подключаться силовая часть "больших часов". Для того, чтобы убедиться в том, что часы работают - подключен первый, попавшийся под руку индикатор: XYLNH 420401B-0 - понятия не имею что эта надпись на корпусе означает, но индикатор по распиновке полностью совпадает с рекомендуемым авторм индикатором CC56-12SRWA, только синего свечения.

Управление часами очень простое: Кнопкой S2 устанавливают минуты, а кнопкой S3 - часы. Кнопка сброс (S1), позволяет установить время на полночь, иногда бывает полезно, хотя ее можно не устанавливать. Точка, разделяющая часы и минуты, моргает с частотой 1,25 Гц, то есть 0,4 секунды горит, 0,4 сек. нет.

В целом - схема работает. Но, если предполагается использовать ее так как она есть, то я бы все-таки посоветовал увеличил сопротивление резисторов R4-R11 до, хотя бы 330 Ом, и поставил бы транзисторы в цепь управления катодами. ATtini2313 процессор конечно живучий, но думаю не следует его мучать в таком режиме.

И пару слов о программировании МК. Я использовал программатор Программатор AVR ISP mkII с программой AVRDUDE_PROG 3.2

Данная статья описывает конструкцию цифровых часов на микроконтроллере Attmega8 , которые снабжены секундомером, будильником, таймером обратного отсчета. В часах реализована функция отображения дня недели и даты с возможностью комбинированного отображения даты и времени. Имеется автоматическое переключение на летнее и зимнее время, а так же учет високосного года.

Дисплей построен на шести 7-сегментных светодиодных индикаторов с регулировкой яркости. Часы также оснащены резервным питанием от батарей.

Описание конструкции микроконтроллерных часов

Как уже было сказано выше, часы имеют шестизначный дисплей, состоящий из двух трехзначных дисплеев T-5631BUY-11, работающий в мультиплексном режиме. Аноды индикаторов сгруппированы по разрядам и переключаются с помощью транзисторов Т1…Т6.

Катоды сгруппированы в сегменты и питаются непосредственно от микроконтроллера IO1 Attmega8. Частота мультиплексирования составляет 100Гц.

Часы контролируется низкочастотным кварцевым резонатором X1 с частотой 32768 Гц. В результате активации бита CKOPT, разрешающего использование внутренних конденсаторов 36пф для кварца, отпадает необходимость в использовании внешних конденсаторов.

В случае возникновении проблем с запуском генератора, можно попробовать подключить 2 конденсатора по 22пф. Для еще большей точности часов можно вообще отключить внутренние конденсаторы (сбросить бит СKOPT) и оставить только внешние.

Пъезоизлучатель REP1 издает звуковой сигнал будильника и сигнализирует о завершении работы таймера. Во время звукового сигнала на выводе 16 (порт PB2) появляется лог.1. Этот сигнал можно использовать для управления какой-либо нагрузкой.

Управление часами производится тремя кнопками — минуты, часы и режим. Кнопки подключены через резисторы, которые защищают порты микроконтроллер Attmega8. Схема питается от источника 5 вольт (7805). Потребление тока в основном зависит от числа активных индикаторов, а так же от степени настройки яркости.

При максимальной яркости ток потребления доходит до 60 мА. Часы снабжены резервной батареей питания. Во время работы от батареи, часы переходят в экономичный режим, при котором дисплей выключен. Так же в этом режиме не активны и кнопки за исключением случая, когда необходимо отключить звуковой сигнал.

Напряжение резервного питания от 3 до 4,5 В. Это может быть одна батарея на 3В, три NiMH или NiCd по 1,2 В или один аккумулятор Li-Pol или Li-Ion (от 3,6 до 3,7 В). Ток потребления от 3В батареи составляет всего лишь 5…12мA. Время автономной работы часов в экономичном режиме от батареи 3В типа CR2032 со стандартной емкостью 200mAh теоретически должно хватить примерно на 2,5 — 3 лет.

Программное обеспечения для микроконтроллера находится в конце статьи. Биты конфигурации необходимо выставить следующим образом:

Управление часами

Часы управляются с помощью TL1-минута, час-TL2 и TL3-режим. Кнопки часы и минуты используются в режиме часов для назначения часов и минут. В других режимах они имеют различные функции. Кнопка режима переключает между различными режимами, которых в общей сложности 8:

Режим 1-й — Часы

В этом режиме на дисплее отображается текущее время в формате «ЧЧ.ММ.СС». Кнопка часов используется для установки часов. Кнопка минут для установки минут. При ее нажатии происходит сброс секунд.

Режим 2-й — Включение перехода на летнее время и установки года

Здесь Вы можете включать и выключать автоматический переход между летним и зимним временем и установить год. Данные следующего формата «AC ‘RR» (АС – автоматическое время, пробел, последние две цифры года).

Режим 3-й — Таймер обратного отсчета

Это режим позволяет организовать обратный отсчет от заданного значения до нуля. По истечении этого времени раздастся звуковой сигнал и светится светодиод LED1. Звуковой сигнал может быть остановлен нажатием кнопки Режим. Данные следующего формата «ЧЧ.ММ.СС». Максимально возможное значение составляет 99.59.59 (почти 100 часов).

Режим 4-й – Комбинированный вывод информации

В этом режиме, попеременно показывается:

1. текущее время в формате «ЧЧ.ММ.СС»
2. дата в формате «AA.DD.MM.»

Каждый формат отображается в течение 1 секунды. В этом режиме используются кнопки Часов и Минут, для регулировки яркости дисплея (Часы-, Минуты+). Яркость изменяется логарифмически в 6 этапов: 1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32-й. По умолчанию установлено 1/2

Режим 5-й — Установка дня недели и режим работы будильника

В этом режиме можно установить день недели — с понедельника по воскресенье (отображается как пн, вт, ср, чт, пт, сб, вс), включать будильник и выбирать его режим работы. Данные следующего формата «AA AL._» (день недели, пробел, AL., Настройка будильника).

Кнопка часов устанавливает день недели. Кнопка минут используется для включения/выключения звукового сигнала будильника и выбора режима его работы: «AL._» = будильник не активный, «AL.1″ = будильник сигналит 1 раз (затем автоматически переходит в положение»AL._»), «AL.5» = сигнал будильника только в будние дни (пн-пт, кроме сб-вс), «AL.7» = будильник звонит каждый день

Режим 6-й – Установка дня недели и даты

Кнопка часов позволяет установить день месяца. Кнопка минут позволяет установить месяц.

Режим 7-й — Секундомер

Секундомер позволяет измерять время с точностью 0,1 сек. Максимальное время измерения составляет 9.59.59.9 (почти 10 часов). Данные следующего формата «H.MM.SS.X». Кнопка минут используется для запуска и остановки секундомера. Кнопка часов используется для сброса.

Режим 8-й — Будильник

Этот режим используется для отображения и установить время будильника (ALARM). Данные следующего формата «HH.MM.AL». Кнопка Минуты устанавливает минуту будильника, кнопку Часы устанавливает час будильника.

Ниже приведена схема аналогичных часов, имеющие индикатор с общим катодом

(скачено: 812)

Схема и программа очень простых часов на микроконтроллере AVR с использованием микросхемы реального времени DS1307

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Сегодня, уважаемые радиолюбители, вашему вниманию предлагается очень простая схема часов на микроконтроллере AVR и часов реального времени с последовательным интерфейсом I2C DS1307 .

Конструкция собрана на микроконтроллере ATyni26 (просто именно этот МК был под рукой). Но вы можете применить любой другой МК, главное чтобы у него было 13 свободных входов – 11 для вывода текущего времени на четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор и 2 вывода – на кнопки установки и коррекции времени.

Схема часов:

В схеме применены следующие детали:
- Микроконтроллер – ATyni26 в DID корпусе
– Часы реального времени – DS1307 в DIP корпусе
– Кварц – 32,768 кГц, с входной емкостью 12 пф (можно взять с материнской платы компьютера), от этого кварца зависит точность хода часов
– резервное питание DS1307 – 3 вольтовый литиевый элемент CR2032
– 4-разрядный семисегментный светодиодный индикатор – FYQ-5641UB -21 с общим катодом (ультраяркий, голубого цвета свечения)
– все транзисторы – NPN-структуры, можно применить любые (КТ3102, КТ315 и их зарубежные аналоги), я применил ВС547С
– микросхемный стабилизатор напряжения типа 7805
– все резисторы мощностью 0,25 ватт
– полярные конденсаторы на рабочее напряжение 50 вольт
Ток потребления устройством составляет до 30 мА.
Для питания конструкции можно использовать любое ненужное зарядное устройство от телефона или подходящий блок питания с выходным напряжением 7-9 вольт.
Общение микроконтроллера с часами DS1307 происходит по шине I2C и организовано программным путем.
Батарейку резервного питания часов DS1307 можно и не ставить, но в этом случае, при пропадании напряжения в сети, текущее время придется устанавливать заново.
Печатная плата устройства не приводится, конструкция была собрана в корпусе от неисправных механических часов. Светодиод (с частотой мигания 1 Гц) служит для разделения часов и минут в конструкции.

Работа программы.
Тактовая частота работы микроконтроллера – 1 мГц (заводская установка, FUSE-биты трогать и устанавливать не надо). Размер программы – 1 килобайт.
При запуске программы происходит:
- запуск таймера Т0 с предустановленной частотой СК/8 и вызовом прерывания по переполнению (при такой предустановленной частоте вызов прерывания происходит каждые 2 миллисекунды)
– инициализация портов (порты РА0-6 и РВ0-3 настраиваются на вывод, РА7 и РВ6 на ввод)
– инициализация шины I2C (выводы РВ4 и РВ5)
– при первом запуске, или повторном запуске при отсутствии резервного питания DS307, проверяется 7 бит (СН) нулевого регистра DS1307 и происходит переход в первоначальную установку текущего времени. При этом, кнопка S1 – для установки времени, кнопка S2 – переход к следующему разряду. Установленное время – часы и минуты записываются в DS1307 (секунды устанавливаются в ноль), а также вывод SQW/OUT (7-й вывод) настраивается на генерацию прямоугольных импульсов с частотой 1 Гц
– разрешается глобальное прерывание
– программа переходит в цикл с опросом копки S2
При переполнения счетчика таймера Т0 программа переходит к обслуживанию прерывания (каждые 2 мс):
– считывается текущее время с DS1307 которое записывается в четыре переменные SRAM (десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут)
– подпрограммой вывода текущего времени производится динамическая индикация текущего времени на светодиодном индикаторе
– при нажатии кнопки S2 программа запрещает глобальное прерывание и переходит в подпрограмму коррекции времени (кнопками S1 и S2 устанавливаются десятки и единицы минут, затем, с 0 секунд, нажатием кнопки S2 происходит запись уточненного времени в DS1307, разрешение глобального прерывания и возвращение в основную программу).

Примененные в схеме часы DS1307 позволяют выводить на индикацию секунды, минуты, часы, день недели, дату и год.
Если в схеме вместо светодиодных индикаторов применить LCD дисплей, к примеру WH0802 (двухстрочный, с выводом восьми символов в строке) или аналогичный, то можно организовать полноценные часы с полным выводом текущего времени, а питание устройства организовать от гальванических элементов или аккумуляторных батарей.

Расположение выводов микроконтроллера ATyni26:

Расположение выводов DS1307:

Типовая схема подключения D1307:

Предлагаю для самостоятельной сборки две очень простые схемы, а именно часы на микроконтроллере PIC и AVR. Основа одной схемы микроконтроллер AVR Attiny2313, а другой PIC16F628A

Эти схемы часов на микроконтроллере очень помогут начинающим радиолюбителям разобраться с вопросами работы и программирования микроконтроллеров.

Рассмотрим подробней эту простую схему: Питание можно подавать как от трех пальчиковых батареек, так и от

Микроконтроллер Attiny2313 тактируется кварцем на 16 МГц. В качестве счетчика времени, в внутренней схеме микроконтроллера используется 16 битный таймер с делителем на 256. Как только внутренний счетчик досчитает до 625, осуществится прерывание. Поэтому у нас будут происходить прерывания 100 раз в секунду.

Временной интервал учитывается в глобальных переменных, и при каждом прерывании требуется увеличить значение миллисекунд на единицу. Как только число миллисекунд дойдет до 100, то требуется увеличить на единицу величину секунд, а миллисекунды обнулить. И так далее в соответствии с тем же алгоритмом до десятков часов, которые сбрасываются только по достижении значения 24 и уже без увеличения следующего разряда.

В соответствии с этим принципом, создаем значение текущего времени записанное в глобальных переменных. Теперь нам необходимо визуально отобразить эти данные. Так как микроконтроллер имеет ограниченное число портов, то воспользуемся такой особенностью как инерционность цифрового сегментного индикатора sa15-11gwa. Катоды его индикаторов соединены параллельно, а аноды имеют раздельное управление, что позволяет в любой момент времени вывести цифру на любой из четырех индикаторов.

Быстро переключая порт микроконтроллера, к которому подсоединены все катоды и быстро коммутируя аноды, создается иллюзия отображения всех четырех цифр в сегментном индикаторе, хотя фактически работает только один из сегментов. Если текущее время 11:57, то сначала выводим цифру один на первый индикатор часов, через 1 мс выводим цифру 1 на второй индикатор еще через 1 мс отображаем 5 на 3 индикатор, спустя 1 мс отображаем 7 на 4 индикаторе и так далее циклически, обновляя каждый индикатор через 1 мс.

Состояние кнопок управления часами опрашиваются по завершению каждого цикла отображения около 40 раз в секунду.

Рисунок печатной платы выполненный в программе и прошивку для микроконтроллера скачиваем по ссылке выше. и непосредственно о тонкостях прошивки, читаем здесь.

Эта конструкция хоть и на другом типе микроконтроллера, но не менее сложная чем предыдущая схема.

Алгоритм работы прошивки также простой в архиве имеются очень подробные комментарии по коду программы. Два тумблера кн1 и кн2 предназначены для коррекции времени - часов и минут. Точность часов зависит от частоты используемого кварца.

Конструктивно часы выполнены на двух печатных платах, располагающихся рядом под углом 90 градусов. На первой плате расположен индикатор, а вся остальная электроника на второй. Резервное питание в роли которых используется три батарейки размещенные в держателе из старой китайской зажигалки со светодиодом. Для питания от сети переменного тока подойдет любой на 5В и током 150мА.

В архиве который вы можете скачать по зеленой ссылке находится разводка обоих печатных плат в программе Sprint Layout и прошивка на микроконтроллер PIC с исходным кодом программы под MP_LAB IDE, с подробными комментариями.

И саму программу, можно также найти и у нас

В этой конструкции имеетя цифровая коррекция точности хода, а также встроенный термометр, который поочередно с точным временем выводит показания температуры на светодиодный диплей. В конструкции часов применяется энергонезависимая память микроконтроллера, сохроняющая уставки и настройки даже при пропадании внешнего питания.

В управление анодами светодиодных индикаторов, используются транзисторные ключи по стандартной схеме включения.

При первом включении на дисплее возникает рекламная заставка в течении одной секунды. Потом осуществляется отображение времени. Нажатие на кнопку SET_TIME переключает индикатор по кругу из основного режима часов:

Абсолютно, во всех ячейках удержанием кнопок PLUS/MINUS осуществляется ускоренная установка. Если настройки изменялись пользователем, то через 10 секунд новые значения сохраняться в энергонезависимой память микроконтроллера и будут считываться. при прошивки МК выставляем следующим образом:

Внешнее исполнение устройства, вы можете оценить по фотографиям ниже, прощивка и дополнительные файлы к конструкции можно скачать по сылке чуть выше.

В прошивки будильника реализованы графики смен: 4/5 (четыре на пятый) – 4 дня по 1 сменам, 1 выходной, 4 дня по 2 сменам, 1 выходной, 4 дня по ночным, 1 выходной; – день, ночь, 2 выходных; По будням – Пн-Пт - рабочие дни, Сб-Вс - Выходной; (Праздничные дни не учитываются); Ежедневно.

Пользователь сам выбирает тип граффика будильника и задает любое время срабатывания. В вариантах 4/5 и день, ночь, 2 выходных – необходимо дополнительно выбрать текущую смену.

Кроме того в прошивке МК реализованы следующие функции: Переход на летний-зимний период; Корректировка времени; Ускоряющийся сигнал будильника; Отображение нуля в разряде часов и в разряде даты

Схема часов построена на базе часовой микросхемы DS1307 и микроконтроллера MEGA8. Схема (помещена в архив с прошивкой МК и чертежами печатных плат) рассчитана на применение семисегментных цифровых индикаторов с общим анодом на напряжение 5В. (ВНИМАНИЕ! На схеме для упрощения не нарисованы балластные резисторы. Их требуется устанавить на каждый сегмент индикаторов. Всего 112 шт. Номинал рассчитывается согласно документации. В я использовал сегментные индикаторы типа fys15011 и fyd-5622. Если примените более мощные, то скорей всего без дополнительных транзисторных ключей не обойтись.

Чертеж печатной платы разрабатывалась под уже имеющуюся коробку от старых сломанных часов. На разъём Alarm (будильник) можно подсоединить маломощную нагрузку, допустим музыкальную открытку, а джампером JP1 – отсоединяем внутренний биппер. Микроконтроллер можно прошиватьь сразу на плате, что существенно облегчает настройку в случае модификации конструкции.

Настройка часов
Для этого необходимо войти в режим задания параметров:
Параметр-Значение- Сохранять в памяти
P.01 - ЧАСЫ [-]
P.02 - МИНУТЫ [-]
P.03 - ДЕНЬ [-]
P.04 - МЕСЯЦ [-]
P.05 - ГОД [-]
Р.06 - Тип будильника [+] (1-4/5; 2-5/8; 3-ЖД график; 4-ежедневно)
P.07 - СМЕНА [+]
P.08 - Буд.1.ЧЧ [+]
P.09 - Буд.1.ММ [+]
P.10 - Буд.2.ЧЧ [+]
P.11 - Буд.2.ММ [+]
P.12 - Буд.3.ЧЧ [+]
P.13 - Буд.3.ММ [+]
P.14 - Корректировка (Д.Ч) [+]
P.15 - Летний/зимний период [+]
P.16 - Ускоряющийся бипер [+]
P.17 - Отображать незначащий ноль в разряде часов [+]
P.18 - Отображать незначащий ноль в разряде даты [+]

Настройка Будильника: Кнопкой Вкл/Вкл Буд. - осуществляется Вкл/Вкл, при этом:При типе будильника 1: Буд.1 - 1 смена; Буд.2 - смена; Буд.3 - 3 смена;
График смен:1,2,3,4 - первая смена; 5 - выходной; 6,7,8,9 - вторая смена; 10 - выходной; 11,12,13,14 - 3 смена; 15,16 - выходной; Затем дни повторяются.
При первом типе будильника 2: Буд.1 - задает время сигнала; Буд.2, Буд.3 - не срабатывает; График смен: По будням.
При третьем типе будильника: Буд.1 - устанавливается время день; Буд.2 - задает время ночь; Буд.3 - не срабатывает;
График смен: – день, ночь, 2 выходных;. При типе будильника 4 Буд.1, Буд.2, Буд.3- задается время; Если планируете использовать только один будильник - задайте время трех одинаковым.
При графике смен: Ежедневно. Если нажать кнопки Выкл.Буд. в режиме задания параметров - произойдет выход из настроек без сохранения.
Корректировка: При корректировки применяется следующий способ: +/- Ч.Д, где: Ч - количество секунд корректируемое в час (max 9). Д - секунды корректируемое в день. ВНИМАНИЕ! При выключенном питании корректировка не осуществляется. При включении - проверьте правильность времени.