Аналоговые цифровые часы: 4 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Причина создания этих часов заключалась в том, что мои оригинальные часы IKEA больше не работали, и мне очень понравился корпус этих часов. Я счел бесполезным выбрасывать часы и решил повторно использовать их для аналоговых / цифровых часов.

Я мог бы сделать стандартные часы, но решил сделать что-то другое. Как и любые другие часы, они показывают время, но не стандартным образом. Часы показывают время с помощью 60 двухцветных красно-зеленых светодиодов. Красные светодиоды используются для отображения часов, а зеленые светодиоды - минут. Секунды отображаются движущимся желтым (красный + зеленый) светодиодом и мигающим желтым светодиодом в центре часов.

Чтобы знать, как читать часы, требуется некоторая практика. Поскольку светодиоды используются для отображения как часов, так и минут, требуется особый способ представления времени. Время отображается в виде полосы светодиодов, где самая длинная полоса показывает часы или минуты. Если самая длинная полоса представлена часами, то более короткая полоса представляет минуты зеленым цветом, а оставшаяся часть показывает часы красным цветом. Чтобы часы были более удобочитаемыми в случае коротких полосок, я добавил индикатор часа с помощью красного светодиода. Если минуты становятся больше часов, полоски меняются местами, то есть все предыдущие зеленые минуты становятся красными, чтобы показать часы, а оставшаяся часть будет показывать минуты, поэтому на самом деле почти весь зеленый цвет становится красным, и наоборот.

Объяснить, как это работает, довольно сложно, поэтому посмотрите видео. Из-за мультиплексирования светодиодов создается впечатление, что светодиоды мигают на видео. Это фиксируется только камерой, а не человеческим глазом.

Как всегда, я построил этот проект на своем любимом микроконтроллере PIC, используя язык программирования JAL, но вы также можете использовать Arduino.

Шаг 1: Дизайн

Всего я сделал три разных версии часов, прежде чем остался доволен. Эти версии были разработаны следующим образом:

1. Использование стандартного кристалла 20 МГц для ПОС. При такой конструкции часы не синхронизировались на 1 секунду после одного дня работы. Это было уже слишком. К тому же время терялось при выключении часов, так как в конструкции не было резервного аккумулятора.
2. Используя модуль часов DS1302. Плюс этого модуля в том, что он имеет резервную батарею, поэтому время не теряется при выключении часов. Когда я тестировал часы с этим модулем, часы не синхронизировались 7 секунд! через один день. Я думаю, это связано либо с неправильным кристаллом, либо с плохой конструкцией печатной платы.
3. Используя модуль часов DS3231. Этот модуль также имеет резервную батарею, и он более точен, чем DS1302. Часы отлично работали с этим модулем, поэтому я использовал его для окончательного дизайна. Из-за этого ПИК больше не нуждался в кристалле.

Полный проект представлен на трех принципиальных схемах:

1. Контроллер часов с помощью PIC
2. Светодиодный драйвер с использованием регистров сдвига
3. 60 двухцветных светодиодов

Шаг 2: Необходимые компоненты

Для этого проекта вам понадобятся следующие компоненты:

• Кусок макета
• Микроконтроллер PIC 16F1823
• 3 сдвиговый регистр 74HC595
• 1 транзисторная матрица Дарлингтона ULN2803A
• Разъемы IC: 1 * 14-контактный, 3 * 16-контактный, 1 * 18-контактный
• Модуль часов DS3231
• 2 кнопочных переключателя
• Резисторы: 2 * 33к, 8 * 100 Ом, 8 * 47 Ом
• 1 электролитический конденсатор 100 мкФ / 16В
• 4 конденсатора 100 нФ
• Светодиоды: 60 двухцветных (красный / зеленый) 2 мм, желтый 1 5 мм
• Штекер 3 мм
• Адаптер на 5 Вольт, например тот, который используется для зарядки смартфона. Убедитесь, что это настоящий источник питания на 5 В.
• Дополнительно: разъемы для подключения внешних частей к макетной плате.
• Kynar средство для зачистки проводов и проводов
• Корпус для ваших часов.

См. Принципиальные схемы подключения компонентов. Это требует некоторой пайки, особенно для подключения 60 светодиодов. Принципиальные схемы включены в zip-файл.

Шаг 3: создание часов

Посмотрите на фотографии, как я строю часы. Я начал с удаления внутренней части оригинальных часов, после чего просверлил 60 отверстий диаметром 2 мм для двухцветных светодиодов на передней панели. Затем я покрасил переднюю панель в черный цвет и добавил кусок пластика, чтобы закрыть отверстие, в котором находились оригинальные стрелки часов. Теперь желтый светодиод находится в этом месте.

Затем я установил все 60 светодиодов, приклеил их горячим клеем и соединил проводом Kynar друг с другом. И последнее, но не менее важное: я собрал макетную плату со всеми компонентами.

На задней крышке я установил две кнопки и разъем питания. Забудьте о дополнительной пластине, которую я приклеил сзади, как показано на картинке. Я добавил это, потому что в моем первом дизайне кнопки были расположены там, но мне нужно было их переместить, потому что мне нужно было добавить модуль DS3231, и я мог только найти место, где эти кнопки были, когда я делал свой первый дизайн.

Шаг 4: Программное обеспечение

Как уже упоминалось, программное обеспечение написано для PIC16F1823 с использованием языка программирования JAL. PIC работает на внутренних тактовых частотах 32 МГц. Как упоминалось ранее, синхронизация часов выполняется модулем синхронизации DS3231.

Программа выполняет следующие основные задачи:

• Инициализация модуля DS3231 с использованием интерфейса I2C. Модуль генерирует 1-секундный сигнал, который подключается к выводу прерывания PIC. PIC использует это прерывание в 1 секунду для считывания времени из модуля DS3231.
• Управление 60 двухцветными светодиодами через регистры сдвига. На принципиальной схеме видно, что светодиоды соединены в матрицу 16 на 8. Это уменьшает количество проводов, необходимых для подключения всех светодиодов. Эта матричная конструкция требует, чтобы PIC мультиплексировал светодиоды, чтобы иметь возможность зажигать их индивидуально. Мультиплексирование светодиодов выполняется на основе прерывания, где частота обновления составляет 70 Гц, что невидимо для человеческого глаза.
• Работа с кнопками. Они используются для установки времени, один для установки часов, а другой для установки минут. Обе кнопки необходимо нажать, чтобы активировать режим установки времени. Когда выбран режим установки времени, желтый светодиод будет постоянно гореть. После 5 секунд неиспользования кнопок часы вернутся к нормальному режиму работы, и желтый светодиод начнет мигать.

Посмотрите второе видео о том, как установить время.

Исходный файл JAL и файл Intel Hex для программирования PIC прилагаются в zip-файле. Если вы заинтересованы в использовании микроконтроллера PIC с JAL - языком программирования, подобным Pascal, - посетите веб-сайт JAL.

Получайте удовольствие, создавая свой собственный проект и с нетерпением жду вашей реакции.