Představujeme další stavebnici společnosti Tipa - PT038, jednoduché digitální hodiny s mikrokontrolérem Atmel 89C2051. Toto zařízení jsme pro Vás připravili s ohledem na nízkou pořizovací cenu a možnost využití v běžném životě. Časomíra tak může být zajímavým doplňkem Vaší domácnosti či jiného tvůrčího prostředí
Základní údaje
Napájecí napětí
4,5 - 20V
Proudový odběr
max 135mA
Displeje
Toshiba GREEN 20 mm
Rozměry DPS
66 x 38 mm
Popis zapojení
Všechny podstatné funkce hodin
jsou ukryty v řídicím software uC Atmel, tedy v obvodu IC1. Ten budí displeje, řídí jejich
multiplexní režim, a samozřejmě rovněž čítá běžící čas. Taktovací kmitočet
udává externí krystal Q1 12MHz.
Program nahraný v obvodu 89C2051 si
můžete volně stáhnout na
http://www.postreh.com/phprs/download/pt038.c
a dle libosti upravovat (jazyk C).
Přeložený binární kód zde:
http://www.postreh.com/phprs/download/pt038.bin
My se teď zaměříme na popis funkce externích
komponent.
Nostalgicky vyhlížející axiální (ležatý) kondenzátor C5
z produkce TESLY ve spojení s rezistorem R9 vytváří resetovací člen.
Po prvním připojení k napájení se chvíli nabíjí C5 (je tedy průchozí) a na
reset IC1 se tak po omezenou dobu přivede kladné napájecí napětí, což je
logická 1, která způsobí vyresetování IC1. Reset nemůže trvat věčně, proto po
nabití C5, kdy se stane v podstatě neprůchodnou součástkou, hraje prim
rezistor R9, přes který je přiváděna pouze logická 0 (zem) a reset je tak
deaktivován.
IC2 7805 je obyčejným 5V stabilizátorem - AT89C2051 je
možné provozovat pouze pro napětí blízké pěti voltům. IC2 tedy umožňuje
připojit i napětí vyšší. (Při Uz=4,5-5,5V IC2 neosazujte a propojte na dps jeho
krajní zdířky.)
R1-R8 slouží k takzvanému posílení výstupů
obvodu Atmel. Ten má logickou jedničku velmi „měkkou", to znamená se schopností
dodat velmi omezený proud. Displej by tak vůbec nevybudil. Naopak logickou nulu
má o poznání „tvrdší" (proudově silnější). Pokud to máme hodně zjednodušit, tak
v případě, že je na výstupech IC1 logická nula, je napětí z rezistorů
R1-R8 sváděno na zem (logické nuly na výstupech IC1). V případě, že jsou
na výstupech IC1 logické jedničky, je kladné napětí a proud z rezistorů
R1-R8 nápomocno pro vybuzení displejů. Displeje Toshiba jsou realizovány se
společnou katodou - jednotlivé segmenty se budí kladným napájecím napětím,
protože jejich země jsou spojeny do jednoho celku. Ale zároveň každá číslice má
zem oddělenou. Toho se dá využít pro multiplexní buzení displeje. Někteří z Vás
možná ještě netuší, jak funguje, pokusíme se jej tedy laicky přiblížit.
Multiplex je
založen na tom, že v jednu chvíli svítí vždy jen jedno číslo (v tomto
případě jedno ze čtyř). Pokud máme čas 19:23, tak kupříkladu jako první
zobrazím číslo 1 na pozici jedna, poté číslo 9 na pozici dva, následuje 2 na
pozici tři a nakonec 3 na pozici čtyři. Přepínání mezi jednotlivými zobrazovači
a vykreslování dotyčných čísel se však děje s takovou rychlostí, že to
naše oko nedokáže postřehnout. Ono vykreslování vždy jen jedné číslice umožňují
oddělené země jednotlivých číslic. V praxi je z mikrokontroléru
například vysláno číslo „3" do všech displejů (jak vidíte ve schématu, stejné
segmenty jsou vzájemně vodivě propojeny), ale zem (log. 0) byla přivedena pouze
na jednu z katod (K1-K2 DT1 a DT2 ). A v tom spočívá celý multiplex.
Podstatné je synchronizovat vysílání dat a přepínání jednotlivých číslic ve
správný okamžik.
Tlačítky S1 a S2 nastavujete čas hodin, dioda LD1
indikuje čítání sekund.
Konstrukce a oživení
Řiďte se zásad, které jsou uvedeny
na zavíracím kartonu. Jako první osazujte drátové propojky PR1-PR11. Ano, PR8 a
PR9 mají společnou jednu jedinou zdířku, ta je ovšem vyvrtána větším průměrem
vrtáku a připravena pojmout dva vodiče. U PR10 a PR11 si dejte pozor, aby po
osazení patice či rovnou obvodu IC1 nedošlo k vodivému spojení některého
z pinů IC1 s drátovými propojkami. Doporučujeme využít přikládané
patice pro obvod IC1. Např. pro případ, že byste chtěli SW uC Atmel někdy pozměnit.
V případě, že zapájíte přímo obvod IC1, nejsme při případných problémech
schopni obvod otestovat v programátoru a posoudit vaši případnou
reklamaci.
Všimněte si, že jsme na plošném
spoji vytvořili pájecí plošky. Ty slouží k připájení tvrdých měděných
drátů a tím vytvoření buďto poutka pro připevnění na zeď, nebo nožiček
v případě potřeby postavit hodiny například na Váš pracovní stůl. Aby
mohly hodiny stát a nepřevážily se, vyžadují určitý sklon (patrný na
obrázcích). Při tomto stolním provedení pájíme displeje DT1 a DT2 také
s určitým sklonem, který nepatrně vyvažuje naklonění hodin (aby
nedošlo k tak výraznému záklonu displejů). Vy si stojánek
můžete udělat pochopitelně dle vlastní fantazie a i tak, aby žádných záklonů
nebylo zapotřebí. Berte to pouze jako inspiraci.
Vzhledem
k propojkám PR7 a PR8 doporučujeme umístit R8 pár milimetrů (cca 3) nad
plošný spoj, čímž zamezíme přímému dotyku pouzdra rezistoru
s propojkami a opět možnosti nechtěného zkratu. IC2 připevněte k DPS šroubkem a
matičkou.
Rozpis součástek
R1-R8 220R
R9 10k
C1-C2 2n2
C3-C4 27p
C5 10u TESLA
LD1 zelená LED 2x5mm
Q1 krystal 12MHz
DT1-DT2 displej Toshiba T
G324 7D
IC1 89C2051
IC2 7805
X1 svorkovnice AK500/2
S1-S2 mikrospínače s výškou tlačítka 3-4mm
Patice DIL20
Plošný spoj PT038
***
určeno prioritně pro účely
výuky, zdroj: http://www.kmitl.ac.th/~kswichit/clock/clock.htm