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