В статье представлена конструкция простых электронных часов, индикация времени в которых отображается с помощью 72 светодиодов, установленных по периметру циферблата.
Рассмотрев конструкцию часов, приведенную в [1], автору понравилась эта идея. Было решено повторить конструкцию, но использовать для этого иную элементарную базу. В процессе отладки часов, экспериментируя с различными способами отображения времени, автор пришел к выводу, что всевозможные визуальные и звуковые эффекты хороши на выставке, но не в реальной жизни, когда нужно просто узнать который час.
Таким образом, получились простые часы без особых спецэффектов, имеющие два ряда светодиодов: 60 «минутных» и 12 «часовых» (см. фото 1). «Часовые» светодиоды горят постоянно одновременно с соответствующим «минутными» светодиодами. Это сделано для того, чтобы отчетливо видеть «картинку» циферблата. «Часы» отображаются перемигиванием «часового» и соответствующего ему «минутного» светодиодов с частотой 2Гц. Это создает короткую бегущую строку и позволяет быстро сориентироваться во времени. Минуты индицируются числом зажженных подряд «минутных» светодиодов. Оказалось, что использование такой индикации для отсчета количества минут воспринимается довольно трудно, поэтому для привлечения внимания светодиод текущей минуты сделан мигающим с частотой 1 Гц.
Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис.1. Основа устройства – недорогой программируемый микроконтроллер (VR) DD1 типа PIC16F73, тактируемый с помощью внутреннего генератора с внешним кварцевым резонатором ZQ1 частотой 4МГц. К МК подключены две светодиодные линейки HL1-HL12 для индикации часов и HL13-HL72 для индикации минут.
Питание часов осуществляется от сетевого блока питания (БП) с выходным напряжением 5 В. Для контроля наличия сетевого напряжения используется сигнал, поступающий на вход RA5 через делитель R1R2. При отсутствии сетевого питания схема питается от батареи, светодиодная индикация часов отключается, и ток потребления устройства снижается до 0,4 мА.
Работа часом организована следующим образом. Отсчет времени производится по прерываниям при переполнении таймера T0 каждые 250 мкс. По этим прерываниям осуществляется пересчет счетчиков секунд, минут, часов, а также вспомогательных счетчиков. Каждые 500 мкс вызывается подпрограмма обновления «часовой» линейки светодиодов, а каждую 1 мс – подпрограмма обновления «минутной» линейки светодиодов, что обеспечивает частоту обновления индикации 83,3 Гц.
Кнопка SB1 служит для установки текущего времени. При однократном нажатии кнопки показания часов увеличиваются на 1 минуту с обнулением счетчика секунд. При удерживании кнопки происходит ускорение хода часов со скоростью 4 минуты за 1 секунду с одновременной индикацией текущего времени.
Конструкция и детали
За исключением светодиодов все элементы схемы расположены на печатной плате размерами 63*53 мм, чертеж которой (со стороны печатных проводников) вместе с расположением элементов показан на рис.2. В конструкции использованы элементы для поверхностного монтажа: резисторы типоразмера 1206, неполярные конденсаторы 0805 и транзисторы SOT32. Остальные элементы – выводные. Кнопка SB1 запаяна со стороны печатных проводников для того, чтобы вывести ее на переднюю панель часов. Светодиодные линейки подключаются к плате шлейфовыми кабелями через размеры XT1, XT2, а БП – через разъем ХТ3. Для сетевого питания часов использовано телефонное зарядное устройство со стабилизированным выходным напряжением 5 В.
Светодиоды можно использовать любые яркие, предпочтительно с большим углом обзора.
В качестве источника резервного питания GB1 использована батарея типа CR2032 напряжением в 3 В. Она установлена в разъем, выпаянный из компьютерной материнской платы.
Циферблат часов, являющихся их основанием, изготовлен из гетинакса толщиной 2 мм, на который наклеена декоративная самоклеющаяся пленка. В циферблате просверлены отверстия, в которые вставлены светодиоды и закреплены клеем «Момент». Использование этого или подобного ему клея позволяет легко демонтировать светодиоды, случайно вышедшие из строя при пайке.
Разводка светодиодов выполнена одножильным проводом в изоляции. Разводка «минутных» светодиодов производится в соответствии с принципиальной схемой рис. 1. Катоды десятков светодиодов соединяют вместе и подключают к соответствующим линиям разъема ХТ2, а аноды по одному из каждого десятка. Разводка «часовых» светодиодов производится по схеме, показанной на рис. 3.
Печатная плата закрепляется на основании таким образом, чтобы кнопка SB1располагалась в центре циферблата. По периметру основания автор закрепил термоклеем гибкий мебельный Т-профиль шириной 20 мм, используемый для оторцевания столешниц, а место соединения сплавил паяльником. Внешний вид монтажа с тыльной стороны часов показан на фото 2.
Практика использования часов показала, что сами часы смотрятся довольно просто из-за большого количества пустого пространства в центре «циферблата». Будет правильней изготовить циферблат из полупрозрачного материала, наклеить на него непрозрачные цифры от 1 до 12 или часовые метки, а сам циферблат подвесить снизу любым доступным способом.
Сборка и наладка
Правильно собранные часы в наладке не нуждаются. Из-за различий в характеристиках светодиодов разных типов, может понадобиться подбор сопротивлений резисторов R5-R18, чтобы добиться одинаковой яркости свечения обеих светодиодных линеек.
Так как в схеме часов использован кварцевый генератор, то их ход довольно точен, но, несмотря на это, в программу введена возможность автоматической коррекции времени с использованием калибровочной константы. Однако из-за отсутствия в использованном МК энергозависимой памяти, для ее введения придется перекомпилировать программу. Подобно об использовании калибровочной константы описано в тексте порграммы.
Скачать архив к проекту (файл с исходником программы на ассемблере, файл прошивки МК (НЕХ-файл) и файл чертежа печатной платы в формате программы Sprint LayOut).
Источник: Радиоаматор №9, 2014
Автор: Дмитрий Карелов, г. Кривой Рог
