Часы на микроконтроллере и индикаторе ив 3. Схема простейших электронных часов

Принципиальная схема часов представлена на рис. Часы реализованы на пяти микросхемах. Генератор минутной последовательности импульсов выполнен на микросхеме К176ИЕ12. Задающий генератор использует кварцевый резонатор РК-72 с номинальной частотой 32768 Гц. Кроме минутной микросхема позволяет получить последовательности импульсов с частотами следования 1, 2, 1024 и 32768 Гц. В данных часах используются последовательности импульсов с частотами следования: 1/60 Гц (вывод 10) — для обеспечения работы счетчика единиц минут, 2 Гц (вывод 6) — для первоначальной установки времени, 1 Гц (вывод 4) — для «мигающей» точки. При отсутствии микросхемы К176ИЕ12 или кварца на частоту 32768 Гц генератор может быть выполнен на: других микросхемах и кварце на другую частоту.
Счетчики и дешифраторы единиц минут и единиц часов выполнены на микросхемах К176ИЕ4, обеспечивающих счет до десяти и преобразование двоичного кода в семиэлементный код цифрового индикатора. Счетчики и дешифраторы десятков минут и десятков часов выполнены на микросхемах К175ИЕЗ, обеспечивающих счет до шести и дешифрирование двоичного кода в код цифрового индикатора. Для работы счетчиков микросхем К176ИЕЗ, К176ИЕ4 необходимо, чтобы на выводы 5, 6 и 7 подавался логический 0 (напряжение, близкое к 0 В) или эти выводы были соединены с общим проводом схемы. Выводы(вывод 2) и входы (вывод 4) счетчиков минут и часов соединяются последовательно.

Установка 0 делителей микросхемы К176ИЕ12 и микросхемы К176ИЕ4 счетчика единиц минут осуществляется подачей на входы 5 а 9 (для микросхемы К176ИЕ12) и на вход 5 (микросхемы К176ИЕ4) положительного напряжения 9 В кнопкой S1 через резистор R3. Первоначальная установка времени остальных счетчиков осуществляется подачей на вход 4 счетчика десятков минут с помощью кнопки S2 импульсов с частотой следования 2 Гц. Максимальное время установки времени не превышает 72 с.
Схема установки 0 счетчиков единиц и десятков часов при достижении значения 24 выполнена на диодах VD1 и VD2 и резисторе R4, реализующих логическую операцию 2И. Установка в 0 счетчиков происходит тогда, когда на анодах обеих диодов появится положительное напряжение, что возможно только при появлении числа 24. Для создания эффекта «мигающей точки» импульсы с частотой следования 1 Гц с вывода 4 микросхемы К176ИЕ12 подаются на точку индикатора единиц часов или на сегмент г дополнительного индикатора.
Для часов целесообразно использовать семиэлементные люминесцентные цифровые индикаторы ИВ-11, ИВ-12, ИВ-22. Такой индикатор представляет собой электронную лампу с оксидным катодом прямого накала, управляющей сеткой и анодом, выполненным в виде сегментов, образующих цифру. Стеклянный балон индикаторов ИВ-11, ИВ-12 цилиндрической, ИВ-22 — прямоугольной формы. Выводы электродов у ИВ-11 — гибкие, у ИВ-12 и ИВ-22 — в виде коротких жестких штырей. Отсчет номеров ведется по часовой стрелке от укороченного гибкого вывода или от увеличенного расстояния между штырями.
На сетку и на анод должно подаваться напряжение до 27 В. В данной схеме часов на анод и сетку подается напряжение +9 В, так как использование более высокого напряжения требует дополнительно 25 транзисторов для согласования выходов микросхем, рассчитанных на питание 9 В с напряжением 27 В, подаваемым на сегменты анодов цифровых индикаторов. Снижение напряжения, подаваемого на сетку и анод, уменьшает яркость свечения индикаторов, однако она остается на достаточном для большинства случаев применения часов уровне.
Если указанных индикаторов нет, то можно использовать индикаторы типа ИВ-ЗА, ИВ-6, имеющие меньшие размеры цифр. Напряжение накала нити катода лампы ИВ-ЗА 0,85 В (потребляемый ток 55 мА) ИВ-6 и ИВ-22 — 1,2 В (ток 50 и 100 мА соответственно), у ИВ-11, ИВ-12 — 1,5 В (ток 80 — 100 мА). Один из выводов катода, соединенный с токопроводящим слоем (экраном), рекомендуется соединять с общим проводом схемы.
Питающее устройство обеспечивает работу часов от сети переменного тока 220 В. Оно создает напряжение +9 В для питания микросхем и сеток ламп, а также переменное напряжение 0,85 — 1,5 В для накала катода и ламп индикаторов.
Питающее устройство содержит понижающий трансформатор с двумя выходными обмотками, выпрямитель и фильтрующий конденсатор. Дополнительно устанавливается конденсатор С4 и наматывается обмотка для питания накальных цепей катодов ламп. При напряжении накала катода 0,85 В необходимо намотать 17 витков, при напряжении 1,2 В — 24 витка, при напряжении 1,5 В — 30 витков проводом ПЭВ-0,31. Один из выводов соединяется с общим проводом (— 9 В), второй — с катодами ламп. Последовательное включение катодов ламп не рекомендуется.
Конденсатор С4 емкостью 500 мкФ кроме уменьшения пульсаций питающего напряжения позволяет обеспечить работу счетчиков часов (сохранение времени) примерно в течение 1 мин при выключении сети, например, при переносе часов из одной комнаты в другую. Если возможно более длительное выключение напряжения сети, то параллельно конденсатору следует включить батарейку «Крона» или аккумулятор типа 7Д-0Д с номинальным напряжение»- 7,5 — 9 В.
Конструктивно часы выполнены в виде двух блоков: основного и питающего. Основной блок имеет размеры 115X65X50 мм, питающее устройстве» 80X40X50 мм. Основной блок установлен на подставке от письменного прибора.

Литература

Довольно давно назрела идея сменить у себя старые часы - ни точностью хода, ни особым внешним видом они не отличались. Идея то есть, а вот со стимулом - то времени нет, то желания делать из стандартного новодела китайцев... в общем полный швах. И вот, однажды, по дороге домой, зайдя в один магазинчик торгующий неликвидами, на глаза попалась витрина с радиолампами времен СССР. Среди всего прочего заинтересовала сиротливо лежащая в уголке лампочка ИВ-12. Помня реплики продавца в прошлом: "все что есть - на витрине", даже без энтузиазма спросил. … "Чудо, чудо, свершилось чудо!" - обнаружилось, что этих индикаторов у них аж целая коробка! Блин, нет бы раньше.... в общем закупился я...

В предвкушении вернувшись домой первым делом подал на них напряжение - работают! Вот, вот он пинок под мохнатый хвост, вот он стимул видеть у себя это чудо в действии - работа закипела.

Техзадание:

1. Собственно часы;
2. Будильник;
3. Встроенный календарь (учитываем число дней в феврале, в т.ч. в високосном году) + просчет дня недели;
4. Автоматическая регулировка яркости индикатора.

В схеме ничего нового и сверхъестественного: часы реального времени DS1307, динамическая индикация, несколько кнопок управления, все это под управлением ATmega8. Для замера освещенности в комнате применен фотодиод ФД-263-01, как наиболее чувствительный из доступных. Правда у него со спектральной чувствительностью косяк есть небольшой - пик чувствительности находиться в инфракрасном диапазоне и как следствие он на отлично чует свет солнца/ламп накаливания, а люминесцентных ламп/светодиодного освещения - на троечку.

Анодные/сеточные транзисторы - BC856, PNP с максимальным рабочим напряжением 80в. Для индикации секунд поставил завалявшийся меньший по габаритам ИВ-6, так как оный имеет и меньшее напряжение накала - гасящий резистор на 5,9Ом ему в помощь.

Под сигнал будильника - пьезоизлучатель со встроенным генератором HCM1206X. Плата разведена под: резисторы 390К 1206 габаритом, остальные 0805, транзисторы в SOT23, стабилизатор 78L05в SOT89, защитные диоды в SOD80, трех вольтовая батарейка 2032, ATmega8 и DS1307 в DIP корпусе. От блока питания вся схема потребляет по линии +9в до 50мА, накал - 1,5в 450мА, накал относительно земли находиться под потенциалом -40в, потребление - до 50мА. Итого в сумме максимум 3Вт.

Панельку под индикаторы достать не удалось - слишком уж дефицитная даже под заказ вещица, в замен использовал "втулки" от пары разломанных разъемов модемного кабеля RS-232. "Хвост" у них отрезаем - выходит компактней родных панелек. (прим. - посадочное место сверлите аккуратней, пятачки маленькие)

Первые пробы:

Точность хода кварцевого генератора DS1307 оставляет желать лучшего - после промывки платы и подбора емкостей обвязки кварца удалось добиться что то около +/-2 сек в сутки. Точнее - частота плывет от температуры, влажности и положения планет - совсем не то, что хотелось. Помозговав немного над проблемой, решился - заказал микросхемку DS32KHZ - довольно популярный термокомпенсированный кварцевый генератор.
Выпаиваем кварц и на освободившееся место на кусочке текстолита удобно размещается этот зверек. Подключение - теперь уже проводками к рядом расположенной DS1307.

Генератор не зря такой дорогой - с ним по справочнику производитель обещается повысить точность часов до +/- 0,28 сек в сутки. В реальности же при допустимых режимах питания и температурном диапазоне мне не удалось увидеть изменение частоты от внешних факторов. В тестовом режиме, в условии комнаты часы проработали около недели, 2 дня из которых они пребывали в летаргическом сне кормясь от штатной батарейки - спустя погрешность если верить службам точного времени не превышала... +0,043 сек в сутки!!! Вот оно счастье! Точнее увы, за такой короткий срок измерить не удалось.

Сборка корпуса:

После сбора корпуса и "причесывания" прошивки у часов осталось 3 кнопки: условно назовем их "А" "В" "С".

В нормальном состоянии кнопка "С" отвечает за переключение режима с отображения времени "часы - минуты" на дату "число - месяц", секундный индикатор при этом отображает день недели, деле на год, далее в режим "минуты - секунды", по четвертому нажатию - в первоначальное состояние. Кнопка "А" при этом быстрый переход в отображение времени.

Из режима "часы - минуты" кнопка "А" переключает по кругу в режим "настройка будильника" / "настройка времени, даты" / "настройка яркости индикатора". При этом кнопка "В" - переключает по разрядам, а "С" - собственно изменяет выбранный разряд.

Режим "настройка будильника", буква А (Alarm) на среднем индикаторе означает что будильник включен.

Режим "настройка времени, даты" - когда выбран разряд "секунды" кнопка "С" - округляет их (с 00 до 29 сбрасывает их в 00, с 30 до 59 сбрасывает в 00 и добавляет +1 к минуте).

В режиме "настройка времени, даты" на выводе SQW м/с DS1307 меандр 32,768кГц - необходим при подборе кварца/емкостей к генератору, в остальных режимах на нем 1Гц.

Режим "настройка яркости индикатора": "AU" - автоматический, показывает измеренную освещенности в у.е. "US" - ручная настройка в тех же единицах. Фух, вроде ни чего не забыл.

Часы в сборе:

Прошивка и печатную плату можно скачать по этой ссылке:

Добрый вечер хабражители.
Многих заинтересовала моя идея часов на вакуумно люминесцентных лампах.
Сегодня я расскажу как создавались эти часы.

Индикаторы

В первую очередь, хочется отметить, откуда можно найти лампы, которые выпускались в 1983 году.
Митинский рынок. Много и разных. В коробочках и на платах. Простор для выбора есть.
Другим городам сложнее, может повезет и Вы найдете в местном радио магазине. Такие индикаторы стоят во многих отечественных калькуляторах.
Можно заказать с Ebay, Да Да, Русские индикаторы на аукционе. В среднем 12$ за 6 штук.

Управление

Драйверы

Печатная плата

Блок питания

В последствии, я заменил трансформатор на импульсный. Рекомендую взять за основу блок питания для галогеновых ламп, на самую малую мощность. Останется только домотать обмотки на нужные напряжения.
Возможно, получится так, что для накала 1 витка мало, а 2 много. Тогда мотаем 2 витка и ставим последовательно токоограничивающий резистор на 1-5 Ом

Вот такой «электронный трансформатор» с открытой крышкой

Могу предложить вариант изготовления блока питания из неисправной энергосберегающей лампы. Описал я его , кому стало интересно - загляните.

Прошивка

На этом все.

P.S. Материал может содержать орфографические, пунктуационные, грамматические и другие виды ошибок, включая смысловые. Автор будет благодарен за сведения о них ©

UPD: По просьбе добавляю еще пару фотографий.

Была затея создать часы на лампах ИВ, в закромах лежало пять новых ламп ИВ-11 и столько же ИВ-6, осталось только их применить.
что должны были в себе содержать часы:
1. Текущее время;
2. Будильник;
3. Встроенный календарь (учитываем число дней в феврале, в т.ч. в високосном году) + просчет дня недели;
4. Автоматическая регулировка яркости индикатора;
5. Звуковой сигнал каждый час.
Вот основные составные любых часов. Регулировка яркости нужна из-за того что лампы ИВ днем светят нормально, а в темное время суток они уж очень яркие и слепят, особенно ночью когда спишь.
Схема часов

В схеме ничего нового и сверхъестественного: часы реального времени DS1307, динамическая индикация, несколько кнопок управления, все это под управлением ATmega8.
Для замера освещенности в комнате применен фотодиод ФД-263-01, как наиболее чувствительный из доступных. Правда у него со спектральной чувствительностью косяк есть небольшой - пик чувствительности находиться в инфракрасном диапазоне и как следствие он на отлично чует свет солнца/ламп накаливания, а люминесцентных ламп/светодиодного освещения - на троечку.
Анодные/сеточные транзисторы - BC856, PNP с максимальным рабочим напряжением 80в.
Для индикации секунд меньший по габаритам ИВ-6, так как он имеет меньшее напряжение накала - гасящий резистор на 5-10Ом ему в помощь.
Под сигнал будильника - пьезоизлучатель со встроенным генератором на 5В.
От блока питания вся схема потребляет по линии +9в до 50мА, накал - 1,5в 450мА, накал относительно земли находиться под потенциалом -40в, потребление - до 50мА. Итого в сумме максимум 3Вт.
Точность хода кварцевого генератора DS1307 оставляет желать лучшего - после промывки платы и подбора емкостей обвязки кварца удалось добиться что то около +/-2 сек в сутки. Точнее - частота плывет от температуры, влажности и положения планет - совсем не то, что хотелось. Помозговав немного над проблемой, решился - заказал микросхемку DS32KHZ - довольно популярный термокомпенсированный кварцевый генератор.
Генератор не зря такой дорогой - с ним по справочнику производитель обещается повысить точность часов до +/- 0,28 сек в сутки. В реальности же при допустимых режимах питания и температурном диапазоне мне не удалось увидеть изменение частоты от внешних факторов.
После сбора корпуса и "причесывания" прошивки у часов осталось 3 кнопки: условно назовем их "А" "В" "С".
В нормальном состоянии кнопка "С" отвечает за переключение режима с отображения времени "часы - минуты" на дату "число - месяц", секундный индикатор при этом отображает день недели, деле на год, далее в режим "минуты - секунды", по четвертому нажатию - в первоначальное состояние. Кнопка "А" при этом быстрый переход в отображение времени.
Из режима "часы - минуты" кнопка "А" переключает по кругу в режим "настройка будильника" / "настройка времени, даты" / "настройка яркости индикатора". При этом кнопка "В" - переключает по разрядам, а "С" - собственно изменяет выбранный разряд.
Режим "настройка будильника", буква А (Alarm) на среднем индикаторе означает что будильник включен.
Режим "настройка времени, даты" - когда выбран разряд "секунды" кнопка "С" - округляет их (с 00 до 29 сбрасывает их в 00, с 30 до 59 сбрасывает в 00 и добавляет +1 к минуте).
В режиме "настройка времени, даты" на выводе SQW м/с DS1307 меандр 32,768кГц - необходим при подборе кварца/емкостей к генератору, в остальных режимах на нем 1Гц.
Перед включением часов нужно подобрать протекающий ток через нити накала, он настраивается визуально чтоб нити накала на всех лампах в темноте были чуть красные, так они проживут дольше

Режим "настройка яркости индикатора": "AU" - автоматический, показывает измеренную освещенности в у.е. ;) "US" - ручная настройка в тех же единицах.

DS1307 и DS32KHZ питаются от батарейки CR2032 и когда пропадает питание время не сбивается, а продолжает ход, отключается только Мега8 и все ее обвязка с индикаторами, а стабилизированный кварц и часы реального времени продолжают свою работу, потребляют они крайне мало и батарейки должно хватить на очень долго.

Яркость может регулироваться как вручную так и автоматически, так как простой фотодиод меня не устраивал по своим параметрам то пришлось лепить фотореле по схеме ниже:

фотодиод любой, я использовал ФД-К-155, подстроечный резистор нужен для определения яркости срабатывания, вместо реле нужно ставить низковольтное герконовое реле, с его выводов общий цепляем на общий провод часов, а два остальные через переменные резисторы 10-500кОм вместо фотодиода на порт PC0 контроллера, таким образом резистор будет собой заменять фотодиод и определенным номиналом резистора можно подстроить нужную вам яркость которая будет днем и ночью когда будет срабатывать фотореле.

Фьюзы ATmega8 на внутренний генератор 8 Мгц:

Вот собственно что получилось в железе:

Предлагаю для обзора и возможно повторения данную конструкцию часов на советских люминесцентных индикаторах ИВ-11.

Схема (рисунок 1) довольна проста и при правильной сборке работает сразу. В основе часов лежит микросхема к176ие18 и представляет собой специализированный двоичный счётчик с генератором и мультиплексором.

В состав микросхемы К176ИЕ18 входит генератор (выводы 12 и 13), рассчитанный на работу с внешним кварцевым резонатором частотой 32 768 Гц, и два делителя частоты с коэффициентами деления 215=32768 и 60.

К176ИЕ18 имеет специальный формирователь звукового сигнала. При подаче на вход вывод 9 импульса положительной полярности с выхода микросхемы К176ИЕ13 на выводе 7 К176ИЕ18 появляются пачки отрицательных импульсов с частотой заполнения 2048 Гц и скважностью 2. Длительность пачек - 0,5 с, период заполнения - 1 с.

Рис. 1. Схема электроных часов на микросхемах серии К176 и индикаторах ИВ-11.

Выход звукового сигнала (вывод 7) выполнен с "открытым" стоком и позволяет подключать излучатели сопротивлением более 50 Ом без эмиттериых повторителей. За основу мною была взята схема с сайта "radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1480".

При сборке были обнаружены значительные ошибки автора данной статьи в печатной плате и нумерации некоторых выводов, кроме того предложеный автором вариант печатки был выполнен в лаеуте,что не очень удобно и плюс ко всему вид со стороны деталей одновременно с проводниками со стороны пайки.

Проще говоря вид с верху в прозрачном варианте, при нанесении рисунка проводников требуется делать перевертыш печатки по горизонтали в зеркальном варианте, еще один минус.

Исходя из всего этого исправил все ошибки в разводке печатки и перевел сразу в зеркальном отбражении. На фото (рисунок 2) представлена печатная плата автора с неправильной разводкой. На фото (рисунки 3 и 4) моя версия, исправленая отзеркаленая печатка вид со стороны дорожек.

Рис. 2. Оригинальная печатная плата (с ошибками!).

Рис. 3. Исправленая отзеркаленая печатка для схемы часов, вид со стороны дорожек (индикаторы).

Рис. 4. Исправленая отзеркаленая печатка для схемы часов, вид со стороны дорожек (логика).

Теперь несколько слов по схеме. При сборке и опробовании схемы столкнулся с теми же проблемами что и людей оставивших коментарии у автора, а именно: нагрев стабилитронов, сильный нагрев транзисторов в преобразователе, нагрев гасящих конденсаторов, проблема по накалу.

В конечном итоге гасящие конденсаторы были составлены на общую емкость 0.95 мкф.два конденсатора 0,47х400в и один 0.01х400в. Резистор R18 заменен от указоного номинала на схеме на 470ком. Стабилитроны - наши д814в.

Резистор R21 в базах преобразователя заменил на 56ком. Трансформатор намотал на кольце выдраном из старого соеденительного кабеля монитора с системным блоком компьюьера. Вторичной обмотки намотано 21х21виток провода 0,4 , первичная содержит 120 витков проводом 0,2.

Вот впрочем все изменения в схеме, которые позволили устранить вышеперечисленные сложности. Транзисторы преобразователя греются достаточно, думается градусов 60-65, но работают без проблем.

Рис. 5. Готовая плата для логики часов.

Изначально вместо кт3102 и 3107 пробовал ставить пару кт817, 814 - тоже работают, чуть теплые, но как то не устойчиво. При включении запускался преобразователь через раз.

Не стал ничего переделывать оставил как есть. В качестве излучателя использовал попавшийся на глаза динамик от какого-то сотового телефона, его и поставил. Звук не слишком громкий, но достаточный чтоб разбудить утром.

Рис. 6. Платы логики и индикаторов для часов на ИВ-11.

И последнее, что можно отнести к недостатку или к достоинству - так это вариант безтрансформаторного питания. Несомненно при наладке или каких других манипуляциях со схемой есть риск отхватить нехилый удар током, не говоря уже про более плачевные последствия.

Рис. 7. Внешний вид запущенных часов без корпуса.

При опробовании и наладке пользовался понижающим трансформатором на 24 вольта переменки по вторичке. Подключал сразу к диодному мосту, кнопок как у автора я не нашел, взял какие были под рукой воткнул их в выточеные отверстия корпуса и все.

Рис. 8. Внешний вид готовых часов на индикаторах ИВ-11.

Рис. 9. Внешний вид готовых часов на индикаторах ИВ-11 (вид под углом).

Корпус сделан из пресованой фанеры, склееной клеем ПВА и обклееным декор пленкой. Получилось вполне сносно. Итог проделаной работы: еще одни часы дома и исправленая рабочая версия для желающих повторить. Вместо ив-11 можно ставить ив3,6,22 и подобные. Все будут работать без проблем, с учетом цоколевки конечно.