Простые часы-будильник на PIC16F84. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки

 Комментарии к статье

Не так давно электронные часы строили на так называемых часовых микросхемах серии К176 и специализированных микросхемах серий К145 (К145ИК1901) и КР1016 (КР1016ВИ1). Главный их недостаток - ограниченные возможности совершенствования (любое изменение требовало аппаратной доработки). Выгодно отличаются часы, собранные на базе микроконтроллера. Схема значительно упрощается, а "апгрейд" можно проводить без каких-либо изменений аппаратной части. Даже настройка хода часов может быть чисто программной. Именно такие часы описаны в публикуемой ниже статье.

Предлагаемые часы-будильник с четырехразрядным светодиодным индикатором выполнены на базе микроконтроллера (МК) и показывают время в 24-часовом формате с гашением незначащего нуля в разряде десятков часов. Предусмотрены режим отображения минут и секунд, подача короткого (длительностью 1 с) звукового сигнала в начале каждого часа (при необходимости эту функцию можно выключить), два выключаемых будильника и программная настройка коэффициента коррекции времени, от которого зависит точность хода часов. Значение коэффициента и установки будильников записываются в энергонезависимую память (EEPROM) МК. Состояние будильников и сигнала "Каждый час" индицируется светодиодами.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 1. Его основа - микроконтроллер PIC16F84 (DD1), рабочая частота которого задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 4 МГц. Вход сброса МК (MCLR) напрямую подключен к шине питания +5 В.

Пятиразрядный порт А, все линии которого настроены на вывод, управляет светодиодом HL1 и переключает разряды индикатора HG1. Четыре старших разряда порта В (RB4-RB7) настроены на ввод и принимают управляющие сигналы от кнопок SB1- SB4, которые подключены к выводам без "подтягивающих" резисторов, потому что таковые имеются в МК. Разряды RB0 и RB1 порта В используются для загрузки в регистр DD2 семиэлементного кода, соответствующего отображаемой цифре. Разряд RB2 - выход сигнала 3Ч или срабатывания будильника (в зависимости от версии программы), который можно подключить непосредственно к пьезоизлучателю (ЗП-1, ЗП-3 и им подобные), к входу усилителя 3Ч или к исполнительному устройству, например, реле, которое в момент срабатывания будильника будет включать радиоприемник, телевизор или другой прибор.

Светодиоды HL1 и HL2 индицируют состояние соответственно сигнала "Каждый час" и будильников: HL1 светится, если сигнал "Каждый час" включен, a HL2 - если включен хотя бы один из будильников или если включены оба.

В устройстве применен специализированный часовой светодиодный индикатор фирмы Kingbright, содержащий четыре семиэлементных разряда с общим анодом и две точки индикации секунд между средними разрядами. Поскольку выводы элементов a-g являются общими для всех разрядов, управление индикатором возможно только в динамическом режиме. Для данной конструкции индикатор подошел как нельзя лучше: число линий ввода/вывода общего назначения у МК P1C16F84 не позволяет реализовать статическую индикацию, а при динамической с другим индикатором пришлось бы объединять выводы одноименных элементов разных разрядов на плате.

Резисторы R3-R10 ограничивают ток через светодиоды индикатора. Сдвиговый регистр DD2 введен для экономии выводов МК - он преобразует последовательный код в параллельный в ходе динамической индикации.

Конденсатор С4 фильтрует пульсации в цепи питания МК. Место для него на плате не предусмотрено, его припаивают непосредственно к выводам розетки МК со стороны печатных проводников.

Управляющая программа для МК написана на стандартном ассемблере MPASM фирмы Microchip и скомпилирована в среде MPLAB той же фирмы. Из 1024 ячеек памяти программ МК использовано около восьмисот, так что ресурсы для усовершенствования имеются.

Сразу после включения питания происходит инициализация управляющей программы: разряды портов настраиваются на ввод и вывод, устанавливается режим работы таймера 0, из энергонезависимой памяти считываются установки будильников и коэффициент коррекции времени.

Основная задача программы - формирование точных временных интервалов длительностью 1с - решается с помощью прерываний от таймера 0. Его предцелитель подключается к кварцевому генератору МК и настраивается на коэффициент деления 16. В регистр таймера 0 при каждой обработке прерывания записывается число от 00h до OFh (это и есть коэффициент коррекции времени, в исходном тексте программы он называется TIME_SET), поэтому таймер переполняется не за 256, а к примеру, за 250 циклов тактовой частоты (при TIME_SET=5).

В таком случае при использовании кварцевого резонатора на частоту 4 МГц прерывания от таймера 0 происходят с частотой 1 000 000 Гц/250/16 = 250 Гц. После инициализации программа переходит в цикл ожидания этих прерываний и подсчитывает их. Когда число прерываний станет равным 250, текущее время увеличивается на секунду.

Прерывания от таймера 0 обеспечивают и динамическую индикацию. Во время их обработки МК устанавливает нулевой уровень на выводах RA0- RA3 и тем самым гасит индикатор. Далее в регистр DD2 через выводы МК RB0 и RB1 загружается семиэлементный код, соответствующий символу, который нужно отобразить. Затем на одном из выводов RAO-RA3 устанавливается высокий логический уровень, благодаря чему зажигается одно из знакомест. Все это происходит 250 раз в секунду, и благодаря инерции зрения пользователь видит включенными сразу все разряды.

Старший бит загружаемого в регистр DD2 кода служит для управления секундными точками индикатора, которые мигают с частотой 1 Гц. Таким образом, с помощью прерываний от таймера 0 решаются сразу две задачи. Кроме того, в подпрограмме обработки прерывания МК проверяет, не является ли выводимая цифра незначащим нулем в левом разряде, и если это так, то вместо семиэлементного кода цифры О МК загружает в регистр двоичное число 11111111 (индикатор с общим анодом, поэтому единица соответствует погашенному сегменту).

Клавиатура опрашивается примерно 10 раз в секунду, но после первого нажатия некоторых кнопок и их комбинаций программа не реагирует на повторные нажатия в течение 1 с (например, если кнопки удерживать). Это нужно для удобства управления часами.

При срабатывании будильника на выводе RB2 на 1 мин появляется прерывистый сигнал 3Ч или, в зависимости от версии программы, - высокий уровень (точнее, импульсы с частотой повторения 1 Гц). Мигают светодиоды HL1 и HL2. По истечении минуты вызывается специальная подпрограмма, которая восстанавливает правильное свечение светодиодов.

Устройством управляют кнопками SB1-SB4, каждая из которых совмещает несколько функций (см. мнемосхему, показанную на рис. 2). Часы работают в трех режимах: основном (индикация текущего времени), с коэффициентом коррекции времени и режиме установки будильников.

В основном режиме индикатор HG1 отображает часы и минуты, при этом секундные точки мигают с частотой 1 Гц. Текущее время устанавливают кнопками SB1 (часы) и SB2 (минуты): каждое их нажатие увеличивает показания на единицу, а если это делается при нажатой SB4, - уменьшает. При достижении нулевых значений разрядов минут переноса в разряд часов не происходит.

Если удерживать кнопку SB4 в течение трех секунд, на индикатор вместо часов и минут выводятся минуты и секунды текущего времени.

Сигнал "Каждый час" включают и выключают кнопкой SB3 при удерживаемой SB4 (светодиод HL1 соответственно загорается или гаснет).

Для перехода в режим установки будильников нажимают на кнопку SB3. На индикаторе появляются показания первого будильника, секундные точки светятся непрерывно. Часы и минуты устанавливают теми же кнопками SB1 и SB2 (в данном случае только увеличение показаний). Нажатие на кнопку SB4 приводит к выключению будильника, и на индикаторе остаются лишь прочерки (светятся элементы G). При последующем включении будильника этой же кнопкой на индикаторе появляются, а в регистры будильника записываются нули (а не предыдущие значения). Если еще раз нажать на кнопку SB3, на индикаторе появятся показания второго будильника, однако секундные точки погаснут. Оба будильника настраиваются одинаково.

Третье нажатие на кнопку SB3 переводит часы в режим работы с коэффициентом коррекции времени: на индикатор выводятся символы "ЕЕ X", где ЕЕ означает EEPROM, а X - текущее значение коэффициента в шестнадцатиричном виде; секундные точки продолжают мигать. Кнопкой SB1 можно увеличивать, а кнопкой SB2 - уменьшать значение коэффициента в интервале от Oh до Fh. Установленное число будет записываться в таймер 0 в подпрограмме обработки прерывания по его переполнению.

При четвертом нажатии на кнопку SB3 установки будильников и значение коэффициента записываются в EEPROM: первый будильник - по адресам 02h-05h (соответственно минуты, десятки минут, часы и десятки часов), второй - по адресам 06h-09h (в том же порядке), коэффициент - по адресу 01 h.

Устройство монтируют на печатной плате, изготовленной по чертежу, показанному на рис. 3 (штриховыми линиями изображены проволочные перемычки, соединяющие печатные проводники на противоположной стороне платы).

Без каких-либо изменений в схеме и программе МК можно применить PIC16C84 - однократно программируемый аналог PIC16F84. Указанный на схеме индикатор заменим любым другим четырехразрядным с общим анодом (желательно, чтобы выводы одноименных элементов разрядов были соединены внутри индикатора). Допустимо использование четырех одноразрядных индикаторов, в этом случае в качестве секундных точек можно применить два отдельных светодиода, подключенных катодами к правому (по схеме) выводу резистора R10 (если необходимо - через ключ на транзисторе). Резисторы, конденсаторы, светодиоды, кнопки - любые малогабаритные.

Для часов разработаны три версии управляющей программы. Версия 1.10 - основная (ее НЕХ-файл приведен в таблице). При срабатывании будильников на выводе RB2 появляется сигнал (меандр) частотой 1 Гц. Его можно использовать для управления различными исполнительными механизмами и генераторами сигналов 3Ч: от простейших на двух-трех логических элементах до сложных систем цифрового синтеза звука [1, 2]. Динамическая индикация в этой версии работает постоянно.

(нажмите для увеличения)

В версии 1.11 индикация тоже работает непрерывно, но при срабатывании будильников и в момент генерации сигнала "Каждый час" на выводе RB2 появляются пачки импульсов с частотой повторения 1 Гц (частота колебаний, заполняющих пачки, соответствует частоте прерываний от таймера 0 - 250 Гц). Этот сигнал можно подать непосредственно на излучатель или на вход усилителя 3Ч.

Версия 1.20 отличается от 1.11 только тем, что по умолчанию динамическая индикация в ней выключена (при этом все прочие функции часов работают в обычном режиме). Она начинает работать, если нажать на кнопку SB4, и автоматически выключается через 10 с. При нажатии кнопок и срабатывании будильника отсчет этого интервала начинается заново. Если будильник сработал при выключенной индикации, она не включается: нужно дважды нажать кнопку SB4, чтобы выключить будильник и включить индикацию. Эту программу целесообразно использовать, если для питания часов используется батарея, составленная из гальванических элементов или аккумуляторов: выключение индикации экономит энергию батареи.

При программировании МК в слове конфигурации указывают тип генератора - XT, Power-up таймер - включен, сторожевой таймер и защита кода - выключены. Кроме того, в ячейку 01 h энергонезависимой памяти данных нужно занести число от Oh до Fh (коэффициент коррекции времени), а по адресам 02h-09h - установки будильников.

Если программная настройка точности хода часов окажется грубой (что вполне вероятно), следует установить изображенный на схеме штриховыми линиями подстроечный конденсатор C3 (на печатной плате место для него предусмотрено).

НЕХ-файлы программы версий 1.11 и 1.20, а также исходные тексты всех версий

Литература

1. Долгий А. Как записать в ПЗУ аудиоданные из wav-файла и "проиграть" их. - Радио, 2001, № 4, с. 25-27; № 5, с. 23, 24.
2. Партии А. Звуковой модуль на одной микросхеме. - Радио, 2002, № 11, с. 40, 41.
3. Прожирко Ю. Электронные часы-будильник с радиоприемником. - Радио, 2001, № 7, с. 16, 17; № 8, с. 17, 18.

Автор: А.Вакуленко, г.Тюмень

Смотрите другие статьи раздела Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Определена масса света 09.09.2024 Вопрос о том, имеет ли свет массу, давно занимает умы ученых. Если бы оказалось, что фотон, частица света, действительно обладает ненулевой массой, это перевернуло бы наше понимание Вселенной и основополагающих законов физики. Недавнее исследование, проведенное командой ученых из Сычуаньского университета науки и техники, Китайской академии наук и Нанкинского университета, сделало значительный шаг в этом направлении, установив новый предел для возможной массы фотона. Исследование основывалось на анализе данных, собранных с помощью массива синхронизации пульсаров Паркса, а также на наблюдениях быстрых радиовсплесков - загадочных и мощных сигналов, исходящих из далеких галактик. Пульсары, являющиеся нейтронными звездами, испускающими регулярные пульсирующие лучи радиоволн, и радиовсплески, наблюдаемые в межгалактическом пространстве, предоставляют уникальные возможности для исследования природы света. Основное внимание в исследовании было уделено так называемой мере дисперсии - характеристике, которая описывает, как радиоимпульсы рассеиваются свободными электронами между источником излучения и Землей. Ученые использовали массив синхронизации пульсаров, представляющий собой сеть радиотелескопов, для обнаружения задержек в синхронизации импульсов пульсаров и радиовсплесков. Эти задержки могут указывать на присутствие массы у фотонов. Результаты анализа позволили установить верхний предел для массы фотона, который оказался чрезвычайно мал - не более 9,52^10-46 килограммов. Это невероятно маленькая величина, но даже такое ограничение имеет огромное значение для физики. Если бы фотон действительно обладал массой, это поставило бы под сомнение фундаментальные теории, такие как специальная теория относительности Эйнштейна и электромагнитная теория Максвелла. Это могло бы привести к появлению новой физики и изменению нашего понимания многих космических явлений. Важно отметить, что это открытие не означает, что свет действительно имеет массу. Скорее, оно указывает на предел, за которым возможность массы фотона была бы значимой. Ученые подчеркивают, что для подтверждения или опровержения этого факта нужны более точные измерения и дальнейшие исследования. Исследование также подчеркивает необходимость в развитии и использовании высокоточных радиотелескопов. Хотя в ближайшее время взвесить фотон напрямую не представляется возможным, продолжение работы с новыми данными позволит еще больше уточнить пределы возможной массы фотона и, возможно, приблизит нас к ответу на один из самых интересных вопросов современной физики. Полученные результаты научной работы открывают новые горизонты в изучении природы света и его взаимодействия с материей. Даже если фотон окажется безмассовым, само понимание того, как близки мы к разгадке его свойств, является важным шагом вперед в фундаментальной науке.

Другие интересные новости:

▪ Sony SDM-HS73P - новый монитор с технологией Onyx-black

▪ Новый химический элемент, обладающий магнитными свойствами

▪ Вода и масло смешиваются

▪ Роботы обучаются, наблюдая за людьми

▪ Смартфон LG Stylus 2 с поддержкой цифрового радиовещания DAB+

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Адвокат Божий. Крылатое выражение

▪ статья Что такое кварц? Подробный ответ

▪ статья Бегония. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Двухполюсная антенна ДМВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Зритель держит одни карты, но они становятся другими. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026