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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Геймерский смартфон Sony Xperia 1 IV 13.09.2022 Японская компания Sony представила геймерскую версию флагманского аппарата Xperia 1 IV. Она получила шильдик Gaming Edition. Новинка поставляется в комплекте со специальным аксессуаром, который отвечает за охлаждение гаджета во время игры. По данным GSMArena, внешний кулер также выполняет функции док-станции. В нем есть выдеовыход HDMI и разъем RJ-45. Скорость выводимого на экран телевизионного приемника изображения составляет 120 кадров/сек. "Сердцем" игрового смартфона является Snapdragon 8 Gen 1. Емкость установленного в нем ОЗУ-модуля составляет 16 ГБ. Флеш-накопитель имеет емкость в 512 ГБ. АКБ на 5 000 мАч можно заряжать адаптером на 30 Вт. Заявлена поддержка беспроводной зарядки. Диагональ 4K-экрана с AMOLED-матрицей составляет 6,5". На задней крышке аппарата можно обнаружить три 12 МП камеры и датчик ToF.3. Стоимость игрового смартфона на домашнем рынке составляет 174,9 тыс. иен, что эквивалентно 1200 долларов США.

Другие интересные новости:

▪ Кроманьонец был умнее нас

▪ В мозге нашли музыкальный отдел

▪ Двумерный суперкристаллический квантовый газ

▪ Бактерии-золотодобытчики

▪ Скорые поезда - не самые лучшие

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цифровая техника. Подборка статей

▪ статья Гони природу в дверь, она влетит в окно. Крылатое выражение

▪ статья Почему Франсуа Рабле однажды арестовали за намерение отравить короля? Подробный ответ

▪ статья Утопление. Медицинская помощь

▪ статья Фонарик на элементах солнечной батареи и методы его усовершенствования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сканирующее устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025