Эта статья о простых часах на 7-ми сегментном индикаторе. По большому счету это статья воспоминание, так сказать, чтоб не забыть. Забегая далеко на перед, дабы зря не тратить время ардуинолюбов, сообщу, что сердцем часов является микроконтроллер PIC16F873A, а лицом 7-ми сегментный 4-х разрядный индикатор с высотой символа 30мм.

Почему эта статья воспоминание, а по тому, что часы были сделаны порядка 1 года назад, а начало работ было начато и того давнее. Сделаны они были для уважаемого . Но эксплуатироваться они начали совсем недавно и практически сразу нашелся баг, который их вешал. Поэтому они буквально на денек заехали ко мне на перепрошивку.

И вот. Сердцем часов служит микроконтроллер PIC16F873A фирмы «Микрочип». Я начинал программировать на этих контроллерах. Но особо великих успехов не добился, научился писать только на picbasic pro, да и с прерываниями не срослось. Однако, что то все-таки получалось. PIC здесь задействован в роли контроллера для вывода информации, отсчет времени ведет микросхема DS1307 — часы реального времени. Некоторые засмеют, что мол, и одного пика хватит, но это не для моего случая. Информация выводится на довольно большой 7-ми сегментный 4-х разрядный индикатор с общим катодом. (все даташиты будут по ссылке в конце статьи). Реализовано изменение яркости свечения индикатора в зависимости от освещенности. Ну и как же без бесполезной функции будильника, он тут есть. Неверно сразу покажу фотку изделия, а потом продолжу:

Сверху натянута пленка, вырезанная из антистатического пакета, так как белые пустые сегменты ну прям в глаза въедаются. А сверху видно глазок фоторезистора. Провода слева это датакабель программатора. Ну а теперь глянем схему (она кликабельная):

И прям сразу печатную плату:

В конструкции все соответствует схеме, кроме токоограничивающих резисторов индикатора, у меня установлены номиналом 240 Ом и smd транзисторы выпаянные из материнки. Кварц для DS1307 тоже выпаян из материнки вместе с держателем батарейки. Сейчас я бы наверно не стал использовать именно DS1307 как счетчик времени, так как очень она капризна к разводке земли и сильно подвержена температурному дрейфу. Но уже что сделано, то сделано. Плата односторонняя с двухсторонним монтажом. Габарит платы вписывается в габарит индикатора. И последняя «подгнившая изюминка» этого проекта это стабилизатор питания — MCP1701AT-5002I фирмы микрочип. У него есть как сладкая сторона, так и горькая. Классная сторона это падение напряжения на нем порядка 0,3 — 0,6 В (за точной цифрой надо лезть в даташит), а это значит, что можно использовать источник питания начиная от usb выхода ПК и до старых зарядок для мобил. Сторона по хуже это то, что входное напряжение должно біть не более 10 В, блоки питания от роутеров уже не канают. Управляются часы всего двумя клавишами. Ну и фото платы:

На фото прототип, собранный мной для отладки программы, которая будет управлять всем этим хозяйством. Вторая arduino nano в верхнем правом углу макетки не относится к проекту и торчит там просто так, внимание на нее можно не обращать.

Немного о принципе работы: ардуино берет данные у таймера DS323, перерабатывает их, определяет уровень освещенности с помощью фоторезистора, затем все посылает на MAX7219, а она в свою очередь зажигает нужные сегменты с нужной яркостью. Так же с помощью трех кнопок можно выставить год, месяц, день, и время по желанию. На фото индикаторы отображают время и температуру, которая взята с цифрового термодатчика

Основная сложность в моем случае - это то, что 2.7 дюймовые индикаторы с общим анодом, и их надо было во первых как то подружить с max7219, которая заточена под индикаторы с общим катодом, а во вторых решить проблему с их питанием, так как им нужно 7,2 вольта для свечения, чего одна max7219 обеспечить не может. Попросив помощи на одном форуме я получил таки ответ.

Решение на скриншоте:


К выходам сегментов из max7219 цепляется микросхемка , которая инвертирует сигнал, а к каждому выводу, который должен подключаться к общему катоду дисплея цепляется схемка из трех транзисторов, которые так же инвертируют его сигнал и повышают напряжение. Таким образом мы получаем возможность подключить к max7219 дисплеи с общим анодом и напряжением питания более 5 вольт

Для теста подключил один индикатор, все работает, ничего не дымит

Начинаем собирать.

Схему решил разделить на 2 части из-за огромного количества перемычек в разведенном моими кривыми лапками варианте, где все было на одной плате. Часы будут состоять из блока дисплея и блока питания и управления. Последний было решено собрать первым. Эстетов и бывалых радиолюбителей прошу не падать в обморок из-за жестокого обращения с деталями. Покупать принтер ради ЛУТа нет никакого желания, поэтому делаю по старинке - тренируюсь на бумажке, сверлю отверстия по шаблону, рисую маркером дорожки, затем травлю.

Принцип крепления индикаторов оставил тот же, как и на .

Размечаем положение индикаторов и компонентов, с помощью шаблона из оргстекла, сделанного для удобства.

Процесс разметки

Затем с помощью шаблона сверлим отверстия в нужных местах и примеряем все компоненты. Все встало безупречно.

Рисуем дорожки и травим.

купание в хлорном железе

Готово!
плата управления:


плата индикации:

Плата управления получилась отлично, на плате индикации не критично сожрало дорожку, это поправимо, настало время паять. В этот раз я лишился SMD-девственности, и включил 0805 компоненты в схему. Худо-бедно первые резисторы и конденсаторы были припаяны на места. Думаю дальше набью руку, будет легче.
Для пайки использовал флюс, который купил . Паять с ним одно удовольствие, спиртоканифоль использую теперь только для лужения.

Вот готовые платы. На плате управления имеется посадочное место для ардуино нано, часов, а так же выходы для подключения к плате дисплея и датчики (фоторезистор для автояркости и цифровой термометр ds18s20) и блок питания на с регулировкой выходного напряжения (для больших семисегментников) и для питания часов и ардуино, на плате индикации находятся посадочные гнезда для дисплеев, панельки для max2719 и uln2003a, решение для питания четырех больших семисегментников и куча перемычек.

плата управления сзади

Плата индикации сзади:

Ужасный монтаж смд:

Запуск

После припаивания всех шлейфов, кнопок и датчиков пришло время все это включить. Первый запуск выявил несколько проблем. Не светился последний большой индикатор, а остальные светились тускло. С первой проблемой расправился пропаиванием ножки смд-транзистора, со второй - регулировкой напряжения, выдаваемого lm317.
ОНО ЖИВОЕ!

Kidar 1 марта 2013 в 08:35

Идеальные часы

• DIY или Сделай сам

Идеальные часы для дома: честные и точные, простые и сложные, умные и чуткие, не большие и не маленькие, с волшебной настройкой под желания любого человека без кнопок и запутанных алгоритмов настройки, скромные и не требующие внимания, комфортно видимые днем и ночью, имеющие универсальное питание, легко меняющие цвет корпуса и индикации под окружающую обстановку и настроение, не бьющиеся при падении, легкие в изготовлении, белые.

Получилось?

Первые телевизоры были черно-белыми, затем появились цветные.
С электронными часами все наоборот, они с рождения цветные: желтые, зеленые, красные и лишь недавно - синие. Черно-белые часы днем с огнем не сыскать.
И вот многолетняя мечта свершилась. Первоначальные варианты названия были “белые часы” или “конец цвета”. В процессе создания конструкции удалось избавиться от недостатков большинства электронных часов: неточность хода, наличие кнопок, сложные алгоритмы управления, отсутствие автоматической яркости. Так часы стали практически “идеальными”.

Для поддержания точности часов необходимо добиться стабильности колебаний кварцевого резонатора и своевременно производить компенсацию ухода показаний от образцового времени.
Стабильность достигают аппаратными способами, а компенсацию производят программно или вручную от внешних источников сигнала точного времени: радиостанции, Интернет, спутники систем навигации.
В данных часах применяется последний способ. Так как в сигнале навигационных спутников передается UTC - всемирное координированное время, то нет необходимости “подводить стрелки” часов. Необходимо лишь один раз указать смещение относительно всемирного времени.

Идея была проверена в предыдущих разработках с показом времени при помощи разноцветных вспышек: лампа времени и кубик . «Волшебная палочка» от кубика - новую одежду только получила, а то старое блестящее покрытие поизносилось и с магнита окалина начала сыпаться.
“Лампа” держится в жару и холод, дождь, снег и дым больше года и до сих пор не отклонилась ни на секунду.
Настала очередь привычного способа показа времени. Мечтой было применение большого белого светодиодного индикатора, обеспечивающего хорошую видимость в пределах комнаты.

После сравнительно большого модуля GL8088s, используемого в “кубике”, в этот раз выбор пал на небольшой приемник сигналов спутниковой системы позиционирования, модуль Gms-g6a - глаза и уши часов для связи с Космосом. Пара этих модулей была приобретена для эксперимента по созданию часов.
Чипсет: MT3333.
33 канала отслеживания и 99 каналов поиска систем GPS, ГЛОНАСС и Galileo.
Чувствительность при слежении: -165 dBm.
Чувствительность при обнаружении: -148 dBm.
Время горячего/холодного старта: 1/35 сек.
Напряжение питания: 3,0...4,3 В.
Ток потребления при захвате/слежении (для Uпит.=3,3В): 35/29 мА.
Размер: 16x16x2,1 мм.
Вес: 1 грамм.

Помимо отличной родословной и прекрасных технических данных, данный приемник обладает важной особенностью - наличием встроенной на плате чип-антенны. Не все радиолюбители являются специалистами в области проектирования и изготовления антенн, поэтому такая особенность модуля позволяет легко достичь положительного результата.
В такой конструкции есть ограничения в виде наличия запрещенной зоны при разводке платы и максимальной удаленности от крупногабаритных радиодеталей, но это все мелочи.
Опытные разработчики могут использовать в своих часах другой модуль: Gmm-g3, который обладает такими же характеристиками, но его габариты уменьшены до 11,5 x 13 x 2,1 мм в связи с отсутствием антенны. Такие маленькие размеры позволят установить модуль на пару миллиметров выше, а антенну в виде печатного проводника или в отдельном исполнении разместить на самом верху печатной платы, что еще ближе приблизит ее к Космосу.
Дополнение 23.08.13. Стал доступен новый GPS-модуль Gmm-r1. Также без встроенной антенны. Из отличий: ловит только GPS, но корпус стал еще меньше 9,7x10x2,1 мм.

Модуль Gms-g6a, в отличии от приемника, используемого в проекте “кубик” не подвергался никаким настройкам. Все сообщения “из коробки” - без изменения скорости и отключения неиспользуемых строк.
Скорость работы порта RS-232 по умолчанию составляет 9600 бит/сек. Такая скорость удобна для работы, но время передачи длинных сообщений занимает значительное время и приближается к секунде - когда уже необходимо начать работу со следующей порцией информации. Поэтому на этот раз в программе нет ожидания конца сообщений. Из потока информации просто “выдергиваются” необходимые значения и производится их обработка. По сравнению с определением местоположения, получить информацию о времени легче, и модуль начинает выдавать необходимые данные еще до показа количества видимых спутников. Программа делит спутники на ваши и наши, но часы показывают суммарное число видимых аппаратов, что сближает космические группировки для выполнения одной задачи.

Мозги часов - микроконтроллер PIC16F688 в небольшом корпусе для поверхностного монтажа. Программа работы загоняется в память контроллера при помощи фрагмента микросхемы ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием КС573РФ2. Микросхему можно подключить пружинящими иголками к контактным площадкам для программирования, а можно просто припаять. При монтаже приемника необходимо подложить под него изолирующую пленку, так как снизу проходят несколько дорожек.

Настроил и забыл.
Как и в предыдущих разработках, на единственную кнопку первоначально предполагалось возложить лишь внесение поправки относительно всемирного координированного времени, поступающего со спутников.
Но в дальнейшем, по мере разработки конструкции, кнопка стала обрастать новыми задачами.
Было решено заменить кнопку униполярным датчиком Холла TLE4905L, реагирующим на магнитное поле “волшебной палочки”.
Это уже третий вариант по замене классической механической кнопки. В “лампе” кнопка отсутствовала как класс, и внесение поправки производилась замыканием выводов контроллера, в “кубике” роль кнопки играл геркон.
Но геркон является хрупкой стеклянной конструкцией, имеющей большие по нынешним меркам размеры, поэтому в “идеальных часах” использован современный вариант - датчик Холла.
Поправка времени вносится просто. До подачи питания необходимо поднести “волшебную” палочку или магнит (магнетизм - это тоже волшебство) к датчику, расположенному в верхней части индикатора единиц минут. После включения питания начинается отсчет часов поправки. При достижении необходимого значения магнит убирают, поправка запоминается и это подтверждается вспышкой индикатора. Если за время круга - 23 часа, решение не принято, происходит выход из режима внесения коррекции времени.

Для многих людей делать настройку не придется. По умолчанию в часах установлено московское время, разделительные точки не мигают, индикация четверти минуты отключена - все привычно.
Но привычки у людей разные, поэтому волшебной палочкой можно изменять режим работы часов. При поднесении магнита часы начинают поочередно показывать различные варианты индикации. Нужно лишь убрать магнит в момент, когда демонстрируется необходимый вариант работы. Действие аналогично работе компьютерной мышки: при отпускании кнопки начинается выполнение команды. Если режим индикации изменился по сравнению с тем, что был установлен раньше, то он записывается в память с кратковременной вспышкой всего индикатора. Если за время цикла решение не принято, включаются все сегменты до отвода волшебной палочки.

Режимы индикации:
- количество видимых спутников C = GPS + GLONASS, отключение повторным пассом “волшебной” палочки;
- индикация четверти минут (точка сверху): включена/отключена;
- режим отображения времени: 24/12 часов;
- разделительные точки: не мигают/мигают;
- регулировка яркости: автоматическая/ручная;
- восемь уровней максимальной яркости для ручного и автоматического режимов работы.

Сократить время на подготовку символьной информации для названия каналов помогла таблица подключения индикатора, в которой учтены особенности разводки печатной платы. Сегмент, который необходимо включить отмечается цифрой 1. Далее, в полуавтоматическом режиме выдается результат: выражение вида A954 AAAA, что на языке индикатора означает “включить восемь вертикальных линий”.

Мечта сделать часы с белым индикатором была большой и долгой. Сначала поиски по магазинам и Интернету, затем попытка самостоятельного изготовления индикатора. Был разобран красный 7-сегментный индикатор, световод оставлялся на месте, а светодиоды заменялись белыми. Но размер 0,56 дюйма все же мал для комнаты.

В больших индикаторах устанавливается по несколько последовательно соединенных белых светодиодов, чтобы равномерно засветить световод сегмента. В результате, даже у цепочки из пары светодиодов необходимо использовать напряжение более 7 Вольт, что превышает привычные 5 Вольт. Применять преобразователь напряжения желания не было.
И вот, чудо произошло. Рассказал о проблеме одному товарищу по работе, который приобретает комплектующие элементы на eBay. Не прошло и часа, как он нашел необходимые светодиоды: белые, дюйм с четвертью, с общим анодом, работающие от 4 Вольт - то, что надо! Через несколько дней он принес их домой. Огромное ему спасибо!
Индикатор был безродным, из опознавательных знаков на нем был только символ “В”. Подробное описание так и не удалось найти, пришлось пользоваться данными со страницы покупки. Насколько я понимаю английский, там они закончились, но желающие собрать часы смогут найти что-то подобное по указанным в схеме параметрам.
Четыре индикатора, расположенные рядом друг с другом и определяют габариты часов: ширина 96 мм, высота 34 мм, глубина 16 мм, без учета разъема питания. Испытания показали, что цифры отлично видны в дневное время при токе 5 мА через сегмент. Ночью это значение можно уменьшать в 10 раз. Небольшой недостаток индикатора в том, что на малых токах белый цвет начинает приобретать различные оттенки, видимо, это связано с особенностями люминофора.

Существует выражение “минута кажется вечностью”. Эта фраза, скорее всего, возникла после появления часов, у которых отсутствует индикация секунд: человек видит, какая идет минута, но не знает, когда она закончится. Чтобы лучше понять место во времени, в идеальных часах введена индикация четверти минуты - это точка, которая горит над одним из четырех индикаторов. Эта функция новая и пока еще непривычная. Люди, которые не желают теряться во времени, могут ее включить. Было несколько вариантов показа секунд, но победила идея одного коллеги - просто перевернуть индикатор и тогда никому не нужные точки начинают приносить пользу. За хорошую идею плюс в его карму!
В режиме отображения четверти минут человеку достаточно одного взгляда, чтобы определить время с точностью 15 секунд. Если подсчитать количество вспышек при мигании разделительных точек, то становится доступной секундная точность. Разделительные точки сделаны из двух белых светодиодов и установлены методом допиливания корпуса. Подключены они вместо одного неиспользуемого сегмента индикатора десятков часов.

В электронных часах важно иметь автоматическую регулировку яркости. Столкнулся с этим в древних часах на К145ИК1901, тогда пришлось их дорабатывать, чтобы утихомирить зеленый прожектор.
Из современного имеется датчики освещенности MAX44007, MAX9635, APDS-9300, которые позволяют отказаться от канала АЦП в контроллере.
Но в пределах досягаемости оказался лишь аналоговый датчик APDS-9002 (серия 9002...9007), со всеми вытекающими из этого последствиями. Вот он виднеется - небольшой золотистый прямоугольник в верхней правой части индикатора десятков минут, чуть правее от него чернеет корпус датчика Холла - к нему и надо подносить магнит.

Датчик прекрасно реагирует на любое изменение яркости, даже от лампы накаливания. Видимо в связи с этим, существуют сторонники запитывать лампы накаливания от выпрямленного и сглаженного напряжения.
Лампы дневного света, имеющие низкочастотные дроссели в цепи питания также сильно пульсируют, чем и объясняется запрет их использования при работе на станках - стробоскопический эффект.
Поэтому, в цепи датчика освещенности установлен конденсатор большой емкости, который несколько сглаживает эти пульсации.
На осциллограммах: напряжение на нагрузочном резисторе сопротивлением 1 кОм.
Слева лампа дневного света, справа лампа накаливания. Снизу с фильтрующим конденсатором емкостью 4,7 мкФ, сверху - без конденсатора.

Самый ровный уровень освещенности дает Солнце и лишь тучки пытаются модулировать этот свет.
Нахождение датчика освещенности под пленкой несколько уменьшает его выходной сигнал, но АЦП контроллера справляется с поступающим напряжением.

Особенностью часов является статический режим работы индикаторов. К динамическому режиму не лежит душа, поэтому плата за нелюбовь - увеличение числа корпусов.
Драйвер MBI5026 удобен для управления двумя семисегментными индикаторами. При использовании печатной платы, микросхема с мелким вариантом корпуса прекрасно располагается между выводами любого индикатора. При помощи трех сигнальных проводников, драйвер управляет 16-ю сегментами. Если необходимо 32 светодиода, то добавится одна микросхема и один управляющий сигнал.
Ток через сегменты задается при помощи одного резистора. В часах этот переменный цифровой потенциометр AD8400 “крутит” микроконтроллер в зависимости от внешней освещенности. Наиболее подходящий номинал 50 кОм, но в наличии был только 100 кОм.

Метод “Потемкинские деревни” широко применяется в городах при ремонте домов, когда реставрируется смотрящий на улицу фасад здания, а задняя часть остается во всей своей “красе”. Такой прием был использован в данных часах.
Индикатор имеет белый фасад, а вид электронных компонентов позволяет понять принцип работы часов любителям, изучающим изнанку жизни. Для защиты от влаги, детали покрыты слоем прозрачного лака.

При желании, сторону электронных компонентов можно прикрыть прозрачной/непрозрачной пластиной или тонким мягким самоклеющимся материалом, оставшимся от проклейки автомобиля.

На переднюю сторону индикатора наклеена пленка белого цвета, которая уменьшает видимость отключенных в данный момент сегментов и создает чистый фон. При желании можно оставить родной черный фон лицевой поверхности, тогда часы, как и телевизоры станут черно-белыми.

Идеальные часы помимо показа точного времени должны сочетаться с окружающей обстановкой. В этом также помогает метод “Потемкинские деревни”. На боковые поверхности корпуса можно просто и быстро наклеить пленку, имеющую цвет, наиболее подходящий к обстановке. Белый цвет лицевой поверхности сочетается со всем, но можно также использовать полупрозрачную пленку-светофильтр и тогда цифры окрасятся в любимый цвет. Операция по смене имиджа занимает пару минут: отклеить старое, приклеить новой, обрезать лишнее. В скором времени наверняка появятся семисегментные RGB-индикаторы, тогда цвет излучения можно будет выбрать на одном из каналов управления за несколько секунд.
При изготовлении часов, перед проклейкой корпуса необходимо на ровной поверхности выровнять верхнюю и нижнюю стороны припаянных индикаторов при помощи наждачной бумаги, все же на доли миллиметра они отличаются по высоте. Юстировка передней стороны индикаторов производится при пайке на ровной поверхности стола. После приклеивания передней пленки убеждаемся, что и лицевая поверхность выглядит не очень из-за того, что при заливке световодов индикатора образовались ложбинки разной глубины, и пленка не может скрыть этого дефекта. В корпусе это было бы незаметно, но в нашем случае не годится. Снимаем пленку, кладем конструкцию на стол и при помощи наждачной бумаги двух разных калибров приводим состояние лицевой поверхности к виду, соответствующему названию часов. Страшно было приниматься за эту операцию на дефицитном индикаторе, но все закончилось успешно: глубина световодов достаточная, чтобы снять небольшую часть.
Еще одна тонкость при сборке - формирование аккуратного выходного отверстия разделительных точек. В этом помогает пластилин и трубочка небольшого диаметра. Пластилином заполняется все свободное пространство вокруг светодиода, а мягкой трубочкой от изоляции провода формируется отверстие желаемого диаметра. Данную операцию удобно проводить при включенном индикаторе.

Помимо корпуса конструкции, головной болью разработчика является блок питания (БП).
В последнее время наметилась тенденция к использованию порта USB компьютера для зарядки многочисленных носимых устройств. Таким образом, выход USB компьютера можно считать в наше время самым универсальным источником питания. Задача разработчика: умерить аппетит устройства и не превышать возможности USB-порта.
Чтобы не зависеть от компьютера, производители наладили выпуск сетевых БП, имеющих USB-разъем с выходным напряжением 5 Вольт.
При использовании современных компонентов удается значительно снизить потребляемый устройством ток, а значит и габариты БП. Импульсный режим работы позволяет уменьшить его габариты до размеров, недостижимых в “ламповый” век.

“Идеальные часы” могут питаться как от разъема USB компьютера - напрямую или через удлинитель, так и от сетевого БП, например, A1265: размер 26х26х28 мм без учета сетевой вилки, входное напряжение 100...240 В, выход: 5 В х 1 А.
К счастью, до соединения с часами решил разобрать этот БП. В результате, на внутренней стороне пластины с сетевой вилкой обнаружилась “жирная” капля припоя. На низковольтной стороне печатной платы был прилипший металлический кусочек отрезанного вывода от USB-разъема. Дальнейшую жизнь этого блока легко представить. Большой привет изготовителю!
Перед подключением часов проверил напряжение БП: 5,35 В на холостом ходу и 5,33 В под нагрузкой 40 мА. Не годится - превышение максимального напряжения. Придется вскрывать и что-то подкручивать. С трудом удалось отыскать один экземпляр, выдающий 5,05/4,95 В при тех же условиях. На этот момент необходимо обратить внимание.
Миниатюрный размер современных БП позволяет реализовать настенную установку часов.
Вариант 1. Розетка - блок питания с разъемом USB - часы.
Вариант 2. На стене, спрятав блок питания в монтажную коробку. В стене будет небольшое прямоугольное отверстие, куда втыкается USB-разъем часов. Необходимо предусмотреть защиту и отключение “на всякий пожарный” случай линии питания спрятанного БП.

Если для питания используется USB-разъем ноутбука, необходимо при пайке разъема питания часов произвести его правильную ориентацию. При монтаже не думал об этой возможности, и получилось как всегда.
Часы можно установить в автомобиль, небольшой размер позволяет это легко сделать.
Никто не отменял и классический корпус часов.
Как вариант, можно расположить часы в окне, прикрепив их на одном из стекол или раме.
Вообще это может быть даже переносной вариант: забрал из дома, воткнул в разъем на работе или на курорте.

Для радиолюбителей, желающих упростить схему, можно применить динамическую индикацию.
Драйверы для индикаторов с общим катодом MAX7219/MAX7221 или MAX6950/MAX6951.
Для общего анода можно использовать STLED316S.
Датчики освещенности можно применить с цифровым выходом, что позволит сократить еще пару элементов из схемы.

Небольшая проблема проявилась при наладке устройства. В этом варианте часов решил не подключать приемник к компьютеру, а сделать все, воспользовавшись только текстовым описанием. Но гладко было на бумаге. Контроллер не желал ловить сигналы GPS-приемника. Причем не только сигналы, передаваемые по RS-232, а вообще не реагировал на изменения сигнала от приемника.
Пришлось таки подключить часы к осциллографу и через небольшой преобразователь к порту RS-232 компьютера.
Приемник был жив и ежесекундно выдавал положенные ему сообщения. Удивительно, как в такой маленький приемник помещается столько больших букв и цифр!

Пример сообщений, поступающих каждую секунду:
$GPGGA,124541.000,5551.3636,N,04834.2565,E,1,5,2.72,161.8,M,1.4,M,*69


$GNRMC,124541.000,A,5551.3636,N,04834.2565,E,0.43,334.91,130213,A*75
$GPVTG,334.91,T,M,0.43,N,0.79,K,A*38

$GPGGA,124542.000,5551.3636,N,04834.2564,E,1,5,2.72,161.8,M,1.4,M,*6B
$GNGSA,A,3,02,04,29,,2.90,2.72,0.99*1D
$GNGSA,A,3,81,88,,2.90,2.72,0.99*19
$GPGSV,3,1,11,23,84,113,13,66,275,17,30,41,076,16,37,114,*71
$GPGSV,3,2,11,20,33,168,04,26,275,24,07,20,223,02,18,320,27*7A
$GPGSV,3,3,11,32,16,150,31,15,054,29,08,021,19*44
$GLGSV,2,1,08,73,79,100,71,64,149,74,39,206,80,29,041,*66
$GLGSV,2,2,08,81,15,011,19,88,12,318,18,70,12,140,65,05,317,*6A
$GNRMC,124542.000,A,5551.3636,N,04834.2564,E,0.35,334.91,130213,A*76
$GPVTG,334.91,T,M,0.35,N,0.65,K,A*34

Возможна одна строка GSA
$GPGGA,033345.000,5551.3525,N,04834.2534,E,1,5,3.11,102.9,M,1.4,M,*69
$GPGSA,A,3,06,16,03,07,08,3.26,3.11,0.98*0A
$GPRMC,033345.000,A,5551.3525,N,04834.2534,E,0.35,286.26,200213,A*6E
$GPVTG,286.26,T,M,0.35,N,0.65,K,A*30

Исследование вопроса показало следующее.
При разработке, питание приемника: 4,15 В было подведено к верхней границе рабочего диапазона: 4,3 В, чтобы уровень выходной “единицы” улавливал пятивольтовый контроллер.
На практике оказалось, что внутри приемника находится стабилизатор напряжения и уровень “1” приемника составляет 2,7 В - для контроллера не выполняется параметр VIH.
Пришлось внести доработку: миниатюрный преобразователь уровня на двух транзисторах в корпусе SOT23 и паре резисторов размером 0603. В приложенной к проекту печатной плате исправление внесено.
Делать на весу сборку из таких маленьких деталей - удовольствие огромное! Малейшее неловкое движение или случайный чих приводят к телепортации элементов в неизвестность. Поэтому деталей потребовалось несколько больше, чем указано на принципиальной электрической схеме.
В связи с этими событиями, в следующих версиях часов, напряжение питания приемника можно смело снижать до 3...3,3 В, например, установив два последовательных диода в цепи питания, вместо одного, используемого сейчас. Только необходимо учесть, что если приемник будет переводиться в режим пониженного потребления, то ограничитель напряжения на диоде использовать нельзя, так как напряжение в этом случае поднимется выше максимально допустимого. В этом случае нужен классический линейный стабилизатор на 3...3.3 В в корпусе SOT-23.
Как вариант, можно использовать подходящий по выводам модуль PA6B с верхним пределом питающего напряжения 5 В. Из отличий: другой чипсет, высота корпуса 4 мм, необходимо подать сигнал на вход “Enable” (замкнуть выводы 2 и 1), меньшее количество каналов, но для часов вполне сгодится, так как чувствительность аналогичная.
Преобразователь уровня можно будет сделать на одном транзисторе и паре резисторов или применить специализированный преобразователь типа MC74VHC1GT125. Можно обойтись без преобразователя, сделав для всех элементов, кроме белых светодиодов, напряжение питания 3,3 В.

Подключение приемника к компьютеру спасло еще в одной ситуации. Как оказалось, приемник не всегда выдает две строки $GNGSA. Если спутники одной из группировок отсутствуют, например, после включения питания часов, то строка будет только одна.
Вообще, из всего многообразия поступающих от приемника данных, часам нужно очень мало.

Дальнейшее направление работы - добавление к часам будильника. Вместо кнопок можно использовать
микросхему MGC3130, которая анализирует изменение характеристик электрического поля при движении рук на расстоянии до 15 см. Тогда настроить время срабатывания будильника и изменить режим работы часов можно будет без волшебной палочки - просто пассами пальцев, что только добавит идеальности часам.

Теперь о том, ради чего затевалась идея точных часов .
Существующие радиоканальные системы сбора информации содержат центральный пункт и удаленные объекты с приемником и передатчиком.
Идеальные часы позволяют отказаться от передатчика на центральном объекте и приемников на удаленных точках, используя синхронизацию по точному времени.
Вместо канала яркости делается канал задержки начала передачи: 0...59 сек - ежеминутный будильник передатчика. На каждом объекте настраивается время включения передачи относительно начала минуты с точностью до 1 секунды. В результате, каждый объект имеет индивидуальное время начала передачи данных, распределенное по каждой минуте.
Система сбора информации упрощается, удешевляется и улучшается качество и надежность ее работы.
Часы в этом варианте применения можно также значительно упростить.
1. Индикатор сделать красного цвета, что позволит использовать напряжение 3,3 В.
2. Часы и минуты становятся ненужными, достаточно знать только секунды.
3. Секунды можно показывать точкой на матричном светодиодном индикаторе 8х8.
4. Можно использовать всего три светодиода - “начало минуты”, секундные импульсы”, “включение передачи”. Как вариант: один RGB светодиод.

Надеюсь, что статья поможет в изучении схемотехники электронных часов с синхронизацией времени, в использовании современных комплектующих, а также подтолкнет на самостоятельное изготовление и усовершенствование “идеальных” часов.
В помощь -

Семисегментными индикаторами в наше время называют устройства, которые отображают цифровую информацию. В электрических приборах данные элементы используются довольно часто. Если к ним подключить модулятор, то можно сделать из индикаторов интересные электронные часы. Чтобы более подробно разобраться в этом вопросе, необходимо изучить основные типы устройств. Также важно ознакомиться с моделями, которые представлены на рынке.

Одноразрядные модели

Одноразрядный семисегментный индикатор (схема показана ниже) в наше время отличается своей простотой. Как правило, контакты у моделей установлены в параллельном порядке. При этом светодиоды используются самые обычные. Сделать электронные часы из одноразрядных индикаторов можно довольно просто. В данном случае блок питания потребуется на 30 В.

Также следует учитывать, что модулятор для этого типа индикаторов может использоваться исключительно одноканальный. Непосредственно регулятор для него важно вывести через двойной переходник. При этом резисторы для часов подойдут как импульсного, так и инерционного типа. Непосредственно подключение семисегментного индикатора осуществляется через проводник. Предельное напряжение он обязан выдерживать не менее 35 В. При этом параметр силы тока должен составлять 5 А.

Двухразрядные модификации

Двухразрядные модификации на сегодняшний день являются довольно распространенными. Светодиоды в данном случае чаще всего используются красного типа. Однако на рынке можно найти и другие варианты. Сила свечения у данных индикаторов зависит от производителя. Как правило, контакты у них устанавливаются медного типа.

При этом резисторы используются в основном импульсные. Для того чтобы понять, как сделать часы на практике, необходимо заранее подготовить модулятор, а также преобразователь для устройства. В первую очередь для часов подбирается корпус. При этом семисегментные индикаторы важно устанавливать на модулятор. Непосредственно регулятор должен располагаться в стороне. Соединяется он с блоком питания через тетрод. Также для лучшей проводимости многие специалисты рекомендуют использовать усилитель. В данном случае блок питания подойдет на 15 В. В конце работы останется лишь зафиксировать проводник.

Трехразрядные устройства

Трехразрядные устройства обладают большой мощностью. Светодиоды в данном случае имеются резонансного типа, и на рынке они, как правило, представлены белого цвета. Резисторы для подключения индикаторов применяются инерционного типа. Для того чтобы сделать из трехразрядной модификации часы, потребуется найти качественный модулятор. При этом управление семисегментным индикатором будет происходить через регулятор кнопочного типа.

Тетроды в данном случае пороговое напряжение обязаны выдерживать на уровне 15 В. Проводимость их зависит от частотности конденсаторов. Многие специалисты при сборе часов советуют преобразователи устанавливать с тиристором. В данном случае блок питания можно использовать без усилителя. Для подключения индикаторов понадобятся проводники. Для безопасного использования прибора их необходимо изолировать.

Индикаторы серии E 10561

Семисегментный светодиодный индикатор данной серии отличается повышенным параметром рассеивания. В данном случае цифры видны очень четко. Светодиоды в таких устройствах используются, как правило, асинхронного типа. При этом резонансные модели также встречаются. Чтобы подключить устройство к регулятору, потребуются мощные резисторы. В данном случае преобразователи используются с тиристорами.

Пороговая частота этих устройств не должна превышать 3 Гц. При этом блоки питания, как правило, используются на 30 В. В такой ситуации показатель номинального тока должен располагаться на уровне 12 А. Все это позволит успешно включить индикатор. Непосредственно подсоединение прибора осуществляется через контакты. В некоторых случаях тетрод в цепи может располагаться после преобразователя. В таком случае можно надеяться на пороговое напряжение на уровне 15 В.

Особенности моделей серии E 15461

Семисегментные индикаторы данной серии относятся к классу двухразрядных. В этом случае светодиоды в устройствах установлены резонансного типа. Для подключения модели используются медные контакты. Сделать часы в данном случае довольно просто. Модулятор для этих целей можно использовать одноканального типа. При этом резисторы подбираются средней мощности. Напряжение они обязаны выдерживать минимум на уровне 20 В.

Блоки питания для этих целей можно использовать от персонального компьютера. Также следует отметить, что указанные индикаторы являются довольно компактными. При этом яркость их можно регулировать при помощи модуляторов. Для этого дополнительно потребуется установка преобразователя. Для повышения мощности свечения используются поворотные регуляторы. Усилители в данном случае устанавливаются довольно редко.

Подключение устройства серии E 10578

Индикаторы указанной серии имеются с резонансными светодиодами. В настройке они довольно просты и цифры способны отображать четко. Также следует учитывать, что параметр рассеивания у них очень высокий. Таким образом, устанавливать их в электронные приборы можно довольно просто. Как правило, такие модели используются в микроволновых печах. При этом для секундомеров они также подходят. В данном случае модулятор устанавливается с расширителем. При этом многоканальные модификации являются более распространенными. Усилители для устройств подходят только низкоомного типа. Дополнительно следует учитывать, что частотность модели зависит от блока питания. Если рассматривать прибор на 20 В, то вышеуказанный параметр будет находиться в районе 4 Гц.

Схема индикаторов серии E 10509

Семисегментные индикаторы данного типа способны похвастаться высокой чувствительностью. При этом светодиоды для них подходят резонансные. На рынке они чаще всего представлены красного и синего цвета. Резисторы для подключения модели применяются в основном импульсные. Однако инерционные аналоги также активно используются в бытовой технике. Тетроды в данном случае напряжение должны быть способны выдерживать максимум на уровне 30 В.

При этом система контактов, как правило, подбирается на два проводника. Усилитель для сборки часов потребуется низкоомного типа. Все это необходимо для того, чтобы справляться с большим отрицательным сопротивлением. Однако в данной ситуации многое зависит от модулятора, который устанавливается.

Применение индикаторов серии E 22563

Индикаторы данного типа на сегодняшний день являются довольно востребованными. На электронные приборы указанные модели устанавливать можно. При этом в промышленной сфере устройства данного типа также являются востребованными. В этом случае светодиоды устанавливаются средней мощности. Причем контактные системы на рынке представлены самые разнообразные.

Подключение моделей к модулятору, как правило, осуществляется через тетроды. Преобразователи подходят с частотой не менее 4 Гц. Дополнительно следует учитывать, что параметр рассеивания свечения светодиодов зависит от мощности блока питания. Если рассматривать самые простые часы с модулятором серии РР20, то он подбирается на 20 В.

Модель на хроматических резисторах

Семисегментные индикаторы на хроматических резисторах встречаются довольно редко. Модуляторы в данном случае могут использоваться только одноканального типа. Также следует учитывать, что при подключении устройства обязательно необходимо устанавливать усилители. Все это позволит стабилизировать в цепи параметр порогового напряжения. Блоки питания в данном случае можно использовать от персональных компьютеров. Также важно учитывать, что чувствительность системы зависит от типа тетродов.

Использование оптических модуляторов

Оптические модуляторы, как правило, используются с индикаторами резонансного типа. При этом на электроприборы данные конфигурации устанавливаются часто. В данном случае регуляторы используются в основном поворотного типа. При этом кнопочные варианты встречаются довольно редко. Резисторы для указанных систем подходят асинхронного типа. Непосредственно подсоединение модуляторов в цепи происходит через преобразователи.

Внимание! Порядок добавления тегов имеет значение! Начинайте добавлять с наиболее важного. По возможности пользуйтесь уже существующими тегами

Вариант реализации больших светодиодных часов

Речь пойдет о светодиодных часах, собранных на больших семисегментных индикаторах 70Х110 мм с общим катодом, имеющих по 6 светодиодов в сегменте и, соответственно, требующих питания часов чуть более 12 вольт. Максимальный ток потребления сегмента — 30 мА, но в нашей конструкции сегмент потребляет около 13 мА, чего более чем достаточно для нормальной видимости. Также часы имеют термометр на датчике DS18B20 и коррекцию хода. Контроллер - Atmega8. При отключении питания часы работают от трех пальчиковых батареек, при этом индикация отключается.

Была взята готовая прошивка и схема уважаемого Александра, с исходной статьей можно ознакомиться .

Схема переделана под данные индикаторы, то есть были добавлены ключи на биполярных транзисторах в анодных цепях и микросхема ULN2003 в катодных.

Резисторы R43-R49 и R50-R53 в реальности не нужны, они поставлены здесь чтобы Протеус адекватно запускал схему. Схема могла быть и проще если применить полевые транзисторы и индикаторы с общим анодом.

В конструкции применены транзисторы BC847 и BC857. Резисторы в анодных цепях по 20 Ом, и подбирать их не нужно поскольку достаточно подобрать напряжение питания, которое идет с LM317. В моем случае оно равно 12,7 вольт. D2- точка, в индикаторах это обычно один светодиод. Её нужно подключать только у одного индикатора.

Настройка происходит нажатием кнопки SET, по кругу.

1. Режим отображения минут и секунд. Если в этом режиме одновременно нажать на кнопку PLUS и MINUS , то произойдет обнуление секунд.
2. Установка минут текущего времени.
3. Установка часов текущего времени.
4. Величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки -25÷25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена/вычтена из текущего времени.
5. Символ t. Настройка продолжительности отображения часов.
6. Символ o. установка времени индикации температуры с внутреннего датчика.
7. Символ P. установка времени индикации рекламной заставки.
Пределы установки для времени отображения 0÷60 сек. Если установлен 0, данный параметр на индикатор не выводится. Если все параметры установить в 0 - на индикаторе будут часы.

Во всех режимах удержанием кнопок PLUS/MINUS производится ускоренная установка.

Если производились изменения настроек, через 10 секунд от последнего изменения новые значения запишутся в энергонезависимую память (EEPROM) и будут считаны оттуда при повторном включении питания. Индикатор перейдет в основной режим времени.
Новые настройки вступают в силу по ходу установки.

Микроконтроллер отслеживает наличие основного питания. Для уменьшения тока потребления при пропадании оного, отключаются индикатор, датчики и кнопки. Часы продолжают отсчитывать время. При появлении питания от основного источника все функции восстанавливаются.

Фьюзы микроконтроллера:

Теперь непосредственно о реализации схемы. Сначала была собрана плата.

Соединение индикаторов между собой производилось проводом МГТФ, а с платой — через разъемы.
Индикаторы скрепляются с помощью вкрученных в них полосок стеклотекстолита

Потом я подпаял датчик к плате и запустил схему.

В качестве корпуса был куплен электрощиток на 18 модулей, с прозрачной крышкой.

Как видно, в щиток можно прекрасно установить индикаторы, остается только вырезать окно соответствующего размера.

После того как с помощью ножа, плоскогубцев и напильника сделали окно, индикаторы были установлены вовнутрь и закреплены скобами, вырезанными из планки для крепежа автоматов.

На задней крышке щитка установлены батарейный отсек, трансформатор и плата блока питания. Также вырезано окошко для настройки часов, так как кнопки остаются на плате.Детали установлены так чтобы центр тяжести всей конструкции был посередине, поскольку щиток будет висеть на одном саморезе.

Запуск готовых часов. Тонированная крышка удовлетворительно скрывает винты, провода и белые сегменты и в то же время через нее хорошо видны светящиеся сегменты.