Принципиальная схема самодельных часов на микросхемах К176ИЕ18, К176ИЕ13 и люминесцентных индикаторах ИВ-11. Простая и красивая самоделка для дома. Приведена схема часов, чертежи печатных плат, а также фото готового устройства в собранном и разобранном виде.
Предлагаю для обзора и возможно повторения данную конструкцию часов на советских люминесцентных индикаторах ИВ-11. Схема (приведена на рисунке 1) довольна проста и при правильной сборке начинает работать сразу же после включения.
Принципиальная схема
В основе электронных часов лежит микросхема К176ИЕ18, которая представляет собой специализированный двоичный счётчик с генератором и мультиплексором. Также в состав микросхемы К176ИЕ18 входит генератор (выводы 12 и 13), который рассчитан на работу с внешним кварцевым резонатором частотой 32 768 Гц, еще микросхема содержит два делителя частоты с коэффициентами деления 215=32768 и 60.
Микросхема К176ИЕ18 содержит 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.
Рис. 1. Принципальная схема самоедльных часов на люминесцентных индикаторах ИВ-11.
Длительность пачек - 0,5 секунд, период заполнения - 1 секунда. Выход звукового сигнала (вывод 7) выполнен с "открытым" стоком и позволяет подключать излучатели сопротивлением более 50 Ом без эмиттерных повторителей.
За основу мною была взята принципиальная схема электронных часов 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.
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 отражении. На рисунке 2 представлена печатная плата автора с неправильной разводкой.
Рис. 2. Оригинальная печатная плата, содержащая ошибки.
На рисунках 3 и 4 приведена моя версия печатной платы, она исправленная и зеркальная, вид со стороны дорожек.
Рис. 3. Печатная плата для схемы часов на ИВ-11, часть 1.
Рис. 4. Печатная плата для схемы часов на ИВ-11, часть 2.
Изменения в схеме
Теперь скажу несколько слов по схеме, при сборке и экспериментировании со схемой столкнулся с теми же проблемами, что и люди которые оставили комментарии к статье на сайте 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 указного номинала на схеме на 470ком.
Рис. 5. Внешний вид основной платы в сборе.
Стабилитроны использовал - Д814В. Резистор R21 в базах преобразователя был заменен на 56 кОм. Трансформатор намотал на ферритовом кольце, которое извлек из старого соединительного кабеля монитора с системным блоком компьютера.
Рис. 6. Внешний вид основной платы и платы с индикаторами в сборе.
Вторичной обмотки намотано 21х21 виток провода диаметром 0,4мм, а первичная обмотка содержит 120 витков проводом 0,2мм. Вот впрочем все изменения в схеме, которые позволили устранить вышеперечисленные сложности в ее работе.
Транзисторы преобразователя греются достаточно сильно, примерно градусов на 60-65 по Цельсию, но работают без проблем. Изначально вместо транзисторов КТ3102 и КТ3107 пробовал ставить пару КТ817 и КТ814 - они также работают, чуть теплые, но как-то не устойчиво.
Рис. 7. Внешний вид готовых часов на люминесцентных индикаторах ИВ-11 и ИВ-6.
При включении запускался преобразователь через раз. Поэтому я не стал ничего переделывать и оставил все как есть. В качестве излучателя использовал попавшийся на глаза динамик от какого то сотового телефона, его и установил в часы. Звук от него не слишком громкий, но достаточный чтоб разбудить утром.
И последнее, что можно отнести к недостатку или к достоинству - так это вариант бестрансформаторного питания. Несомненно при наладке или каких других манипуляциях со схемой есть риск отхватить не хилый удар током, не говоря уже про более плачевные последствия.
При экспериментах и наладке пользовался понижающим трансформатором на 24 вольта переменки по вторичке. Подключал его сразу к диодному мосту.
Кнопок как у автора я не нашел, поэтому взял какие были под рукой, воткнул их в выточенные отверстия корпуса и все. Корпус изготовлен из прессованной фанеры, склеенной клеем ПВА и обклеенной декор-пленкой. Получилось вполне неплохо.
Итог проделанной работы: еще одни часы дома и исправленная рабочая версия для желающих повторить. Вместо индикаторов ИВ-11 можно ставить ИВ-3, ИВ-6, ИВ-22 и другие подобные. Все будут работать без проблем (с учетом цоколевки конечно).
.
Об этих часах я с
Moto_v3x
(с Радиокота) говорили еще 2 года назад. Год назад удалось купить индикаторы (недорого) и сделать плату индикации, которая пролежала у меня в столе до декабря прошлого года. Во что вылилась уборка ящика, Вы можете наблюдать в этой статье.
Часы состоят из 3 плат: плата индикации, основная плата, плата сенсора.
Пока речь пойдет о двух первых, т.к. последнюю собираюсь делать на этапе производства корпуса.
Платы односторонние, конечно же с перемычками. Некоторые из них выполнены МГТФом. Разведены в Sprint-Layout
6.
Плата сделанная год назад:
Дорожки 0.3мм. ЛУТом.
Основная плата:
Дорожки 0.6 , так же ЛУТом.
Несколько слов о схеме.
Камень выбрал PIC16F887, во основном, из-за количества выводов. Плюсом послужило его наличие. Нумерация выводов на схеме для DIP-40 корпуса.
Питание накала - переменка, частотой 3 кГц (задается конденсатором С11). Схема дешева, все компоненты доступны,настройки не требует.
Отрицательное напряжение получаю при помощи доступной MC34063.
Почему такая схема? Потому что у меня свои тараканы в голове.
Низковольтное питание можно было реализовать и на 78l33 (пожалуй, дешевле всего), но у меня есть желание прикрутить НС-05 к часам и рулить ими с Androidа, а она жрет 40-60 мА. Смастерил DC-DC на.. угадайте чем? Правильно, MC34063:) .
На Али купил DS3231 по 0.8$, аж 10 шт. Выбор РТС - очевиден.
Кстати, не зря китае.. наши "предприимчивые друзья" их продают недорого. Dsка бывает с 1 раза не стартует, что ни разу не наблюдалось на мс купленной за 3.5$.
Собрал питание проверил как светит лампа.
И ждало меня великое расстройство:(! Все лампы были б/у и все они светили по разному. Поэтому надо брать лампы с запасом, чтоб было из чего выбрать. Разница в интенсивности свечения колоссальна, смысла делать программную коррекцию нет:(.
Затем я немного отложил:), изготовление этих часов и решил попробовать все предполагаемые части схемы на более простом проекте. Получились .
С учетом полученного опыта сделана монтажная плата, которая в последствии переименовывалась в основную и, усовершенствованную версию которой, можно наблюдать в данном проекте.
Итак что же присутствует в часах(разведено на плате ):
- точность хода обеспечивает DS3231;
- ночной режим;
- светодиодная подсветка(одноцветная) с регулируемой интенсивностью;
- индикация времени;
- индикация даты;
- индикация дня недели.
- управление по bluetooth;
- сенсорное вкл\выкл.
Для первой версии, пожалуй, достаточно, ведь возможно будет и вторая.
Управление:
- установка времени
средняя - плюс;
левая - минус;
- управление подсветкой
левая(короткое нажатие) - уменьшает;
- Включени\выключение блютуз - долгое нажатие левой кнопки.
Пришло время поговорить о сборке.
Начинаем сборку, как всегда, с источников питания.
Первым в списке у нас ИП -27 Вольт.
Часть платы, занятая схемой выделена ниже.
В точках указанных на рисунке вы должны наблюдать -27В.
Затем очередь за переменкой на накал.
Часть платы занимаемая схемой:
Правильно собранная схема настройки не требует. Ее работоспособность можно проверить тестером. На моем стареньком DT-838 показывает ~2.3 вольта переменки.
И в финале ИП на 3.3 вольта:
В итоге проверяем собранные ИП в точках указанных на рисунке:
Если все соответствует, то запаиваем перемычки A и B.
На том, как собрать плату индикации, подробно останавливаться не буду. Понадобится, лишь, аккуратность и внимательность. Светодиоды нужно установить до установки ламп:).
Индикаторы можно проверять, подключив накал к выводам 11, 1 двух ламп
, соединенных последовательно и +5В к сетке и аноду. Должны увидеть горящий сегмент лампы.
Сборка ключей требует аккуратности и по окончанию оной необходимо хорошенько промыть плату, чтобы не было засветов. Еще я бы присоветовал проверить тестером на диапазоне 2Мом соседние дорожки:) .
Далее я подключил собранную плату индикации и проверил каждый ключик.
После того как все налажено, припаял МК.
Немного остановлюсь на прошивке МК. Я прошивал его на плате. Выводы для программирования подписаны:
Прошивать можно, например, Extra-PIC
(софт PICPgm
) или PICkit-2 lite
, заводскими PICkit-2 или PICkit-3. Выбор за вами.
Если не собираетесь больше прошивать МК, то после прошивки диод шотки можно заменить перемычкой и установит конденсатор 100-470мкФ показанный на картинке выше.
Собираем оставшуюся часть схемы, включаем и вы должны увидеть вот это:
Удачной сборки!
Upd 2015\09\27:
Владельцы программаторов TL866CS могут иметь затруднения с программирование и верификацией прошивки. Это связанно с тем, что у МК разрядность шины 14 бит
, а хранятся эти 14 бит в 2 байтах (16 бит
) => 2 бита не значащие. Некоторые компиляторы заполняют их нулями, некоторые единицам. В моих прошивках они заполнены единицам, что и вызывает трудности у софта TL866CS.
Решение: качаете WinPic800(программа бесплатная),выбираете контроллер, загружаете прошивку, Файл
- Сохранить как
и сохраняете ее заново. Все:).
Upd 2015\10\04:
Добавлены в прошивку v 1.1 поддержка датчика температуры DS18b20. Обрабатывается как положительная, так и отрицательная температуры.
Добавлены в прошивку v 1.2 поддержка датчика температуры DS18b20 и датчика атмосферного давления BMP085(BMP180).
Термометром обрабатывается как положительная, так и отрицательная температуры.
На плату добавляются навесным монтажом.
Не забываем
, что на модуле BMP085 или BMP180 уже установлены подтягивающие резисторы на шине I2C, поэтому на плате резисторы R86 и R87 необходимо удалить.
Датчик температуры необходимо вынести за корпус.
В обе прошивки добавлен новый шрифт цифр (в меню установки часов).
Исправлен момент с зависанием при включении.
Схема подключения:
Измененная плата под прошивки 1.1 и 1.2 (добавлены отверстия для подключения датчиков)
Файл прошивки v 1.01 (доп. шрифт)
Файл прошивки v 1.1 (поддержка датчика температуры+доп.шрифт)
Файл прошивки v 1.2 (поддержка датчика температуры +датчик давления+доп.шрифт)
Прошивка 1.1 показания температуры(фото Николай В.
):
Upd 2015\10\17:
Перезалил прошивки 1.1 и 1.2!
Исправлена буква "У" в прошивке 1.2
Исправлена буква "У" и символьные обозначения дня недели перед показом температуры в прошивке 1.1
Изменилась контактная почта, так что те, кто писал мне на Рамблер, обратите внимание . К старой почте доступа у меня нет:(.
Upd 2015\12\17:
Spoiler :
Ох, из-за наплыва работы, к сожалению(или к счастью:)),не остается у меня сейчас времени заниматься хобби.
Месяц (!) делаю новую платку под часы ИВ-17.
Хотел успеть даже с корпусом на новый год, но....
На плате реализовано:
- все что было в v 1.2;
- сенсорная кнопка вкл\выкл на TTP223 (прям на плате);
- питание от USB;
- будильник с резервной батареей;
- есть пищалка (будильник, нажатие клавиш):
- RGB подсветка WS2812B(позволяет задать каждой лампе свой цвет);
- датчик влажности;
- если удастся, впихнуть в корпус обучаемый ИК приемник;
- и ESP8266 на борту (настройка часов через браузер,NTP синхронизация);
- хе, только радио не хватает:)))))))))) (хотя если напрячься, можно сделать онлайн-радио).
Часы в корпусе от Максим М.
Upd 2016\02\27:
Есть желающие попробовать WEB-морду и синхронизацию по NTP на модуле ESP-12/ESP-12E или модуль у которого 2 ножки свободны, которыми можно управлять?
Кроме желания нужно иметь собранные часы и сам модуль в наличии.
Напишите мне на почту.
Upd 2016\03\07:
Установка времени:
Настройка связи по NTP:
Выбор периода опроса:
Настройки клиента WiFi:
Настройка сервера WiFi:
ESP-12(ESP-12E) расположен на отдельной плате. Схема подключения модуля нарисована ниже.
Сам модуль крепится к плате двухсторонним скотчем или клеем.
Выглядеть это будет, примерно, так:
На фото модуль уже с SD-катрой. Предполагалось собирать еще статистику, но пока это далекое будущее.
Низ ESP-12 требуется изолировать от платы
.
Процессор часов прошиваем прошивкой 1.35 до установки модуля, т.к. обычно программаторы прошивают МК с напряжением питания 5В, что может пагубно сказаться на выводах ESP!
О прошивке модуля.
Когда вы получаете ESP-12 из Китая, то он будет в режиме AT команд.
Надо выяснить на какой скорости он работает по UART.
Как это сделать описано в .
Отдельно отмечу, что для программирования модуля требуются уровни 3.3В => нужно использовать либо согласователь уровней(я использую ADM3202, потому что они у меня есть), либо USB <--> com (на АЛИ их полно) с выходом 3.3В.
Заливать прошивку в модуль с помощью esptool.exe
Утилита идет в комплекте с библиотекой ESP для Ардуино.
Параноики могут установить среду Ардуино (как сделать описано в статье по ссылке выше) и найти ее по пути:
C:\Documents and Settings\Имя вашей учетки\Application Data\Arduino15\packages\esp8266\tools\esptool\0.4.6\
Исходники можно глянуть .
Команада для заливки прошивки:
c:\esptool.exe -vv -cd ck -cb 115200 -cp COM1 -ca 0x00000 -cf c:\ESPweb20160301.bin
Параметры которые нужно поменять под себя:
Для перевода модуля в реж заливки прошивки надо замкнуть GPIO0 на землю.
Во время прошивки на экране будет это:
По окончании прошивки выключаем питание, убираем перемычку с GPIO0.
Работа:
При включении ESP-12(если это возможно) соединяется с NTP сервером и получает точное время.
При длительном нажатии на среднюю кнопку часов включается веб интерфейс и пользователь может настроить параметры часов.
В менюшке все вроде бы интуитивно понятно.
Остановлюсь лишь на пункте в меню сервера WiFi- режим WiFi
Выбор:
-только клиент
. ESP поднимет софтовую точку доступа "esp8266" с паролем "1234567890"). Эта опция активна по умолчанию. В браузере для подключения часам надо набрать адрес - 192.168.4.1 ;
-только сервер . ESP будет доступен внутри вашей домашней сети. Адрес подключения можно узнать длинным нажатием на левую кнопку часов. ;
Отключить WEB интерфейс можно так же длительным нажатием средней кнопки(синхронизация по NTP при этом не отключается).
Синхронизация времени по NTP происходит: при включении в конце первой минуты (если выбран соответствующий пункт в меню "Настройка часов
"), при наступлении выбранного времени в меню "Внешний сервер времени
".
Видео:
<будет позже>
Приветствую! Обзор будет посвящен вакуумно-люминесцентному индикатору ИВ-18 и сборке часов на его основе. Расскажу про каждый функциональный узел в схеме, будет много фото, картинок, текста и, конечно же, DIY. Если интересно, заходим под cut.
Совсем чуть-чуть лирики
У меня давно была идея собрать часы на газоразрядных или люминесцентных индикаторах. Согласитесь - выглядит это винтажно, тепло и лампово. Такие часы, например, в деревянном корпусе, смогут занять достойное место в интерьере или на столе радиолюбителя. Реализовать свою идею все как-то не получалось. Сначала хотел собрать на ИВ-12. Такие лампы нашлись дома в куче «хлама».
(Картинка для примера из интернета).
Потом на ИН-18. Это одна из самых больших индикаторных ламп, но узнав цену одной штуки, от этой затеи отказался. (Картинка для примера из интернета).
Затем захотел повторить схему на ИН-14. (Картинка для примера из интернета).
Уже развел печатную плату, но заминка случилась из-за ламп. Найти их в Норильске не удалось. Потом нашел комплект из 6 штук на ebay. Пока раздумывал, энтузиазм поугас, появились другие проекты. Идея снова не была реализована.
На одном из тематических сайтов для радиолюбителей, увидел вот такие часы. 
Нашел информацию, это оказались Ice Tube Clock от Adafruit. Мне они очень понравились, однако цена за комплект для самостоятельной сборки составляет $85, без учета стоимости доставки. Тут же пришло решение - буду собирать сам! Индикатором в таких часах является ИВ-18. Купить такой же в русских интернет-магазинах я не смог, то не было доставки до Норильска, то продажа только оптом. В общем, в порыве энтузиазма заказал его на ebay. Продавец оказался из Нижнего Тагила (доставляет по всему миру). После оплаты продавец вернул стоимость международной доставки $5. Через 3 недели посылка была у меня в руках. На всякий случай заказал 2 шт, так как переживал, что в дороге могут разбиться.
Упаковка
В качестве упаковки - обычный конверт с пупырками, индикаторы находились в пластиковых трубках с дополнительной оберткой внутри. Такая форма упаковки оказалась вполне надежной.
Внешний вид
Назначение и устройство
Индикатор цифровой многоразрядный вакуумный люминесцентный (ВЛИ) предназначен для отображения информации в виде цифр от 0 до 9 и десятичного знака в каждом из 8 цифровых разрядов, и вспомогательной информации на одном служебном разряде.
ВЛИ представляет собой электровакуумный триод прямого накала с множеством покрытых люминофором анодов. Параметры лампы подобраны таким образом, чтобы она могла работать при низких анодных напряжениях - от 27 до 50 В.
Катод представляет собой катод прямого накала из вольфрама с добавлением 2 % тория для облегчения эмиссии при сравнительно небольшой температуре.
В индикаторе две параллельно соединённых нитей накала диаметром меньше человеческого волоса. Для их натяжения применены небольшие плоские пружины. Напряжение накала составляет от 4,3 до 5,5 В.
Сетки ВЛИ - плоские. Количество сеток равно количеству знакомест индикатора. Назначение сеток - двоякое: во-первых, они уменьшают напряжение, достаточное для того, чтобы индикатор светился ярко, а во-вторых, обеспечивают возможность коммутации разрядов при динамической индикации.
Аноды покрыты люминофором с небольшой энергией возбуждения, составляющей всего несколько электрон-вольт. Именно этот факт и позволяет лампе работать при низком анодном напряжении.
Технические характеристики
Цвет свечения: Зеленый
Номинальная яркость индикатора одного цифрового разряда – 900 кд/м2, служебного разряда – 200 кд/м2.
Напряжение накала: 4,3–5,5 В
Ток накала: 85 ± 10 мА
Напряжение анода–сегмента импульсное: 50 В
Наибольшее напряжение анодов–сегментов: 70 В
Наибольший ток анода-сегмента: 1,3 мА
Ток анодов–сегментов импульсный суммарный ИВ–18: 40 мА
Напряжение сетки импульсное: 50 В
Наибольшее напряжение сетки импульсное: 70 В
Минимальная наработка: 10 000 ч
Яркость индикатора, изменяющаяся в течение минимальной наработки, не менее: 100 кд/м2
Габаритные размеры
Распиновка ИВ-18 (тип-2)
1– Катод, проводящий слой внутренней поверхности баллона;
2– dp1...dp8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
3 – d1...d8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
4 – c1...c8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
5 – e1...e8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
6 – Не подключать (свободный);
7 – Не подключать (свободный);
8– Не подключать (свободный);
9 – g1...g8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
10 – b1...b8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
11 – f1...f8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
12 – a1...a8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
13 – Катод;
14 – Сетка 9го разряда;
15 – Сетка 1го разряда;
16 – Сетка 3го разряда;
17 – Сетка 5го разряда;
18 – Сетка 8го разряда;
19 – Сетка 7го разряда;
20 – Сетка 6го разряда;
21 – Сетка 4го разряда;
22 – Сетка 2го разряда.
Сведения о назначении выводов справедливы только для индикатора тип-2
. Существует и тип-1, а как понять, какой «тип» индикатора окажется у вас?! Все просто! Исходя из описания, выводы 6, 7, 8 никуда не подключены, т.е. висят в воздухе в самом баллоне! Это очень хорошо видно.
Дабы не томить читателя, сразу приведу электрическую схему. 
На всякий случай продублирую схему на в максимальном разрешении. Там же будет и файл с прошивкой.
Дальше для новичков я подробно расскажу, как работает схема, а бывалые меня поправят, если что.
1. Микроконтроллер
За работу схемы отвечает микроконтроллер в DIP корпусе, он управляет драйвером индикатора и блоком анодного напряжения, получает данные от «часовой» микросхемы, а также к нему подключен энкодер для управления часами. Будьте внимательны, при использовании в корпусе TQFP распиновка будет другой. При желании, можно Atmega328P-PU заменить на Atmega168PA, памяти хватит, но я взял с запасом, для будущих прошивок (на текущий момент она составляет 11,8 Кб). Также вместо «голой» атмеги можно приметить Arduino, в этом случае надо смотреть пин маппинг (какой цифровой вход/выход соответствует выводу на мк). В данной схеме включение контроллера типовое, он работает на частоте 16 МГц от внешнего кварцевого резонатора. Соответственно фьюзы равны:
Low Fuse 0xFF
, High Fuse 0xDE
, Extended Fuse 0x05
. Reset подтянут к плюсу питания через резистор. После правильной установки фьюзов прошивку загружал через колодку ICSP (SCK, MOSI, MISO, RESET, GND, Vcc).
2. Питание
Входное напряжение 9В поступает на линейный стабилизатор и понижается до 5В. Это напряжение необходимо для питания «цифровой логики», оно поступает на микроконтроллер и драйвер MAX6921. Т.к. наш мк работает на частоте 16 МГц, то рекомендованное напряжение (исходя из даташит) 5В. Схема включения стабилизатора типовая, вместо L7805 можно применить любой другой, хоть КР142ЕН5.
В схеме также необходимо питание 3,3 В, для этого я применил стабилизатор . Этим напряжением питаются «часовая» микросхема DS3231 и накал для индикатора. Схема включения - исходя из даташит стабилизатора.
Тут хочу обратить ваше внимание на пару моментов:
1. Из описания ИВ-18 следует, что напряжение накала от 4,7 до 5,5 В, и во многих схемах подают 5 В, например, как в Ice Tube Clock. На самом деле видимое свечение наступает уже при 2,7 В, поэтому 3,3 В считаю оптимальным. При настройке часов на максимальную яркость уровень свечения очень приличный. Подозреваю, что питая индикатор этим напряжением, вы значительно продлите срок его службы.
2. Для равномерного свечения на накал подают либо переменное напряжение, либо источник прямоугольного сигнала. В общем-то работа показала, что при питании «постоянкой» эффекта неравномерности нет (я не увидел), поэтому заморачиваться не стал.
Для получения анодного напряжения использована схема простейшего step up преобразователя, которая состоит из дросселя L1, полевого транзистора , диода Шоттки и конденсатора С8. Попробую объяснить, как это работает, для этого представим схему в виде:
Первый этап
Второй этап
Работа преобразователя проходит в два этапа. Представим себе, что транзистор VT1 выступает в роли ключа S1. На первом этапе транзистор открыт (ключ замкнут), ток от источника проходит через дроссель L, в сердечнике которого энергия накапливается в виде магнитного поля. На втором этапе транзистор закрыт (ключ разомкнут), запасенная энергия в катушке начинает высвобождаться, и ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате напряжение в катушке резко подскакивает, проходит через диод VD и накапливается в конденсаторе С. Затем ключ снова замыкается, и катушка снова начинает получать энергию, в то время как нагрузка «питается» от конденсатора С, а диод VD не дает току уйти обратно в источник питания. Этапы повторяются друг за другом, не давая конденсатору «опустошиться».
Транзистор управляется прямоугольными импульсами с регулированием от ШИМ микроконтроллера, тем самым можно менять время заряда конденсатора С. Чем больше время заряда, тем выше напряжение на нагрузке. В интернете есть для расчета выходного напряжения в зависимости от частоты ШИМ, индуктивности и емкости.
Резисторы R3 и R4 представляют собой делитель, напряжение с которого поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера. Это необходимо для контроля напряжения на анодах (допускается не более 70 В) и регулировки яркости. Информация об анодном напряжении выводится на индикатор в одном из режимов работы. Например, при 30 В напряжение на делителе будет около 0,3 В. Почему именно такое отношение делителя, спросите вы?! Тут все дело в принципе работы АЦП, который заключается в постоянном сравнении поступившего напряжения с «эталонным» источником опорного напряжения (ИОН), при этом входное напряжение на АЦП не может быть больше ИОН. В качестве источника опорного напряжения могут выступать: напряжение питания микроконтроллера, напряжение, поданное на пин Aref или внутренний. В данной схеме применяется внутренний ИОН, который равен 1,1 В. Вот с ним и будет происходить сравнение напряжения, полученного с делителя.
3. Часовая микросхема
В качестве часов реального времени используется микросхема фирмы Dallas Semiconductor. Это высокоточные часы реального времени (RTC) со встроенными I2C интерфейсом, термокомпенсированным кварцевым генератором (TCXO) и кварцевым резонатором в одном корпусе. По сравнению с традиционными решениями на базе кварцевых резонаторов, DS3231 имеет до пяти раз большую точность хронометрирования в диапазоне температур от -40 С до +85 С. Подключение типовое, осуществляется по шине I2C, которая подтянута резисторами к плюсу питания. Данная микросхема имеет встроенный датчик температуры, информацию с которого будем брать для комнатного термометра. Батарея CR2032 служит источником резервного питания, чтобы часы не сбрасывались при отключении.
4. Энкодер
В этой схеме применяется инкрементный энкодер для настройки часов и выбора режима работы. Желательно использовать со встроенной тактовой кнопкой. Принцип работы заключается в том, что энкодер выдает импульсы («тики») при повороте ручки. Наша задача посредством микроконтроллера вылавливать эти «тики». В данном случае, происходит кратковременное замыкание на землю. Для подавления дребезга контактов используются внутренние подтягивающие резисторы мк, а также конденсаторы 0,1 мкФ. Также обратите внимание, что подключение энкодера сделано на выводы мк внешнего прерывания (INT), это важно.
5. Индикатор и драйвер
Индикатор ИВ-18 представляет собой радиолампу - триод с катодом прямого накала, управляющими сетками (работающих от «плюса» питания) и кучей анодов с люминесцентным покрытием. Над каждой группой анодных сегментов (a, b, c, d, e, f, g) находится отдельная сетка.
Принцип индикации цифры одного из разрядов таков: электрическое поле управляющей сетки ускоряет электроны, которые, пролетая через редкую сетку, достигают тех анодов-сегментов, на которые подано анодное напряжение. Электроны, попадая на люминофор, вызывают его свечение.
Для вывода цифры одного разряда достаточно подать напряжение на соответствующие аноды-сегменты и сетку. Это будет статичная индикация. Чтобы зажечь все цифры в каждом разряде, необходимо использовать динамическую индикацию, т.к. аноды-сегменты во всех одноименных разрядах соединены между собой и имеют общие выводы. Сетка для каждого разряда имеет свой отдельный вывод.
Управлять анодами-сегментами и сетками можно сборкой из транзисторных ключей, а можно специальной микросхемой-драйвером .
Микросхема является высоковольтным сдвиговым регистром, которая имеет 20 выходов с допустимым напряжением 76 В и током до 45 мА. Ввод данных осуществляется через последовательный интерфейс. CLK - вход тактирования, DIN - последовательный ввод данных, LOAD - загрузка данных, BLANK - выключение выходов, DOUT - предназначен для каскадного соединения таких же микросхем. BLANK подтягиваем к земле, т.е. драйвер будет постоянно включен.
Принцип работы MAX6921 схож с работой сдвигового регистра 74HC595. Когда на тактовом входе CLK появляется логическая единица, регистр считывает бит со входа данных Din и записывает его в самый младший разряд. При поступлении на тактовый вход следующего импульса, всё повторяется, только бит, записанный ранее, сдвигается на один разряд (начиная с OUT19 до OUT0), а его место занимает вновь пришедший бит. Когда все 20 бит заполнились и приходит двадцать первый тактовый импульс, то регистр снова начинает заполнятся с младшего разряда и всё повторяется вновь. Что бы данные появились на выходах OUT0…OUT19 нужно подать логическую единицу на вход LOAD.
Есть один нюанс с микросхемой MAX6921AWI
, существует аналогичная MAX6921AUI - у неё совершенно другая цоколевка!!!
Приведу таблицу соответствия выводов драйвера и индикатора, так проще и понятней собирать, чем отслеживать электрические связи на схеме.
С теорией закончили, переходим к практике. Прежде чем делать печатную плату, сначала собираю на макетке. Ведь всегда приходится что-то добавлять, модифицировать, проверять режимы работы и т.д.
Вид сверху
Вид снизу. Тут картинка не для слабонервных, знатная «джигурда» получилась.
Надеваем кембрики и устанавливаем индикатор в отдельную плату.
Собираем в кучу.
В работе выглядят так. Фотал без внешнего освещения, виден шум матрицы.
Под спойлером будет информация о всех режимах работы.
Меню часов
Вход в меню осуществляется: поворотом или нажатием энкодера. Выход - через параметр EXIT, либо автоматический выход через 10 секунд.
Установка времени
Установка даты
Например: месяц ноябрь
День 20
Год 2016
Меню дисплей для настройки режима отображения даты, времени, температуры.
Часы-минуты-секунды
Часы-минуты-день
Часы-минуты-температура
Месяц-день
Часы-минуты-анодное напряжение
Настройка уровня яркости
От 1 до 7
Режим «банк». Имеет два состояния включено и выключено. Если включено - попеременное отображение времени (в формате настроенном выше), даты и температуры.
Выход из меню
Электрические тесты
При минимальной яркости: анодное напряжение 21,9 В, на затворе VT1 1,33 В.
При максимальной яркости: анодное напряжение 44,7 В, на затворе VT1 3,11 В.
Ток накала индикатора 56,8 мА, общий ток потребления часов 110,8 мА.
Заключение и мысли на будущее
Что хочу сделать:
- Развести печатную плату
- Придумать и сделать дизайнерский корпус
- Добавить уличный датчик температуры
- Добавить часам интерактивности, т.к. у мк свободный uart, можно подключить блютуз и передавать любую информацию, можно подключить esp`шку и парсить сайты с погодой, курсами валют и т.д. Потенциал к модернизации очень большой.
В общем, есть над чем подумать\поработать. Готов выслушать критику, а также ответить на вопросы в комментариях. Планирую купить +53 Добавить в избранное Обзор понравился +194 +317
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.
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.
