Электронные часы своими руками схемы для начинающих

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 04.10.2024

Предлагаю вашему вниманию электронные часы на микроконтроллере. Схема часов очень проста, содержит минимум деталей, доступна для повторения начинающим радиолюбителям.

Конструкция собрана на микроконтроллере ATTiny26 и часов реального времени DS1307. В качестве индикатора текущего времени использован четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор (ультраяркий, голубого цвета свечения, что неплохо смотрится в темное время, и, заодно, часы играют роль ночника). Управление часами происходит двумя кнопками. Благодаря использованию микросхемы часов реального времени DS1307, алгоритм программы получился довольно простым. Общение микроконтроллера с часами реального времени происходит по шине I2C, и организованно программным путем.

К сожалению, в схеме есть ошибка:
- выводы МК к базам транзисторов нужно подключать:
РВ0 к Т4, РВ1 к Т3, РВ2 к Т2, РВ3 к Т1
или поменять подключение коллекторов транзисторов к разрядам индикатора:
Т1 к DP1 . Т4 к DP4

Детали, используемые в схеме часов:

♦ микроконтроллер ATTiny26:

♦ часы реального времени DS1307:

♦ 4-разрядный семисегментный светодиодный индикатор – FYQ-5641UB -21 с общим катодом (ультраяркий, голубого цвета свечения):

♦ кварц 32,768 кГц, с входной емкостью 12,5 пф (можно взять с материнской платы компьютера), от этого кварца зависит точность хода часов:

♦ все транзисторы - NPN-структуры, можно применить любые (КТ3102, КТ315 и их зарубежные аналоги), я применил ВС547С
♦ микросхемный стабилизатор напряжения типа 7805
♦ все резисторы мощностью 0,125 ватт
♦ полярные конденсаторы на рабочее напряжение не ниже напряжения питания
♦ резервное питание DS1307 – 3 вольтовый литиевый элемент CR2032

Для питания часов можно использовать любое ненужное зарядное устройство сотового телефона (в этом случае, если напряжение на выходе зарядного устройства в пределах 5 вольт ± 0,5 вольта, часть схемы - стабилизатор напряжения на микросхеме типа 7805, можно исключить)
Ток потребления устройством составляет - 30 мА.
Батарейку резервного питания часов DS1307 можно и не ставить, но тогда, при пропадании напряжения в сети, текущее время придется устанавливать заново.
Печатная плата устройства не приводится, конструкция была собрана в корпусе от неисправных механических часов. Светодиод (с частотой мигания 1 Гц, от вывода SQW DS1307) служит для разделения часов и минут на индикаторе.

Установки микроконтроллера заводские: тактовая частота - 1МГц, FUSE-биты трогать не надо.

При первом включении, или повторном включении при отсутствии резервного питания DS307, происходит переход в первоначальную установку текущего времени. При этом: кнопка S1 – для установки времени, кнопка S2 – переход к следующему разряду. Установленное время – часы и минуты записываются в DS1307 (секунды устанавливаются в ноль), а также вывод SQW/OUT (7-й вывод) настраивается на генерацию прямоугольных импульсов с частотой 1 Гц.

При нажатии кнопки S2 (S4 - в программе) происходит глобальный запрет прерываний, программа переходит в подпрограмму коррекции времени. При этом, кнопками S1 и S2 устанавливаются десятки и единицы минут, затем, с 0 секунд, нажатием кнопки S2 происходит запись уточненного времени в DS1307, разрешение глобального прерывания и возвращение в основную программу.

Часы показали хорошую точность хода, уход времени за месяц - 3 секунды.
Для улучшения точности хода, кварц рекомендуется подключать к DS1307, как указано в даташите:

Программа написана в среде "Algorithm Builder".
Вы можете, на примере программы часов, ознакомиться с алгоритмом общения микроконтроллера с другими устройствами по шине I2C (в алгоритме подробно прокомментирована каждая строчка).

Фотография собранного устройства и печатная плата в формате .lay от читателя сайта Анатолия Пильгук, за что ему огромное спасибо!

В устройстве применены: Транзисторы - СМД ВС847 и ЧИП резисторы

Аналогичные часы можно собрать и на основе платы Arduino.

Приложения к статье:

Схема часов в SPL7 (42,9 KiB, 3 811 hits)

Программа часов в HEX коде (3,1 KiB, 3 110 hits)

Даташит DS1307 на русском языке (312,1 KiB, 6 513 hits)

Второй вариант программы часов в АБ (для тех у кого нескачивается верхний)

14.02.2012 6 комментариев

Часы с термометром

12.02.2012 3 комментария

Часы с термометром для автомобиля Устройство собрано в корпусе штатных часов автомобилей ВАЗ 2104-2107. Вверху отображается текущее время, внизу температура. Внешний вид часов показан на фото: Под этот корпус и заточены две платы: плата индикации — односторонняя (используются два четырехразрядных индикатора с общим анодом). Плата контроллера и питания — двухсторонняя. Обе платы соединены межплатными перемыками. […]

Часы — будильник

08.02.2012 1 комментарий

При использовании маломощного сверхяркого индикатора (такого как CA04-41SRWA) и обычных пальчиковых или мизинчиковых батареек (ещё лучше, но дороже поставить аккумуляторы) необходимости отключать индикатор во время отсутствия сетевого напряжения нет. Схема такого варианта питания удобна, если применён блок питания, выполненный в виде зарядного для мобильного телефона со стабилизированным выходным напряжением 5 вольт. В этом случае можно […]

Многофункциональные наручные LED часы

26.01.2012 12 комментариев

Как видно из названия, главное предназначение данного устройства — узнавать текущее время и дату. Но оно имеет ещё множество других полезных функций. Идея его создания появилась после того, как мне на глаза попались полусломанные часы с относительно большим (для наручных) металлическим корпусом. Я подумал, что туда можно вставить самодельные часы, возможности которых ограничиваются только собственной […]

Часы-термометр LED с радиодатчиком

11.01.2012 1 комментарий

1. Часы-термометр LED с радиодатчиком Если для питания часов и приемника применяется один общий стабилизатор напряжения, то скорее всего (да не скорее всего, а точно) приемник начнет сильно шуметь из-за динамической индикации, что приведет к полной потере приема данных! Необходимо применить ДВА ОТДЕЛЬНЫХ стабилизатора 7805/78L05 как показано на схеме! […]

Часы-термометр с большими LED с радиодатчиком

11.01.2012 0 комментариев

Матричные часы-будильник-термометр

06.11.2011 4 комментария

Пропеллер часы

01.10.2011 1 комментарий

И так, для изготовления Пропеллер часов нам понадобятся следующие детали:Для часов: * Драйвер LED MBI5170CD( SOP16, 8 bit) — 4 штуки.* Часы реального времени DS1307Z/ZN( SMD, SO8) — 1 штука.* Микроконторллер ATmega32-16AU (32K Flash, TQFP44, 16MH) — 1 штука.* Кварцевые резонаторы 16MHz — 1 штука.* Кварцевые резонаторы 32kHz — 1 штука.* Линейный стабилизатор 78M05CDT — […]

Простейшие электронные часы на микроконтроллере

01.10.2011 27 комментариев

Простейшие электронные часы на микроконтроллере(С исходником снабженным подробнейшими кометариями) Эти электронные часы простейшие. Собраны были за несколько часов. Основа микроконтроллер PIC16F628A, кроме него часы содержат несколько простых и дешевых элементов, информация выводится на 4-х разрядный (часовой) светодиодный индикатор. Схема питается от сети, а также имеет резервное питание. Данную конструкцию можно рекомендовать начинающим, я специально снабдил […]

Простые часы на светодиодных матрицах.

29.09.2011 1 комментарий

Существует множество способов собрать электронные часы своими руками: схемы широко представлены в литературе и сети Интернет. Большинство современных реализаций построено на основе микроконтроллеров. Выполнение таких проектов зачастую требует обширных практических навыков и теоретических знаний в области электроники: умения пользоваться специализированным программным обеспечением, создавать в домашних условиях печатные платы методом травления в хлорном железе, хорошо паять. Также необходимо иметь множество инструментов и расходных материалов.

Однако существует простой и доступный способ собрать электронные часы своими руками в домашних условиях: использовать платформу Arduino. Она представляет собой программно-аппаратный комплекс, специально предназначенный для обучения основам программирования и электроники. C помощью Arduino любой человек, даже без специальной предварительной подготовки, сможет построить электронные часы своими руками: схемы принципиальные, инженерные программы и даже паяльник не понадобятся!

Шаг 1. Список компонентов

Чтобы собрать простые часы на светодиодных матрицах вам потребуется всего несколько дешёвых компонентов:

платформа Arduino. Подойдут самые простые модели — Arduino Nano или Micro;
контактная макетная плата;
соединительные провода для макетной платы;
модуль часов реального времени Adafruit DS3231;
светодиодный матричный модуль 32x8 MAX7219;
две кнопки.

Также понадобится персональный компьютер и USB—mini-USB кабель для загрузки программы управления в память Arduino IDE. Вот и всё — паяльник, щипцы для снятия изоляции, монтажные ножи и прочие профессиональные инструменты не нужны: все операции выполняются руками. Разве что в некоторых случаях удобнее использовать пинцет, но можно обойтись и без него.

Детали для сборки электронных часов на Arduino

Шаг 2. Сборка электронной схемы

Схема электронных часов с индикацией на светодиодах с применением Arduino даже для неопытных радиолюбителей покажется довольно простой. Для сборки требуется всего несколько проводников. Таблица подключений:

Модуль Arduino → светодиодная матрица 32x8 MAX7219

Модуль Arduino → часы реального времени Adafruit DS3231

Модуль Arduino → кнопки

Второй вывод кнопок соединяется с землёй GND.

Следует лишь обратить внимание и запомнить, каким образом замкнуты между собой контактные отверстия на макетной плате. Следующая схема иллюстрирует способ внутреннего соединения контактных отверстий:

Схема электрических подключений макетной платы

Два ряда (1 и 4) с обеих сторон замкнуты горизонтально — обычно они используются как линия питания +5V и земля GND. Все внутренние контакты (2 и 3) замкнуты вертикально. При этом монтажная плата как вертикально, так и горизонтально разделена на две независимые друг от друга симметричные части. Это позволяет, например, собрать два разных устройства на одной плате.

Схема электронных часов с индикацией на светодиодах, а также расположение элементов на монтажной плате представлена на иллюстрации:

Тщательно проверьте соответствие всех соединений указанной схеме. Также убедитесь в том, что проводники хорошо закреплены в контактных отверстиях монтажной платы.

Внешний вид собранного устройства

Шаг 3. Прошивка Arduino

Интерфейс среды разработки Arduino IDE

Теперь для завершения работы над устройством потребуется выполнить лишь ряд простых операций:

подсоедините Arduino к USB-порту компьютера. Если модуль подключается впервые, то необходимо будет дождаться определения устройства операционной системой и установки драйвера;
скопируйте содержимое папки libraries из архива в одноимённую папку в каталоге Arduino IDE;
запустите средство разработки Arduino IDE;
настройте тип Arduino в соответствии с имеющимся у вас модулем. Так, если вы используете Arduino Nano, в меню необходимо выбрать Tools -> Board: “Arduino Nano”. Также убедитесь в том, что модель процессора соответствует микроконтроллеру на вашей плате:

Компиляция программного кода и дальнейшая загрузка в память микроконтроллера займёт некоторое время, обычно не более одной минуты. Об успешном завершении операции будет сообщено в консоли Arduino IDE. После чего остаётся лишь перезагрузить Arduino с помощью кнопки Reset на устройстве — простые часы на светодиодных матрицах готовы!

Готовые часы на Arduino

Настройка часов осуществляется с помощью двух кнопок. Устройство поддерживает 12- и 24-часовой формат вывода времени, показ даты и дня недели, отображение времени с секундами и без. Также имеется возможность менять яркость свечения светодиодов.

Вариант корпуса для светодиодных часов

Вероятно, в дальнейшем вам захочется добавить больше функций (например, термометр), или же установить устройство в корпус собственного дизайна — хороших результатов можно добиться с помощью изготовления на станках с лазерной резкой. Но уже сейчас вы сможете смело сказать, что собрали полноценные электронные часы своими руками!

В статье проанализирована возможность проектирования и изготовления в домашних условиях больших цифровых индикаторов любой сложности и размера на базе дешёвых (100 штук за 1$/80руб/30грн…) сверхъярких китайских светодиодов.

В частности, рассмотрен вопрос построения 6-и разрядного 7-и сегментного индикатора на светодиодах smd5730, разработаны схемы управления, отладки и монтажа часов с данным индикатором.

Технические характеристики светодиода smd5730

Размеры (Д х Ш х В): 5,6 х 3 х 0,9 мм
Рабочее напряжение: 3,2-3,5 В
Номинальный ток: 120 мА
Рассеиваемая мощность: 400 мВт
Цветовая температура: 6000-8000 K
Сила света: 50-55 Лм
Угол свечения: 120°
Рабочая температура: -40° до 85°C

Цветовая температура некоторых электрических ламп

Лампа накаливания в 10 Вт порождает световой поток в 50 люменов, а потребляемая мощность smd5730 менее 0,5Вт, т.е более чем в 20 раз экономичнее.

Монтаж светодиодов на печатную плату

1. Процесс пайки SMD светодиодов состоит в предварительном нанесении легкоплавкого припоя на токоведущие дорожки печатной платы. Можно нанести сразу на все.

2. Для того, чтобы паять диоды SMD, необходимо использовать специальный паяльник малой мощности и ограничивать время контакта SMD светодиода с жалом паяльника не более 3-5 секунд. Распространенной ошибкой является использование паяльников с тонким жалом. Это снижает эффективность теплопередачи и не позволяет качественно нагреть контакты и дорожки печатной платы. Сначала припаивается один конец диода SMD, затем второй.

3. Я пользовался жалом с прямоугольным жалом (Рис.3) что обеспечивает быстрый прогрев площадки платы и расплав припоя, исключая перегрев светодиода. Жидкий припой под действием эффектов смачивания и капиллярного впитывания затекает в зазор между контактом smd-светодиода и дорожкой печатной платы. Температура жала подбирается экспериментально, чтобы выполнить п.2. Я работал с паяльной станцией SP 8520, где температура жала регулируется в диапазоне от 200 С° до 480С° с точностью до 1 град.

Ошибка, приводящая к выходу светодиода из строя — перегрев. Чрезмерно долгое прикосновение паяльника к контакту smd диода и дорожки приводит к расплавлению пластмассового корпус светодиода и его разрушение. Если не контролировать длительность прикосновения жала к детали, избежать чрезмерного нагрева не удастся. Повторить такую технологию в домашних условиях трудно но возможно, поскольку необходимо иметь:

Терпение и желание изготовить огромный индикатор.
Паяльник с прямоугольным жалом на конце.
Возможность установки и фиксации температуры жала.
Легкоплавкий припой с внутренним наполнением сосновой канифолью. Я пользовался проволокой диаметром 0,8 мм.

Выбор конфигурации индикатора

Рассмотрим 7-и сегментный индикатор с сегментами a,b,c,d,e,f,g представленный 7-ю жёлтыми smd светодиодами. Размер индикатора 6х3 мм

Такая крошка сгодится разве для карманного калькулятора. Следовательно, размер сегмента должен быть увеличен, допустим в 10 раз. Тогда индикатор по высоте будет более 12 см, а если в 20 раз, то индикатор по высоте будет более 24 см.

Наращивая количество светодиодов в сегменте, тем самым изменяем длину и высоту сегмента, можно спроектировать табло, например для стадиона ДИНАМО в г.Киеве.

Электрические связи внутри сегмента

Учитывая что питание управляющего контроллера равно 5В, то для схемы А1-Б1 необходим дополнительный источник стабилизированного питания на 24 В, для А2-Б2 12 В, для А3-Б3 6 В.

Для схемы для А4-Б4 подойдёт 5В с определёнными условиями.

Поскольку, речь идёт о динамической индикации, приложение напряжения к рассматриваемой ячейке имеет импульсный характер с определённой скважностью.

Частота, длительность импульса и скважность подбирается экспериментально исходя из следующего:

Наличия одного или нескольких блоков питания
Отсутствия мерцания индикатора
Непревышения импульсных нагрузок для элементов управляющей части
Непревышения импульсных токов для светодиодов
Непревышения импульсных нагрузок для блока(блоков) питания

Управление сегментом

После ряда испытаний была выбран сегмент типа А4-Б4(См Рис., выше) и один стабилизированный блок питания на 5В для всей схемы.

Импульсы управления транзисторами в 1 млС Т1,Т2 формируются микроконтроллером. Каждый сегмент управляется по каналу А4 мощным ключом на Т1 и Т2 формирующим положительный импульс длительностью 1 млС. Таких ключей 6, по числу сегментов.

Для активации сегмента на канале Б4, должен быть сформирован нулевой уровень напряжения, на всё время действия положительного импульса на А4, при этом через сегмент протекает ток активируя выброс фотонов в глаза наблюдателя.

Ключи формирующие нулевой потенциал выполнены на транзисторах КТ645 Т3÷Т11, которые являются общими для всех сегментов. Превращение кода микроконтроллера(МК) в видимую цифру Программа формирует 7-и разрядный код и выставляет его на шинах МК. Например, код нуля равен 126, код девятки 123. 126 в бинарном виде представляется в виде строки 1111110.

Логические единицы представляют собой положительные уровни +5В, открывая транзисторы Т3÷Т11 с открытым коллектором, обеспечивая нулевой потенциал каналов Б4. Нулевой уровень закрывает транзистор и данный сегмент не светится. Про прошествии 1млС включается силовой ключ следующего сегмента, предыдущего выключается.

Блок индикатора

На Рис., выше представлен 7-и сегментный 6-и разрядный индикатор часов точного времени. Старшие разряды десятки часов – 5 разряд, единицы часов – 4 разряд, десятки минут – 3 разряд, 2 разряд – минуты, 1 разряд представляет десятки секунд, нулевой разряд – секунды.

Разряды индикатора окрашивались в разные цвета фломастерами и первоначально выглядели очень эффектно, но проработав пару недель, куда то пропали, как будто выгорели.

На анодах формируются положительные импульсы в 1 млС сдвинутые по времени, на катодах формируется код символа состоящий из комбинации нулей и единиц.

Печатные платы индикатора

Станок на котором я фрезерую платы, имеет ограничение на размеры платы не более 170 х 170 см, в действительности 160 х 160 см. Поэтому весь индикатор пришлось разбить на 3 части по 125 х 150:

Десятки часов от 0 до 2 – А1 и Единицы часов от 0 до 9 – А2

Десятки минут от 0 до 5 – А5 и Единицы мнут от 0 до 9 – А6

Десятки секунд от 0 до 5 – А3 и Единицы секунд от 0 до 9 – А4

Светодиоды smd изображены в красных прямоугольных корпусах по 5 светодиодах в каждом сегменте. Каждая цифра индикатора обвязана линией положительного импульса:

Десятки часов от 0 до 2 – А1

Единицы часов от 0 до 9 – А2

Десятки минут от 0 до 5 – А5

Единицы мнут от 0 до 9 – А6

Десятки секунд от 0 до 5 – А3

Единицы секунд от 0 до 9 – А4

Каждый сегмент любой цифры, состоящий из 5-и светодиодов, имеет имеет связь с подобным сегментом из 5-и остальных.

Платы похожи на первый взгляд, но имеют различия:

Плата часов принимает код символа от МК снизу и передаёт его по вертикали справа плате минут.

Плата минут принимает код символа по вертикали слева от платы часов и передаёт его по вертикали справа плате секунд.

Плата секунд принимает код символа по вертикали справа от платы минут и передаёт его вниз по горизонтали для возможного использования в будущем.

Принципиальная схема управления большим индикатором

Контроллер ATMega8 синхронизируется внутренним кварцевым генератором на 16 МГц обеспечивая точность хода ±0,5 сек/сутки.

Вывод текущего времени на индикатор

A1 PORTD=S[ch/10]; t1 cl t1 A2 PORTD=S[ch%10]; t1 cl t1 //вывод часов

A5 PORTD=S[min/10]; t1 cl t1 A6 PORTD=S[min%10]; t1 cl t1 //вывод минут

A3 PORTD=S[sec/10]; t1 cl t1 A4 PORTD=S[sec%10]; t1 cl t1 //вывод секунд

Расшифруем первую строку:

1. Процедура в фигурных скобках выполняется, если кнопка 1 (kn1) не нажата.

4. Переменная ch формируется процедурой interrupt [TIM1_COMPA] void timer1_compa_isr(void), представляющей из себя прерывание каждую секунду при сравнении таймера timer1 с некоторой постоянной. Секунды накапливаясь формируют минуты и часы точного времени. Для формирования цифры “десятки часов” переменная ch делится на 10 с отбрасыванием остатка от деления. Полученный результат является указателем в массиве S для формирования кода “десятки часов”.

6. cl – по прошествии 1 млС идёт процедура выведения порта D в высокий импеданс и обнуление. В результате семь катодных транзисторов Т закрываются, ци

фра гаснет, но глаз имея енерцию зрения помнит её.

8. Для формирования цифры “единиц часов” от переменной ch берётся остаток от деления на 10 оператором ch%10 которая является указателем в массиве S.

9. Для формирования остальных цифр индикатора процедура зажигания/погасания аналогичны.

Синхронизации времени часов с временем интернета

Для корректировки времени данного устройства с точным временем интернета служит пульт управления являющийся внешним устройством на 2-х кнопках kn1,kn2, переменном резисторе в 10к и мобильного телефона. Подвижный контакт резистора acp соединён с ADC3. АЦП измеряет напряжение на acp и передаёт данные в программу МК. Программа анализирует в состояние kn1,kn2 и выполняет корректировку времени.

//Вывод на индикатор режима

A5 PORTD=S[val/10]; t1 cl t1

A6 PORTD=S[val%10]; t1 cl t1

//корректировка параметра согласно выбранного режима

Отслеживание и корректировка точного времени происходит по телефону.
Режимов корректировки 4, выбирается поворотом ручки переменного резистора в 10 кОм:
1. Корректировки минут+
2. Корректировки минут-
3. Корректировки часов+
4. Корректировки часов-

В два последних разряда при kn1=0 выводится код АЦП делённый на 100, что позволяет выводить до 10 режимов. При отпускании кнопки kn1=1 код АЦП сохраняется в переменной val что и является номером режима.

При нажатии kn2=0, выполняется процедура корректировки:
1. val=0, при отпускании kn2=1 добавляется 1 мин, обнуляются сек, анализируется переменная min, если она больше 59, min обнуляется
2. val=1, при отпускании kn2=1 минуты уменьшаются на 1, обнуляются сек.
3. val=2, при отпускании kn2=1 добавляется 1 час, обнуляются сек, анализируется переменная ch, если она больше 23, обнуляется ch
4. val=3, при отпускании kn2=1 отнимается 1 час, обнуляются сек.
При подаче питания/включения устанавливается время по умолчанию 14 часов 0 минут 40 секунд, далее происходит процедура корректировки.

Внешний вид часов

Программа

Автор Владимир Шишмаков

Chip type : ATmega8

Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 16,000000 MHz

Memory model : Small

External RAM size : 0

Data Stack size : 256

//0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

// Timer1 output compare A interrupt service routine

interrupt [TIM1_COMPA] void timer1_compa_isr(void)

// Voltage Reference: AVCC pin

Автор: Владимир Шишмаков, г.Кузнецовск

В интернете много статей о том, как собрать световой меч. Они в основном на одном принципе: размещение в длинной трубе разноцветных светодиодов. Тем самым имитируют лазерный луч. Но нигде не встречается имитация звука этого луча.

Светодиодная UV-лампа на ATMega8 своими руками

Задумал я сделать себе светодиодную УФ-лампу для экспонирования фоторезиста и паяльной маски. Для чего на алиэкспрессе были закуплены в количестве 500 штук 5мм UV-светодиоды на 2000 милликандел с длиной волны около 400нм. Питать их решил от блока питания с напряжением 12В (ток — до 6А, куплен на eBay, название Power Supply Adapter For Led Light Strip).

Можно, конечно купить термометр-гигрометр, но интересно и дешевле его сделать своими руками. В виду избытка халявных термодатчиков и ещё некоторых валяющихся без дела деталек, решил собрать себе этот нужный в быту девайс на ATmega168V и SHT21. Подробнее читайте дальше…

Читайте также: