Схема. Часы с будильником и матричным светодиодным индикатором

      В предлагаемой статье рассматривается схема часов с будильником с индикаторами на прямоугольных светодиодных матрицах, информация на которые выводится по принципу бегущей строки. Текущее время (рис. 1) «выползает» на табло сверху вниз, а измеренная встроенным датчиком температура (рис. 2) — справа налево.

      Схема часов с будильником показана на рис. 3. Их детали размещены на двух платах — управления и индикации, соединённых между собой жгутом проводов с разъёмом Х1. Кнопки управления SB1—SB3 и звуковой сигнализатор (динамическая головка ВА1) закреплены непосредственно на корпусе прибора. Устройством управляет широко распространённый и популярный среди радиолюбителей микроконтроллер PIC16F628A-I/P (DD2)[1].
      Счёт времени ведёт микросхема DS1307 (DD1) [2] — часы реального времени с последовательным интерфейсом I2C. Точность хода часов зависит от соответствия номинальному значению и температурной стабильности частоты 32768 Гц кварцевого резонатора ZQ1.

      Измерение температуры в интервале от -55 до +125 °С с дискретностью 0,5 °С выполняет её цифровой датчик DS18B20 (ВК1) [3]. Он связан с микроконтроллером по интерфейсу 1-Wire.
Сдвиговый регистр с регистром хранения 74НС595 (DD3) позволяет организовать семь выходов для управления индикатором, заняв всего три вывода портов микроконтроллера. Формируемый микроконтроллером последовательный семиразрядный код заносится в сдвиговый регистр этой микросхемы, затем значения всех его разрядов параллельно переносятся в её регистр хранения, из которого выводятся на выходы 1—7. Подобным образом микросхема 74НС595 была использована в конструкции, описанной в [4].

      Сигналы с выходов микросхемы DD3 поступают на буферные усилители микросхемы ULN2003 (DA2) [5], каждый из которых представляет собой составной транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером и открытым коллектором. Максимальный выходной ток одного усилителя — 500 мА, допустимое напряжение на закрытом транзисторе — не более 50 В.

      Печатная плата узла управления — односторонняя. Её чертёж показан на рис. 4, а внешний вид — на рис. 5. Для микроконтроллера на плате желательно предусмотреть панель. Перед установкой в неё он должен быть запрограммирован. Это можно сделать, например, с помощью программатора Extra-PIC, описание которого и пошаговую инструкцию можно найти в [6]. Чтобы показания датчика температуры ВК1, смонтированного на этой плате, были достоверными, необходимо исключить его тепловой контакт с сильно нагревающимся при работе интегральным стабилизатором DA1. Ток, потребляемый часами, в среднем равняется 200…210 мА. Поэтому даже при напряжении на входе стабилизатора 7 В. близком к минимально допустимому, на нём рассеивается мощность около 1 Вт, а его корпус нагревается приблизительно до 60 °С.

      Стабилизатор 7805 можно заменить на КР142ЕН5А или КР142ЕН5В, буферные усилители ULN2003 — на ULN2004 или КР1109КТ23. Подходящую в качестве ВА1 динамическую головку можно найти в системном блоке компьютера.
      Узел индикации выполнен на светодиодных матрицах HG1—HG5 красного цвета свечения размерностью 7×5 элементов. Вместе они образуют табло из семи рядов по 25 точек, текстовая и графическая информация на которое выводится по принципу бегущей строки.
      Сигналы, поступающие на катоды светодиодов индикаторов с выходов микросхемы DA2, поочерёдно включают строки табло. Информацию для подачи на аноды светодиодов каждой строки микроконтроллер загружает последовательным кодом в многоразрядный сдвиговый регистр DD4—DD8 (используются не все его разряды).

      Печатная плата узла индикации и расположение элементов на ней показаны на рис. 6. Рисунок печатных проводников, соединяющих каждую светодиодную матрицу с управляющей ею микросхемой регистра сдвига и контактами разъёма Х1, удалось сделать сравнительно простым. На плате он повторяется пять раз. Внешний вид собранной платы — на рис. 7. При необходимости её легко удлинить, увеличив число индикаторов и возможный объём одновременно выводимой на табло информации. Естественно, это потребует доработки программы микроконтроллера.

      Обратите внимание, что все микросхемы, резисторы и штыревая часть разъёма Х1 установлены на плату со стороны печатных проводников, а светодиодные индикаторы — с обратной стороны. Поскольку ширина платы лишь немногим больше высоты применённых индикаторов, её можно поместить в компактный корпус.
      Сдвиговые регистры КР1533ИР8 можно заменить на 74HC164N или SN74ALS164N. Вместо светодиодных матриц ТА12-11EWA красного цвета свечения подойдут и ТА12-11YWA (жёлтые), ТА12-11SRWA (красные повышенной яркости), ТА12-11GWA (зелёные) [7].

      Платы индикации и управления соединяют 11-проводным ленточным кабелем. На плате управления его провода припаивают к соответствующим контактным площадкам и закрепляют термоклеем. На противоположном конце кабеля устанавливают кабельную розетку серии BLS. На плате индикации для её присоединения имеется вилка серии PLS.
      При безошибочном монтаже и сборке схема часов с будильником не требует налаживания; необходимо лишь установить точное текущее время и время срабатывания будильника.

      Кнопкой SB2 «Будильник» переключают режимы работы — отображения текущего времени или установки времени срабатывания будильника. Кнопками SB1 «Уменьшить» и SB3 «Увеличить» изменяют выведенное на индикатор в соответствии с выбранным режимом значение времени.
      Подаваемый при срабатывании будильника звуковой сигнал можно прекратить нажатием на кнопку SB2. Предусмотрено полное отключение будильника установкой времени его срабатывания 0 ч 0 мин. Звуковой сигнал в это время подаваться не будет.
      Когда на индикатор выведено текущее время, мигает двоеточие, разделяющее на нём цифры часов и минут. При установке времени срабатывания будильника место двоеточия занимает немигающая точка. Если часы оставить в этом режиме, не нажимая ни на какие кнопки, то через несколько секунд они автоматически возвратятся к отображению текущего времени.

Прилагаемые файлы: matrix-clock.zip

ЛИТЕРАТУРА
1. PIC16F62X. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated. — www.microchip.ru/files/d-sheets-rus/pic16f62x.pdf
2. DS1307 — 64X8 часы реального времени с последовательным интерфейсом. — www.piclist.ru/D-DS-DS1307-RUS/DS1307_datasheet_rus.pdf
3. Чернов Г. (перевод с англ.) DS18B20, русское описание работы с датчиком температуры. — www.masterkit.ru/zip/ds18b20-rus.pdf
4. Носов Т. Управление приборами через СОМ-порт компьютера. — Радио, 2007, №11, с. 61, 62.
5. ULN2003 Linear Integrated Circuit. — www.labkit.ru/userfiles/file/documentation/Switching/ULN2003.pdf
6. Носов Т. Программатор PIC микроконтроллеров или вся правда об Extra-PIC. — www.labkit.ru/html/programmators_shm?id=72
7. Светодиодные светоизлучающие индикаторы (импорт).    www.labkit.ru/userfiles/file/documentation/lndication/Svetodiodnye_svetoizluchayuschie_indikatory.pdf

Т. НОСОВ, г. Саратов
«Радио» №11 2012г.

Похожие статьи:
Часы на больших светодиодных индикаторах