Главная Огород Многофункциональные наручные LED часы. Как самому сделать электронные часы в ретро стиле Самодельные дисплеи для часов из светодиодной ленты

Многофункциональные наручные LED часы. Как самому сделать электронные часы в ретро стиле Самодельные дисплеи для часов из светодиодной ленты

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!

Соединение всех электронных компонентов проводится на специальной контактной («беспаячной») макетной плате, что исключает риск получения ожогов, порезов и других травм - поэтому заниматься с конструктором Arduino можно и вместе с детьми. А наглядный способ представления принципиальной схемы поможет не ошибиться при сборке устройства.

Шаг 1. Список компонентов

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

платформа Arduino. Подойдут самые простые модели - 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 . 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.

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

D2 - кнопка 1

D3 - кнопка 2

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:

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.

Шаг 3. Прошивка Arduino

После того как сборка и проверка схемы завершена, можно приступать к загрузке управляющей программы (или «прошивки») в память Arduino.

Для этого нужно установить бесплатную официальную среду разработки - . Также вам потребуется исходный код проекта, который вы можете скачать ниже в архиве со всеми библиотеками и скетчем, а если вам нужен просто скетч - его можно скопировать отдельно:

//include libraries: #include "LedControl.h" #include // Font library #include // DS1307 clock #include "RTClib.h" // DS1307 clock #include // Button library by Alexander Brevig // Setup LED Matrix // pin 12 is connected to the DataIn on the display // pin 11 is connected to the CLK on the display // pin 10 is connected to LOAD on the display LedControl lc = LedControl(6, 5, 4, 4); //sets the 3 pins as 12, 11 & 10 and then sets 4 displays (max is 8 displays) //global variables byte intensity = 7; // Default intensity/brightness (0-15) byte clock_mode = 0; // Default clock mode. Default = 0 (basic_mode) bool random_mode = 0; // Define random mode - changes the display type every few hours. Default = 0 (off) byte old_mode = clock_mode; // Stores the previous clock mode, so if we go to date or whatever, we know what mode to go back to after. bool ampm = 0; // Define 12 or 24 hour time. 0 = 24 hour. 1 = 12 hour byte change_mode_time = 0; // Holds hour when clock mode will next change if in random mode. unsigned long delaytime = 500; // We always wait a bit between updates of the display int rtc; // Holds real time clock output char days = { "Sun", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat" }; //day array - used in slide, basic_mode and jumble modes (The DS1307 outputs 1-7 values for day of week) char daysfull = { "Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wed", "Thursday", "Friday", "Saturday" }; char suffix = { "st", "nd", "rd", "th" }; //date suffix array, used in slide, basic_mode and jumble modes. e,g, 1st 2nd ... //define constants #define NUM_DISPLAY_MODES 3 // Number display modes (conting zero as the first mode) #define NUM_SETTINGS_MODES 4 // Number settings modes = 6 (conting zero as the first mode) #define SLIDE_DELAY 20 // The time in milliseconds for the slide effect per character in slide mode. Make this higher for a slower effect #define cls clear_display // Clear display RTC_DS1307 ds1307; // Create RTC object Button buttonA = Button(2, BUTTON_PULLUP); // Setup button A (using button library) Button buttonB = Button(3, BUTTON_PULLUP); // Setup button B (using button library) void setup() { digitalWrite(2, HIGH); // turn on pullup resistor for button on pin 2 digitalWrite(3, HIGH); // turn on pullup resistor for button on pin 3 digitalWrite(4, HIGH); // turn on pullup resistor for button on pin 4 Serial.begin(9600); //start serial //initialize the 4 matrix panels //we have already set the number of devices when we created the LedControl int devices = lc.getDeviceCount(); //we have to init all devices in a loop for (int address = 0; address < devices; address++) { /*The MAX72XX is in power-saving mode on startup*/ lc.shutdown(3-address, false); /* Set the brightness to a medium values */ lc.setIntensity(3-address, intensity); /* and clear the display */ lc.clearDisplay(3-address); } //Setup DS1307 RTC #ifdef AVR Wire.begin(); #else Wire1.begin(); // Shield I2C pins connect to alt I2C bus on Arduino #endif ds1307.begin(); //start RTC Clock if (! ds1307.isrunning()) { Serial.println("RTC is NOT running!"); ds1307.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__)); // sets the RTC to the date & time this sketch was compiled } //Show software version & hello message printver(); //enable red led digitalWrite(13, HIGH); } void loop() { //run the clock with whatever mode is set by clock_mode - the default is set at top of code. switch (clock_mode){ case 0: basic_mode(); break; case 1: small_mode(); break; case 2: slide(); break; case 3: word_clock(); break; case 4: setup_menu(); break; } } //plot a point on the display void plot (byte x, byte y, byte val) { //select which matrix depending on the x coord byte address; if (x >= 0 && x <= 7) { address = 3; } if (x >= 8 && x <= 15) { address = 2; x = x - 8; } if (x >= 16 && x <= 23) { address = 1; x = x - 16; } if (x >= 24 && x <= 31) { address = 0; x = x - 24; } if (val == 1) { lc.setLed(address, y, x, true); } else { lc.setLed(address, y, x, false); } } //clear screen void clear_display() { for (byte address = 0; address < 4; address++) { lc.clearDisplay(address); } } //fade screen down void fade_down() { //fade from global intensity to 1 for (byte i = intensity; i > 0; i--) { for (byte address = 0; address < 4; address++) { lc.setIntensity(address, i); } delay(30); //change this to change fade down speed } clear_display(); //clear display completely (off) //reset intentsity to global val for (byte address = 0; address < 4; address++) { lc.setIntensity(address, intensity); } } //power up led test & display software version number void printver() { byte i = 0; char ver_a = "MADE"; char ver_b = "IN"; char ver_c = "RUSSIA"; //test all leds. for (byte x = 0; x <= 32; x++) { for (byte y = 0; y <= 7; y++) { plot(x, y, 1); } } delay(300); fade_down(); while (ver_a[i]) { puttinychar((i * 4), 1, ver_a[i]); delay(35); i++; } delay(500); fade_down(); i = 0; while (ver_b[i]) { puttinychar((i * 4), 1, ver_b[i]); delay(35); i++; } delay(500); fade_down(); i = 0; while (ver_c[i]) { puttinychar((i * 4), 1, ver_c[i]); delay(35); i++; } delay(500); fade_down(); } // puttinychar // Copy a 3x5 character glyph from the myfont data structure to display memory, with its upper left at the given coordinate // This is unoptimized and simply uses plot() to draw each dot. void puttinychar(byte x, byte y, char c) { byte dots; if (c >= "A" && c <= "Z" || (c >= "a" && c <= "z")) { c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 } else if (c >= "0" && c <= "9") { c = (c - "0") + 32; } else if (c == " ") { c = 0; // space } else if (c == ".") { c = 27; // full stop } else if (c == ":") { c = 28; // colon } else if (c == "\"") { c = 29; // single quote mark } else if (c == "!") { c = 30; // single quote mark } else if (c == "?") { c = 31; // single quote mark } for (byte col = 0; col < 3; col++) { dots = pgm_read_byte_near(&mytinyfont[c]); for (char row = 0; row < 5; row++) { if (dots & (16 >> row)) plot(x + col, y + row, 1); else plot(x + col, y + row, 0); } } } void putnormalchar(byte x, byte y, char c) { byte dots; // if (c >= "A" && c <= "Z" || (c >= "a" && c <= "z")) { // c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 // } if (c >= "A" && c <= "Z") { c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 } else if (c >= "a" && c <= "z") { c = (c - "a") + 41; // A-Z maps to 41-67 } else if (c >= "0" && c <= "9") { c = (c - "0") + 31; } else if (c == " ") { c = 0; // space } else if (c == ".") { c = 27; // full stop } else if (c == "\"") { c = 28; // single quote mark } else if (c == ":") { c = 29; // clock_mode selector arrow } else if (c == ">") { c = 30; // clock_mode selector arrow } else if (c >= -80 && c <= -67) { c *= -1; } for (char col = 0; col < 5; col++) { dots = pgm_read_byte_near(&myfont[c]); for (char row = 0; row < 7; row++) { //check coords are on screen before trying to plot //if ((x >= 0) && (x <= 31) && (y >= 0) && (y <= 7)){ if (dots & (64 >> row)) { // only 7 rows. plot(x + col, y + row, 1); } else { plot(x + col, y + row, 0); } //} } } } //small_mode //show the time in small 3x5 characters with seconds display void small_mode() { char textchar; // the 16 characters on the display byte mins = 100; //mins byte secs = rtc; //seconds byte old_secs = secs; //holds old seconds value - from last time seconds were updated o display - used to check if seconds have changed cls(); //run clock main loop as long as run_mode returns true while (run_mode()) { get_time(); //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); return; } //if secs changed then update them on the display secs = rtc; if (secs != old_secs) { //secs char buffer; itoa(secs, buffer, 10); //fix - as otherwise if num has leading zero, e.g. "03" secs, itoa coverts this to chars with space "3 ". if (secs < 10) { buffer = buffer; buffer = "0"; } puttinychar(20, 1, ":"); //seconds colon puttinychar(24, 1, buffer); //seconds puttinychar(28, 1, buffer); //seconds old_secs = secs; } //if minute changes change time if (mins != rtc) { //reset these for comparison next time mins = rtc; byte hours = rtc; if (hours > < 1) { hours = hours + ampm * 12; } //byte dow = rtc; // the DS1307 outputs 0 - 6 where 0 = Sunday0 - 6 where 0 = Sunday. //byte date = rtc; //set characters char buffer; itoa(hours, buffer, 10); //fix - as otherwise if num has leading zero, e.g. "03" hours, itoa coverts this to chars with space "3 ". if (hours < 10) { buffer = buffer; //if we are in 12 hour mode blank the leading zero. if (ampm) { buffer = " "; } else { buffer = "0"; } } //set hours chars textchar = buffer; textchar = buffer; textchar = ":"; itoa (mins, buffer, 10); if (mins < 10) { buffer = buffer; buffer = "0"; } //set mins characters textchar = buffer; textchar = buffer; //do seconds textchar = ":"; buffer; secs = rtc; itoa(secs, buffer, 10); //fix - as otherwise if num has leading zero, e.g. "03" secs, itoa coverts this to chars with space "3 ". if (secs < 10) { buffer = buffer; buffer = "0"; } //set seconds textchar = buffer; textchar = buffer; byte x = 0; byte y = 0; //print each char for (byte x = 0; x < 6 ; x++) { puttinychar(x * 4, 1, textchar[x]); } } delay(50); } fade_down(); } // basic_mode() // show the time in 5x7 characters void basic_mode() { cls(); char buffer; //for int to char conversion to turn rtc values into chars we can print on screen byte offset = 0; //used to offset the x postition of the digits and centre the display when we are in 12 hour mode and the clock shows only 3 digits. e.g. 3:21 byte x, y; //used to draw a clear box over the left hand "1" of the display when we roll from 12:59 -> 1:00am in 12 hour mode. //do 12/24 hour conversion if ampm set to 1 byte hours = rtc; if (hours > 12) { hours = hours - ampm * 12; } if (hours < 1) { hours = hours + ampm * 12; } //do offset conversion if (ampm && hours < 10) { offset = 2; } //set the next minute we show the date at //set_next_date(); // initially set mins to value 100 - so it wll never equal rtc on the first loop of the clock, meaning we draw the clock display when we enter the function byte secs = 100; byte mins = 100; int count = 0; //run clock main loop as long as run_mode returns true while (run_mode()) { //get the time from the clock chip get_time(); //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); return; } //check whether it"s time to automatically display the date //check_show_date(); //draw the flashing: as on if the secs have changed. if (secs != rtc) { //update secs with new value secs = rtc; //draw: plot (15 - offset, 2, 1); //top point plot (15 - offset, 5, 1); //bottom point count = 400; } //if count has run out, turn off the: if (count == 0) { plot (15 - offset, 2, 0); //top point plot (15 - offset, 5, 0); //bottom point } else { count--; } //re draw the display if button pressed or if mins != rtc i.e. if the time has changed from what we had stored in mins, (also trigggered on first entering function when mins is 100) if (mins != rtc) { //update mins and hours with the new values mins = rtc; hours = rtc; //adjust hours of ampm set to 12 hour mode if (hours > 12) { hours = hours - ampm * 12; } if (hours < 1) { hours = hours + ampm * 12; } itoa(hours, buffer, 10); //if hours < 10 the num e.g. "3" hours, itoa coverts this to chars with space "3 " which we dont want if (hours < 10) { buffer = buffer; buffer = "0"; } //print hours //if we in 12 hour mode and hours < 10, then don"t print the leading zero, and set the offset so we centre the display with 3 digits. if (ampm && hours < 10) { offset = 2; //if the time is 1:00am clear the entire display as the offset changes at this time and we need to blank out the old 12:59 if ((hours == 1 && mins == 0)) { cls(); } } else { //else no offset and print hours tens digit offset = 0; //if the time is 10:00am clear the entire display as the offset changes at this time and we need to blank out the old 9:59 if (hours == 10 && mins == 0) { cls(); } putnormalchar(1, 0, buffer); } //print hours ones digit putnormalchar(7 - offset, 0, buffer); //print mins //add leading zero if mins < 10 itoa (mins, buffer, 10); if (mins < 10) { buffer = buffer; buffer = "0"; } //print mins tens and ones digits putnormalchar(19 - offset, 0, buffer); putnormalchar(25 - offset, 0, buffer); } } fade_down(); } //like basic_mode but with slide effect void slide() { byte digits_old = {99, 99, 99, 99}; //old values we store time in. Set to somthing that will never match the time initially so all digits get drawn wnen the mode starts byte digits_new; //new digits time will slide to reveal byte digits_x_pos = {25, 19, 7, 1}; //x pos for which to draw each digit at char old_char; //used when we use itoa to transpose the current digit (type byte) into a char to pass to the animation function char new_char; //used when we use itoa to transpose the new digit (type byte) into a char to pass to the animation function //old_chars - stores the 5 day and date suffix chars on the display. e.g. "mon" and "st". We feed these into the slide animation as the current char when these chars are updated. //We sent them as A initially, which are used when the clocl enters the mode and no last chars are stored. //char old_chars = "AAAAA"; //plot the clock colon on the display cls(); putnormalchar(13, 0, ":"); byte old_secs = rtc; //store seconds in old_secs. We compare secs and old secs. WHen they are different we redraw the display //run clock main loop as long as run_mode returns true while (run_mode()) { get_time(); //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); return; } //if secs have changed then update the display if (rtc != old_secs) { old_secs = rtc; //do 12/24 hour conversion if ampm set to 1 byte hours = rtc; if (hours > 12) { hours = hours - ampm * 12; } if (hours < 1) { hours = hours + ampm * 12; } //split all date and time into individual digits - stick in digits_new array //rtc = secs //array pos and digit stored //digits_new = (rtc%10); //0 - secs ones //digits_new = ((rtc/10)%10); //1 - secs tens //rtc = mins digits_new = (rtc % 10); //2 - mins ones digits_new = ((rtc / 10) % 10); //3 - mins tens //rtc = hours digits_new = (hours % 10); //4 - hour ones digits_new = ((hours / 10) % 10); //5 - hour tens //rtc = date //digits_new = (rtc%10); //6 - date ones //digits_new = ((rtc/10)%10); //7 - date tens //draw initial screen of all chars. After this we just draw the changes. //compare digits 0 to 3 (mins and hours) for (byte i = 0; i <= 3; i++) { //see if digit has changed... if (digits_old[i] != digits_new[i]) { //run 9 step animation sequence for each in turn for (byte seq = 0; seq <= 8 ; seq++) { //convert digit to string itoa(digits_old[i], old_char, 10); itoa(digits_new[i], new_char, 10); //if set to 12 hour mode and we"re on digit 2 (hours tens mode) then check to see if this is a zero. If it is, blank it instead so we get 2.00pm not 02.00pm if (ampm && i == 3) { if (digits_new == 0) { new_char = " "; } if (digits_old == 0) { old_char = " "; } } //draw the animation frame for each digit slideanim(digits_x_pos[i], 0, seq, old_char, new_char); delay(SLIDE_DELAY); } } } /* //compare date digit 6 (ones) and (7) tens - if either of these change we need to update the date line. We compare date tens as say from Jan 31 -> Feb 01 then ones digit doesn"t change if ((digits_old != digits_new) || (digits_old != digits_new)) { //change the day shown. Loop below goes through each of the 3 chars in turn e.g. "MON" for (byte day_char = 0; day_char <=2 ; day_char++){ //run the anim sequence for each char for (byte seq = 0; seq <=8 ; seq++){ //the day (0 - 6) Read this number into the days char array. the seconds number in the array 0-2 gets the 3 chars of the day name, e.g. m o n slideanim(6*day_char,8,seq,old_chars,days); //6 x day_char gives us the x pos for the char delay(SLIDE_DELAY); } //save the old day chars into the old_chars array at array pos 0-2. We use this next time we change the day and feed it to the animation as the current char. The updated char is fed in as the new char. old_chars = days; } //change the date tens digit (if needed) and ones digit. (the date ones digit wil alwaus change, but putting this in the "if" loop makes it a bit neater code wise.) for (byte i = 7; i >= 6; i--){ if (digits_old[i] != digits_new[i]) { for (byte seq = 0; seq <=8 ; seq++){ itoa(digits_old[i],old_char,10); itoa(digits_new[i],new_char,10); slideanim(digits_x_pos[i],8,seq,old_char,new_char); delay(SLIDE_DELAY); } } } //print the day suffix "nd" "rd" "th" etc. First work out date 2 letter suffix - eg st, nd, rd, th byte s = 3; //the pos to read our suffix array from. byte date = rtc; if(date == 1 || date == 21 || date == 31) { s = 0; } else if (date == 2 || date == 22) { s = 1; } else if (date == 3 || date == 23) { s = 2; } for (byte suffix_char = 0; suffix_char <=1 ; suffix_char++){ for (byte seq = 0; seq <=8 ; seq++){ slideanim((suffix_char*6)+36,8,seq,old_chars,suffix[s]); // we pass in the old_char array char as the current char and the suffix array as the new char delay(SLIDE_DELAY); } //save the suffic char in the old chars array at array pos 3 and 5. We use these chars next time we change the suffix and feed it to the animation as the current char. The updated char is fed in as the new char. old_chars = suffix[s]; } }//end do date line */ //save digita array tol old for comparison next loop for (byte i = 0; i <= 3; i++) { digits_old[i] = digits_new[i]; } }//secs/oldsecs }//while loop fade_down(); } //called by slide //this draws the animation of one char sliding on and the other sliding off. There are 8 steps in the animation, we call the function to draw one of the steps from 0-7 //inputs are are char x and y, animation frame sequence (0-7) and the current and new chars being drawn. void slideanim(byte x, byte y, byte sequence, char current_c, char new_c) { // To slide one char off and another on we need 9 steps or frames in sequence... // seq# 0123456 <-rows of the display // | ||||||| // seq0 0123456 START - all rows of the display 0-6 show the current characters rows 0-6 // seq1 012345 current char moves down one row on the display. We only see it"s rows 0-5. There are at display positions 1-6 There is a blank row inserted at the top // seq2 6 01234 current char moves down 2 rows. we now only see rows 0-4 at display rows 2-6 on the display. Row 1 of the display is blank. Row 0 shows row 6 of the new char // seq3 56 0123 // seq4 456 012 half old / half new char // seq5 3456 01 // seq6 23456 0 // seq7 123456 // seq8 0123456 END - all rows show the new char //from above we can see... //currentchar runs 0-6 then 0-5 then 0-4 all the way to 0. starting Y position increases by 1 row each time. //new char runs 6 then 5-6 then 4-6 then 3-6. starting Y position increases by 1 row each time. //if sequence number is below 7, we need to draw the current char if (sequence < 7) { byte dots; // if (current_c >= "A" && || (current_c >= "a" && current_c <= "z")) { // current_c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 // } if (current_c >= "A" && current_c <= "Z") { current_c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 } else if (current_c >= "a" && current_c <= "z") { current_c = (current_c - "a") + 41; // A-Z maps to 41-67 } else if (current_c >= "0" && current_c <= "9") { current_c = (current_c - "0") + 31; } else if (current_c == " ") { current_c = 0; // space } else if (current_c == ".") { current_c = 27; // full stop } else if (current_c == "\"") { current_c = 28; // single quote mark } else if (current_c == ":") { current_c = 29; //colon } else if (current_c == ">") { current_c = 30; // clock_mode selector arrow } byte curr_char_row_max = 7 - sequence; //the maximum number of rows to draw is 6 - sequence number byte start_y = sequence; //y position to start at - is same as sequence number. We inc this each loop //plot each row up to row maximum (calculated from sequence number) for (byte curr_char_row = 0; curr_char_row <= curr_char_row_max; curr_char_row++) { for (byte col = 0; col < 5; col++) { dots = pgm_read_byte_near(&myfont); if (dots & (64 >> curr_char_row)) plot(x + col, y + start_y, 1); //plot led on else plot(x + col, y + start_y, 0); //else plot led off } start_y++;//add one to y so we draw next row one down } } //draw a blank line between the characters if sequence is between 1 and 7. If we don"t do this we get the remnants of the current chars last position left on the display if (sequence >= 1 && sequence <= 8) { for (byte col = 0; col < 5; col++) { plot(x + col, y + (sequence - 1), 0); //the y position to draw the line is equivalent to the sequence number - 1 } } //if sequence is above 2, we also need to start drawing the new char if (sequence >= 2) { //work out char byte dots; //if (new_c >= "A" && new_c <= "Z" || (new_c >= "a" && new_c <= "z")) { // new_c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 //} if (new_c >= "A" && new_c <= "Z") { new_c &= 0x1F; // A-Z maps to 1-26 } else if (new_c >= "a" && new_c <= "z") { new_c = (new_c - "a") + 41; // A-Z maps to 41-67 } else if (new_c >= "0" && new_c <= "9") { new_c = (new_c - "0") + 31; } else if (new_c == " ") { new_c = 0; // space } else if (new_c == ".") { new_c = 27; // full stop } else if (new_c == "\"") { new_c = 28; // single quote mark } else if (new_c == ":") { new_c = 29; // clock_mode selector arrow } else if (new_c == ">") { new_c = 30; // clock_mode selector arrow } byte newcharrowmin = 6 - (sequence - 2); //minimumm row num to draw for new char - this generates an output of 6 to 0 when fed sequence numbers 2-8. This is the minimum row to draw for the new char byte start_y = 0; //y position to start at - is same as sequence number. we inc it each row //plot each row up from row minimum (calculated by sequence number) up to 6 for (byte newcharrow = newcharrowmin; newcharrow <= 6; newcharrow++) { for (byte col = 0; col < 5; col++) { dots = pgm_read_byte_near(&myfont); if (dots & (64 >> newcharrow)) plot(x + col, y + start_y, 1); //plot led on else plot(x + col, y + start_y, 0); //else plot led off } start_y++;//add one to y so we draw next row one down } } } //print a clock using words rather than numbers void word_clock() { cls(); char numbers = { "one", "two", "three", "four", "five", "six", "seven", "eight", "nine", "ten", "eleven", "twelve", "thirteen", "fourteen", "fifteen", "sixteen", "seventeen", "eighteen", "nineteen" }; char numberstens = { "ten", "twenty", "thirty", "forty", "fifty" }; //potentially 3 lines to display char str_a; char str_b; char str_c; //byte hours_y, mins_y; //hours and mins and positions for hours and mins lines byte hours = rtc; if (hours > 12) { hours = hours - ampm * 12; } if (hours < 1) { hours = hours + ampm * 12; } get_time(); //get the time from the clock chip byte old_mins = 100; //store mins in old_mins. We compare mins and old mins & when they are different we redraw the display. Set this to 100 initially so display is drawn when mode starts. byte mins; //run clock main loop as long as run_mode returns true while (run_mode()) { //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); } get_time(); //get the time from the clock chip mins = rtc; //get mins //if mins is different from old_mins - redraw display if (mins != old_mins) { //update old_mins with current mins value old_mins = mins; //reset these for comparison next time mins = rtc; hours = rtc; //make hours into 12 hour format if (hours > 12) { hours = hours - 12; } if (hours == 0) { hours = 12; } //split mins value up into two separate digits int minsdigit = rtc % 10; byte minsdigitten = (rtc / 10) % 10; //if mins <= 10 , then top line has to read "minsdigti past" and bottom line reads hours if (mins < 10) { strcpy (str_a, numbers); strcpy (str_b, "PAST"); strcpy (str_c, numbers); } //if mins = 10, cant use minsdigit as above, so soecial case to print 10 past /n hour. if (mins == 10) { strcpy (str_a, numbers); strcpy (str_b, " PAST"); strcpy (str_c, numbers); } //if time is not on the hour - i.e. both mins digits are not zero, //then make first line read "hours" and 2 & 3rd lines read "minstens" "mins" e.g. "three /n twenty /n one" else if (minsdigitten != 0 && minsdigit != 0) { strcpy (str_a, numbers); //if mins is in the teens, use teens from the numbers array for the 2nd line, e.g. "fifteen" //if (mins >= 11 && mins <= 19) { if (mins <= 19) { strcpy (str_b, numbers); } else { strcpy (str_b, numberstens); strcpy (str_c, numbers); } } // if mins digit is zero, don"t print it. read read "hours" "minstens" e.g. "three /n twenty" else if (minsdigitten != 0 && minsdigit == 0) { strcpy (str_a, numbers); strcpy (str_b, numberstens); strcpy (str_c, ""); } //if both mins are zero, i.e. it is on the hour, the top line reads "hours" and bottom line reads "o"clock" else if (minsdigitten == 0 && minsdigit == 0) { strcpy (str_a, numbers); strcpy (str_b, "O"CLOCK"); strcpy (str_c, ""); } }//end worknig out time //run in a loop //print line a "twelve" byte len = 0; while (str_a) { len++; }; //get length of message byte offset_top = (31 - ((len - 1) * 4)) / 2; // //plot hours line byte i = 0; while (str_a[i]) { puttinychar((i * 4) + offset_top, 1, str_a[i]); i++; } //hold display but check for button presses int counter = 1000; while (counter > 0){ //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); } delay(1); counter--; } fade_down(); //print line b len = 0; while (str_b) { len++; }; //get length of message offset_top = (31 - ((len - 1) * 4)) / 2; i = 0; while (str_b[i]) { puttinychar((i * 4) + offset_top, 1, str_b[i]); i++; } //hold display but check for button presses counter = 1000; while (counter > 0){ if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); } delay(1); counter--; } fade_down(); //print line c if there. len = 0; while (str_c) { len++; }; //get length of message offset_top = (31 - ((len - 1) * 4)) / 2; i = 0; while (str_c[i]) { puttinychar((i * 4) + offset_top, 1, str_c[i]); i++; } counter = 1000; while (counter > 0){ //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); } delay(1); counter--; } fade_down(); //hold display blank but check for button presses before starting again. counter = 1000; while (counter > 0){ //check for button press if (buttonA.uniquePress()) { switch_mode(); return; } if (buttonB.uniquePress()) { display_date(); } delay(1); counter--; } } fade_down(); } /// scroll message - not used at present - too slow. void scroll() { char message = {"Hello There "}; cls(); byte p = 6; //current pos in string byte chara = {0, 1, 2, 3, 4, 5}; //chars from string int x = {0, 6, 12, 18, 24, 30}; //xpos for each char byte y = 0; //y pos // clear_buffer(); while (message[p] != "\0") { //draw all 6 chars for (byte c = 0; c < 6; c++) { putnormalchar(x[c],y,message[ chara[c] ]); //draw a line of pixels turned off after each char,otherwise the gaps between the chars have pixels left in them from the previous char for (byte yy = 0 ; yy < 8; yy ++) { plot(x[c] + 5, yy, 0); } //take one off each chars position x[c] = x[c] - 1; } //reset a char if it"s gone off screen for (byte i = 0; i <= 5; i++) { if (x[i] < -5) { x[i] = 31; chara[i] = p; p++; } } } } //display_date - print the day of week, date and month with a flashing cursor effect void display_date() { cls(); //read the date from the DS1307 byte dow = rtc; // day of week 0 = Sunday byte date = rtc; byte month = rtc - 1; //array of month names to print on the display. Some are shortened as we only have 8 characters across to play with char monthnames = { "January", "February", "March", "April", "May", "June", "July", "August", "Sept", "October", "November", "December" }; //print the day name //get length of text in pixels, that way we can centre it on the display by divindin the remaining pixels b2 and using that as an offset byte len = 0; while(daysfull) { len++; }; byte offset = (31 - ((len-1)*4)) / 2; //our offset to centre up the text //print the name int i = 0; while(daysfull[i]) { puttinychar((i*4) + offset , 1, daysfull[i]); i++; } delay(1000); fade_down(); cls(); // print date numerals char buffer; itoa(date,buffer,10); offset = 10; //offset to centre text if 3 chars - e.g. 3rd // first work out date 2 letter suffix - eg st, nd, rd, th etc // char suffix={"st", "nd", "rd", "th" }; is defined at top of code byte s = 3; if(date == 1 || date == 21 || date == 31) { s = 0; } else if (date == 2 || date == 22) { s = 1; } else if (date == 3 || date == 23) { s = 2; } //print the 1st date number puttinychar(0+offset, 1, buffer); //if date is under 10 - then we only have 1 digit so set positions of sufix etc one character nearer byte suffixposx = 4; //if date over 9 then print second number and set xpos of suffix to be 1 char further away if (date > 9){ suffixposx = 8; puttinychar(4+offset, 1, buffer); offset = 8; //offset to centre text if 4 chars } //print the 2 suffix characters puttinychar(suffixposx+offset, 1, suffix[s]); puttinychar(suffixposx+4+offset, 1, suffix[s]); delay(1000); fade_down(); //print the month name //get length of text in pixels, that way we can centre it on the display by divindin the remaining pixels b2 and using that as an offset len = 0; while(monthnames) { len++; }; offset = (31 - ((len-1)*4)) / 2; //our offset to centre up the text i = 0; while(monthnames[i]) { puttinychar((i*4) +offset, 1, monthnames[i]); i++; } delay(1000); fade_down(); } //dislpay menu to change the clock mode void switch_mode() { //remember mode we are in. We use this value if we go into settings mode, so we can change back from settings mode (6) to whatever mode we were in. old_mode = clock_mode; char* modes = { "Basic", "Small", "Slide", "Words", "Setup" }; byte next_clock_mode; byte firstrun = 1; //loop waiting for button (timeout after 35 loops to return to mode X) for (int count = 0; count < 35 ; count++) { //if user hits button, change the clock_mode if (buttonA.uniquePress() || firstrun == 1) { count = 0; cls(); if (firstrun == 0) { clock_mode++; } if (clock_mode > NUM_DISPLAY_MODES + 1) { clock_mode = 0; } //print arrown and current clock_mode name on line one and print next clock_mode name on line two char str_top; //strcpy (str_top, "-"); strcpy (str_top, modes); next_clock_mode = clock_mode + 1; if (next_clock_mode > NUM_DISPLAY_MODES + 1) { next_clock_mode = 0; } byte i = 0; while (str_top[i]) { putnormalchar(i * 6, 0, str_top[i]); i++; } firstrun = 0; } delay(50); } } //run clock main loop as long as run_mode returns true byte run_mode() { //if random mode is on... check the hour when we change mode. if (random_mode) { //if hour value in change mode time = hours. then reurn false = i.e. exit mode. if (change_mode_time == rtc) { //set the next random clock mode and time to change it set_next_random(); //exit the current mode. return 0; } } //else return 1 - keep running in this mode return 1; } //set the next hour the clock will change mode when random mode is on void set_next_random() { //set the next hour the clock mode will change - current time plus 1 - 4 hours get_time(); change_mode_time = rtc + random (1, 5); //if change_mode_time now happens to be over 23, then set it to between 1 and 3am if (change_mode_time > 23) { change_mode_time = random (1, 4); } //set the new clock mode clock_mode = random(0, NUM_DISPLAY_MODES + 1); //pick new random clock mode } //dislpay menu to change the clock settings void setup_menu() { char* set_modes = { "Rndom", "24 Hr","Set", "Brght", "Exit"}; if (ampm == 0) { set_modes = ("12 Hr"); } byte setting_mode = 0; byte next_setting_mode; byte firstrun = 1; //loop waiting for button (timeout after 35 loops to return to mode X) for(int count=0; count < 35 ; count++) { //if user hits button, change the clock_mode if(buttonA.uniquePress() || firstrun == 1){ count = 0; cls(); if (firstrun == 0) { setting_mode++; } if (setting_mode > NUM_SETTINGS_MODES) { setting_mode = 0; } //print arrown and current clock_mode name on line one and print next clock_mode name on line two char str_top; strcpy (str_top, set_modes); next_setting_mode = setting_mode + 1; if (next_setting_mode > NUM_SETTINGS_MODES) { next_setting_mode = 0; } byte i = 0; while(str_top[i]) { putnormalchar(i*6, 0, str_top[i]); i++; } firstrun = 0; } delay(50); } //pick the mode switch(setting_mode){ case 0: set_random(); break; case 1: set_ampm(); break; case 2: set_time(); break; case 3: set_intensity(); break; case 4: //exit menu break; } //change the clock from mode 6 (settings) back to the one it was in before clock_mode=old_mode; } //toggle random mode - pick a different clock mode every few hours void set_random(){ cls(); char text_a = "Off"; char text_b = "On"; byte i = 0; //if random mode is on, turn it off if (random_mode){ //turn random mode off random_mode = 0; //print a message on the display while(text_a[i]) { putnormalchar((i*6), 0, text_a[i]); i++; } } else { //turn randome mode on. random_mode = 1; //set hour mode will change set_next_random(); //print a message on the display while(text_b[i]) { putnormalchar((i*6), 0, text_b[i]); i++; } } delay(1500); //leave the message up for a second or so } //set 12 or 24 hour clock void set_ampm() { // AM/PM or 24 hour clock mode - flip the bit (makes 0 into 1, or 1 into 0 for ampm mode) ampm = (ampm ^ 1); cls(); } //change screen intensityintensity void set_intensity() { cls(); byte i = 0; char text = "Bright"; while(text[i]) { puttinychar((i*4)+4, 0, text[i]); i++; } //wait for button input while (!buttonA.uniquePress()) { levelbar (0,6,(intensity*2)+2,2); //display the intensity level as a bar while (buttonB.isPressed()) { if(intensity == 15) { intensity = 0; cls (); } else { intensity++; } //print the new value i = 0; while(text[i]) { puttinychar((i*4)+4, 0, text[i]); i++; } //display the intensity level as a bar levelbar (0,6,(intensity*2)+2,2); //change the brightness setting on the displays for (byte address = 0; address < 4; address++) { lc.setIntensity(address, intensity); } delay(150); } } } // display a horizontal bar on the screen at offset xposr by ypos with height and width of xbar, ybar void levelbar (byte xpos, byte ypos, byte xbar, byte ybar) { for (byte x = 0; x < xbar; x++) { for (byte y = 0; y <= ybar; y++) { plot(x+xpos, y+ypos, 1); } } } //set time and date routine void set_time() { cls(); //fill settings with current clock values read from clock get_time(); byte set_min = rtc; byte set_hr = rtc; byte set_date = rtc; byte set_mnth = rtc; int set_yr = rtc; //Set function - we pass in: which "set" message to show at top, current value, reset value, and rollover limit. set_date = set_value(2, set_date, 1, 31); set_mnth = set_value(3, set_mnth, 1, 12); set_yr = set_value(4, set_yr, 2013, 2099); set_hr = set_value(1, set_hr, 0, 23); set_min = set_value(0, set_min, 0, 59); ds1307.adjust(DateTime(set_yr, set_mnth, set_date, set_hr, set_min)); cls(); } //used to set min, hr, date, month, year values. pass //message = which "set" message to print, //current value = current value of property we are setting //reset_value = what to reset value to if to rolls over. E.g. mins roll from 60 to 0, months from 12 to 1 //rollover limit = when value rolls over int set_value(byte message, int current_value, int reset_value, int rollover_limit){ cls(); char messages = { "Set Mins", "Set Hour", "Set Day", "Set Mnth", "Set Year"}; //Print "set xyz" top line byte i = 0; while(messages[i]) { puttinychar(i*4 , 1, messages[i]); i++; } delay(2000); cls(); //print digits bottom line char buffer = " "; itoa(current_value,buffer,10); puttinychar(0 , 1, buffer); puttinychar(4 , 1, buffer); puttinychar(8 , 1, buffer); puttinychar(12, 1, buffer); delay(300); //wait for button input while (!buttonA.uniquePress()) { while (buttonB.isPressed()){ if(current_value < rollover_limit) { current_value++; } else { current_value = reset_value; } //print the new value itoa(current_value, buffer ,10); puttinychar(0 , 1, buffer); puttinychar(4 , 1, buffer); puttinychar(8 , 1, buffer); puttinychar(12, 1, buffer); delay(150); } } return current_value; } void get_time() { //get time DateTime now = ds1307.now(); //save time to array rtc = now.year(); rtc = now.month(); rtc = now.day(); rtc = now.dayOfWeek(); //returns 0-6 where 0 = Sunday rtc = now.hour(); rtc = now.minute(); rtc = now.second(); //flash arduino led on pin 13 every second //if ((rtc % 2) == 0) { // digitalWrite(13, HIGH); //} //else { // digitalWrite(13, LOW); //} //print the time to the serial port - useful for debuging RTC issues /* Serial.print(rtc); Serial.print(":"); Serial.print(rtc); Serial.print(":"); Serial.println(rtc); */ }

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

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.

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 продаже можно встретить много различных моделей и вариантов электронных цифровых часов, но большинство из них расчитаны на использование внутри помещений, так как цифры маленькие. Однако иногда требуется разместить часы на улице - например на стене дома, или на стадионе, площади, то есть там, где они будут видны на большом расстоянии многими людьми. Для этого и была разработана и успешно собрана данная схема больших светодиодных часов, к которым можно подключить (через внутренние транзисторные ключи) LED индикаторы сколь угодно большого размера. Увеличить принципиальную схему можно кликнув по ней:

Описание работы часов

Часы. В данном режиме идёт стандартный вид отображения времени. Имеется цифровая коррекция точности хода часов.
Термометр. В этом случае устройство производит измерение температуры комнаты либо воздуха на улице, с одного датчика. Диапазон от -55 до +125 градусов.
Предусмотрен контроль источника питания.
Вывод информации на индикатор попеременно - часов и термометра.
Для сохранения настроек и установок при пропадании 220В, применена энергонезависимая память.

Основой устройства является МК ATMega8, который прошивают выставляя фузы согласно таблице:

Работа и управление часами

Включив часы в первый раз, на экране появится рекламная заставка, после чего переключится на отображение времени. Нажимая на кнопку SET_TIME индикатор пойдёт по кругу из основного режима:

режим отображения минут и секунд. Если в этом режиме одновременно нажать на кнопку PLUS и MINUS , то произойдет обнуление секунд;
установка минут текущего времени;
установка часов текущего времени;
символ t . Настройка продолжительности отображения часов;
символ o . Время отображения символов индикации внешней температуры (out);
величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки от -25 до 25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена или вычтена из текущего времени. Более подробно читайте в инструкции, что в архиве с файлами прошивки и печатных плат.

Настройка часов

Удерживая кнопки PLUS /MINUS делаем ускоренную установку значений. После изменения каких-либо настроек, через 10 секунд новые значения запишутся в энергонезависимую память и будут считаны оттуда при повторном включении питания. Новые настройки вступают в силу по ходу установки. Микроконтроллер отслеживает наличие основного питания. При его отключении питание прибора осуществляется от внутреннего источника. Схема резервного модуля питания показана ниже:

Для уменьшения тока потребления отключаются индикатор, датчики и кнопки, но сами часы продолжают отсчитывать время. Как только напряжение сети 220В появится - все функции индикации восстанавливаются.

Так как устройство задумывалось как большие светодиодные часы, в них есть два дисплея: большой светодиодный - для улицы, и маленький ЖКИ - для удобства настройки основного дисплея. Большой дисплей расположен на расстоянии несколько метров от блока управления и соединен двумя кабелями по 8 проводов. В управление анодами внешнего индикатора индикаторов, применены транзисторные ключи по приведенной в архиве схеме. Авторы проекта: Александрович & SOIR.

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 фантазией и умением. В результате появилось устройство со следующими функциями:

1. Часы - календарь:

Отсчёт и вывод на индикатор часов, минут, секунд, дня недели, числа, месяца, года.

Наличие автоматической корректировки текущего времени, которая производится каждый час (максимальные значения +/-9999 ед., 1 ед. = 3,90625 мс.)

Вычисление дня недели по дате (для текущего столетия)

Автоматический переход на летнее и зимнее время (отключаемый)

Учитываются високосные годы

2. Два независимых будильника (при срабатывании звучит мелодия)
3. Таймер с дискретностью 1 сек. (Максимальное время отсчета 99ч 59м 59с)
4. Двухканальный секундомер с дискретностью счета 0,01 сек. (максимальное время счета 99ч 59м 59с)
5. Секундомер с дискретностью счета 1 сек. (максимальное время счета 99 суток)
6. Термометр в диапазоне от -5°С. до 55°С (ограничен температурным диапазоном нормальной работы устройства) с шагом 0,1°С.
7. Считыватель и эмулятор электронных ключей - таблеток типа DS1990 по протоколу Dallas 1-Wire (память на 50 штук, в которой уже имеется несколько универсальных ”ключей-вездеходов”) с возможностью побайтного просмотра кода ключа.
8. Дистанционный пульт управления на ИК лучах (реализована только команда "Сделать снимок") для цифровых фотокамер "Pentax", "Nikon", "Canon"
9. Светодиодный фонарик
10. 7 мелодий
11. Звуковой сигнал в начале каждого часа (отключаемый)
12. Звуковое подтверждение нажатия кнопок (отключаемое)
13. Контроль напряжения батареи питания с функцией калибровки
14. Цифровая регулировка яркости индикатора

Может такая функциональность и избыточна, но мне нравятся универсальные вещи, ну и плюс моральное удовлетворение от того, что данные часы будут сделаны своими руками.

Принципиальная схема часов

Устройство построено на микроконтроллере АТmega168PA-AU. Часы тикают по таймеру Т2, работающему в асинхронном режиме от часового кварца на 32768 Гц. Микроконтроллер почти всё время находится в спящем режиме (индикатор при этом выключен), просыпаясь раз в секунду, чтобы добавить эту самую секунду к текущему времени и снова засыпает. В активном режиме МК тактируется от внутреннего RC осциллятора на 8 МГц, но внутренний прескалер делит её на 2, в итоге ядро тактируется от 4 МГц. Для индикации используется четыре одноразрядных светодиодных цифровых семисегментных индикатора c общим анодом и децимальной точкой. Так же имеется 7 статусных светодиодов, назначение которых следующее:
D1- Признак отрицательного значения (минус)
D2- Признак работающего секундомера (мигает)
D3- Признак включенного первого будильника
D4- Признак включенного второго будильника
D5- Признак подачи звукового сигнала в начале каждого часа
D6- Признак работающего таймера (мигает)
D7- Признак низкого напряжения батареи питания

R1-R8 - токоограничительные резисторы сегментов цифровых индикаторов HG1-HG4 и светодиодов D1-D7. R12,R13 – делитель для контроля напряжения батареи. Поскольку напряжение питания часов 3V, а белому светодиоду D9 требуется около 3,4-3,8V при номинальном токе потребления, то он светится не в полную силу (но её хватает, чтобы не споткнуться в темноте) и поэтому подключен без токоограничительного резистора. Элементы R14, Q1, R10 предназначены для управления инфракрасным светодиодом D8 (реализация дистанционного управления для цифровых фотокамер). R19, R20, R21 служат для сопряжения при общении с устройствами, имеющими интерфейс 1-Wire. Управление осуществляется тремя кнопками, которые я условно назвал: MODE (режим), UP (вверх), DOWN (вниз). Первая из них также предназначена для пробуждения МК по внешнему прерыванию (при этом индикация включается), поэтому она подключена отдельно на вход PD3. Нажатия остальных кнопок определяется при помощи АЦП и резисторов R16,R18. Если кнопки не нажимаются в течении 16 сек, то МК засыпает и индикатор гаснет. При нахождении в режиме “Пульт ДУ для фотокамер” этот интервал составляет 32 сек., а при включенном фонарике - 1 минуту. Также МК можно усыпить вручную, используя кнопки управления. При запущенном секундомере с дискретностью счета 0,01 сек. устройство не переходит в спящий режим.

Печатная плата

Устройство собрано на двухсторонней печатной плате круглой формы по размеру внутреннего диаметра корпуса наручных часов. Но при изготовлении я использовал две односторонние платы толщиной 0,35 мм. Такую толщину опять же получил отслоив её от двухстороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Платы затем склеил. Все это делалось потому что, у меня не было тонкого двухстороннего стеклотекстолита, а каждый сэкономленный миллиметр толщины в ограниченном внутреннем пространстве корпуса часов очень ценен, да и отпала надобность совмещения при изготовлении печатных проводников методом ЛУТ. Рисунок печатной платы и расположение деталей находятся в прилагаемых файлах. На одной стороне размещены индикаторы и токоограничительные резисторы R1-R8. На обратной - все остальные детали. Имеются два сквозных отверстия для белого и инфракрасного светодиодов.

Контакты кнопок и держатель батареи выполнены из гибкой пружинящей листовой стали толщиной 0,2…0,3мм. и залужены. Ниже приведены фото платы с двух сторон:

Конструкция, детали и их возможная замена

Микроконтроллер ATmega168PA-AU можно заменить на ATmega168P-AU, ATmega168V-10AU ATmega168-20AU. Цифровые индикаторы - 4 штуки KPSA02-105 суперяркие красного цвета свечения с высотой цифры 5,08мм. Mожно поставить из этой же серии KPSA02-xxx или KCSA02-xxx. (только не зеленые – они будут слабо светиться) Другие аналоги подобных размеров с достойной яркостью мне неизвестны. У HG1, HG3 соединение катодов сегментов отличается от HG2, HG4, потому что мне так было удобнее для разводки печатной платы. В связи с этим для них в программе применена различная таблица знакогенератора. Используемые резисторы и конденсаторы SMD для поверхностного монтажа типоразмеров 0805 и 1206, светодиоды D1-D7 типоразмера 0805. Белый и инфракрасный светодиоды диаметром 3мм. На плате имеется 13 сквозных отверстий, в которые необходимо установить перемычки. В качестве температурного датчика применён DS18B20 c интерфейсом 1-Wire. LS1 – обычная пьезоэлектрическая пищалка, вставляется в крышку. Одним контактом она соединяется с платой при помощи пружинки, установленной на ней, другим соединяется с корпусом часов самой крышкой. Кварцевый резонатор от наручных часов.

Программирование, прошивка, фьюзы

Для внутрисхемного программирования на плате имеются только 6 круглых контактных пятачка (J1), так как полноценный разъем не уместился по высоте. К программатору их подключал, используя контактное устройство, сделанное из штыревой вилки PLD2x3 и напаянных на них пружинками, прижимая их одной рукой к пятачкам. Ниже прилагается фото приспособления.

Я использовал его, так как в процессе отладки приходилось много раз перепрошивать МК. При разовой прошивке проще подпаять к пятачкам тонкие провода, подключенные к программатору, а после снова отпаять. МК удобнее прошивать без батареи, но чтобы питание поступало либо от внешнего источника +3V, либо от программатора c таким же напряжением питания. Программа написана на ассемблере в среде VMLAB 3.15. Исходные коды, прошивки для FLASH и EEPROM в приложении.

FUSE-биты микроконтроллера DD1 должны быть запрограммированы следующим образом:
CKSEL3...0 = 0010 - тактирование от внутреннего RC осциллятора 8 МГц;
SUT1...0 =10 - Start-up time: 6 CK + 64 ms;
CKDIV8 = 1 - делитель частоты на 8 отключён;
CKOUT = 1 - Output Clock on CKOUT запрещен;
BODLEVEL2…0 = 111 - контроль напряжения питания отключён;
EESAVE = 0 - стирание EEPROM при программировании кристалла запрещено;
WDTON = 1 - Нет постоянного включения Watchdog Timer;
Остальные FUSE – биты лучше не трогать. FUSE–бит запрограммирован, если установлен в “0”.

Прошивка EEPROM прилагаемым в архиве дампом обязательна.

В первых ячейках EEPROM размещается начальные параметры устройства. В приведённой ниже таблице описывается назначение некоторых из них, которые можно менять в разумных пределах.

Адрес ячейки	Назначение	Параметр	Примечание
	Величина напряжения батареи, при которой происходит сигнал о её низком уровне	260($104) (2,6V)
	коэффициент для коррекции значения измеренного напряжения батареи
	интервал времени на переход в режим сна		1 ед. = 1 сек
	интервал времени на переход в режим сна при включенном фонарике		1 ед. = 1 сек
	интервал времени на переход в режим сна при нахождении в режиме ДУ для фотокамер		1 ед. = 1 сек
	Здесь хранятся номера IButton ключей

Небольшие пояснения по пунктам:

1 пункт. Здесь указывается величина напряжения на батарее, при которой загорится светодиод, сигнализирующий о её низком значении. Я поставил 2,6V (параметр - 260). Если нужно другое, например 2,4V, то надо записать 240($00F0). В ячейку по адресу $0000 заносится младший байт, соответственно в $0001 – старший.

2 пункт. Поскольку я не установил на плату переменный резистор для подстройки точности измерения напряжения батареи питания ввиду отсутствия места, то я ввел программную калибровку. Порядок калибровки для точного измерения следующий: изначально в данной ячейке EEPROM записан коэффициент 1024($400), необходимо перевести устройство в активный режим и посмотреть на индикаторе напряжение, и тут же замерить вольтметром реальное напряжение на батарее. Коэффициент коррекции (К), который необходимо выставить, вычисляется по формуле: K=Uр/Uи*1024 где Uр – реальное напряжение, измеренное вольтметром, Uи – напряжение которое, измерило само устройство. После подсчёта коэффициента ”K” его заносят в устройство (как это делается сказано в инструкции по эксплуатации). После калибровки у меня погрешность не превысила 3%.

3 пункт. Здесь задается параметр времени, через которое устройство перейдет в спящий режим, если кнопки не нажимаются. У меня стоит 16 сек. Если допустим надо, чтобы засыпало через 30 сек, то надо записать 30($26).

В 4 и 5 пунктах аналогично.

6 пункт. По адресу $0030 хранится код семейства нулевого ключа (dallas 1-Wire), затем его 48 битный номер и CRC. И так 50 ключей последовательно.

Настройка, особенности работы

Настройка устройства сводится к калибровке измерения напряжения батареи, как описано выше. Также необходимо засечь отклонение хода часов за 1 час, посчитать и внести соответствующее значение коррекции (процедура описана в инструкции по эксплуатации).

Устройство питается от литиевой батареи CR2032 (3V) и потребляет в режиме сна примерно 4 мкА, а в активном режиме 5…20 мА в зависимости от яркости индикатора. При ежедневном пятиминутном использовании активного режима батареи должно хватить примерно на 2….8 месяцев в зависимости от яркости. Корпус часов соединен с минусом батареи.

Считывание ключей проверялось на DS1990. Эмуляция проверена на домофонах ”МЕТАКОМ”. Под порядковыми номерами от 46 до 49(последние 4) прошиты (все ключи хранятся в EEPROM, их можно изменять перед прошивкой) универсальные ключи для домофонов. Ключ, прописанный под номером 49 открывал все домофоны ”МЕТАКОМ”, которые мне попадались, остальные универсальные ключи тестировать не довелось, их коды я взял из сети.

Дистанционное управление для фотокамер проверялось на моделях Pentax optio L20, Nikon D3000. Canon не удалось заполучить для проверки.

Инструкция пользователя занимает 13 страниц, поэтому я не стал её включать в статью, а вынес в приложение в формате PDF.

Архив содержит:
Схема в и GIF;
Рисунок печатной платы и расположение элементов в формате ;
Прошивка и исходники на ассемблере;

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
DD1	МК AVR 8-бит	ATmega168PA	1	PA-AU	В блокнот
U2	Датчик температуры	DS18B20	1		В блокнот
Q1	MOSFET-транзистор	2N7002	1		В блокнот
С1, С2	Конденсатор	30 пФ	2		В блокнот
С3, С4	Конденсатор	0.1 мкФ	2		В блокнот
С5	Электролитический конденсатор	47 мкФ	1		В блокнот
R1-R8, R17	Резистор	100 Ом	9		В блокнот
R9	Резистор	10 кОм	1		В блокнот
R10	Резистор	8.2 Ом	1		В блокнот
R11	Резистор	300 Ом	1		В блокнот
R12	Резистор	2 МОм	1		В блокнот
R13	Резистор	220 кОм	1		В блокнот
R14	Резистор	30 кОм	1		В блокнот
R15, R19	Резистор	4.7 кОм	2		В блокнот
R16	Резистор	20 кОм	1

Преимущества светодиодов неоспоримы, сегодня они везде, в том числе и часах. Что представляют себя часы на светодиодных матрицах, о плюсах и недостатках разберем в рамках статьи. В конце статьи представлено подробное пошаговое руководство для изготовления устройства своими руками.

Что это такое

Часы на светодиодных матрицах - это электронные часы, в которых для индикации используются матрицы из множества светодиодов. Применение индикаторов другого типа - единственное их отличие.

Матрица - это набор светодиодов, собранных вместе в виде сетки с единым анодом или катодом. Как правило, разрешение таких индикаторов - количество точек по вертикали и горизонтали - 8×8.

Почему же такие часы набирают популярность, преимущества:

Цена. Светодиодные матрицы дешевле семисегментных индикаторов аналогичных размеров.
Яркость. Светодиоды горят ярче, чем семисегментные индикаторы, их лучше видно в местах, освещенных солнечными лучами. Многие производители также предусматривают конструктивную защиту диода от воздействия солнца.
Функциональность. При помощи матрицы из светодиодов можно выводить не только цифры, но также различные буквы, знаки препинания, символы. При помощи набора LED-матриц можно выводить некоторую информацию в виде бегущей строки.

Светодиодные матрицы имеют и недостатки:

Увеличенная сложность управления. Из-за большого количества элементов (в стандартной матрице их 64) управлять матричными индикаторами чем семисегментными. Для этого применяются микроконтроллеры, динамическая индикация и сдвиговые регистры.
Угол обзора. Особенность светодиодов состоит в том, что они фокусируют свет в одном направлении. Это приводит к тому, что изображение на светодиодной матрице видно хорошо только под определенным углом.
Непереносимость высоких температур. Нагревание снижает эффективность светодиодов и уменьшает срок службы.
Перегорание отдельных светодиодов приведет к эффекту «битого пикселя» и ухудшению качества изображения.

Самодельные часы на светодиодных матрицах

Несмотря на большую популярность часов на светодиодных матрицах, в Рунете не так уж и много схем для их самостоятельного изготовления. Рассмотрим самую популярную.

Необходимые навыки для сборки устройства:

изготовление печатных плат;
пайка элементов: схема предполагает SMD-исполнение, это значит, что элементы будут устанавливаться прямо на поверхность платы;
прошивка микроконтроллеров: в схеме используется МК ATMega16A;
программирование МК: это не обязательно, поскольку для данного устройства уже имеется прошивка контроллера. Этот навык пригодится, если вы захотите изменить режим работы часов или расширить их функционал, например, добавив дополнительные элементы такие, как датчики температуры или влажности.

Из инструментов понадобятся:

набор для изготовления плат;
программатор МК;
паяльник.

Рассмотрим подробнее схему устройства. Главным управляющим элементом является МК ATMega16A, он обеспечивает следующие возможности прибора:

Отсчет времени и календарь. Ведется даже при отключении питания.
Будильник. Здесь их 9 штук, можно запрограммировать на работу по дням недели.
Измерение температуры. Конструкция часов позволяет установить два датчика температуры для измерений в комнате и на улице.
Режим бегущей строки. Выдает следующую информацию: день недели, месяц, год, температура.
Коррекция хода часов.

Большая часть функций возложена на микроконтроллер, что позволяет максимально разгрузить схему и использовать минимальное количество элементов.

В устройстве используется лишь две микросхемы: микроконтроллер и сдвиговый регистр TPIC6B595, также можно подключить два датчика температуры DS18B20 - один уличный, и второй комнатный.

Для индикации используются три светодиодные матрицы 8×8. В качестве диода D1 лучше использовать диод Шоттки. Диод в схеме обеспечивает переход на аварийное питание, а диод Шоттки обладает наименьшим падением напряжения и высокой скоростью переключения.

Процесс изготовления:

О некоторых особенностях при сборке часов на светодиодной матрице с ATMega 16A доступно рассказывается в следующем видео.

Часы на светодиодных матрицах имеют много преимуществ перед приборами с другим типом индикации: дешевле, не засвечиваются солнцем, с их помощью можно вывести большее количество информации. Существует большое количество моделей часов на led матрицах, и каждый найдет для себя девайс с требуемым функционалом. Также такие часы несложно изготовить самому, как вы увидели из пошагового руководства выше, это не требует особенных инструментов или специальных навыков.

Вспоминаю… Тридцать лет назад шесть индикаторов были маленьким сокровищем. Тот, кто мог тогда сделать с такими индикаторами часы на ТТЛ логике, считался искушенным знатоком своего дела.

Свечение газоразрядных индикаторов казалось более теплым. Через несколько минут мне стало интересно, заработают ли эти старые лампы, и захотелось что-нибудь сделать на них. Теперь-то сделать такие часы очень просто. Достаточно взять микроконтроллер…

Поскольку тогда же я увлекался программированием микроконтроллеров на языках высокого уровня, я решил немного поиграть. Я попытался сконструировать простые часы на цифровых газоразрядных индикаторах.

Цель конструирования

Я решил, что часы должны иметь шесть цифр, а время должно устанавливаться минимальным количеством кнопок. Кроме того, я хотел попытаться использовать несколько наиболее распространенных семейств микроконтроллеров разных производителей. Программу я намеревался писать на языке C.

Газоразрядным индикаторам для работы требуется высокое напряжение. Но иметь дело с опасным сетевым напряжением я не хотел. Часы должны были питаться безвредным напряжением 12 В.

Поскольку основной моей целью была игра, вы не найдете здесь описания механической конструкции и чертежей корпуса. При желании, вы сами сможете изменить часы в соответствии со своими вкусами и опытом.

Вот что у меня получилось:

Индикация времени: ЧЧ ММ СС
Индикация будильника: ЧЧ ММ --
Режим отображения времени: 24 часа
Точность ±1 секунда в день (зависит от кварцевого резонатора)
Напряжении питания: 12 В
Потребляемый ток: 100 мА

Схема часов

Для устройства с шестиразрядным цифровым дисплеем естественным решением был мультиплексный режим.

Назначение большинства элементов блок-схемы (Рисунок 1) понятно без комментариев. В определенной степени нестандартной задачей было создание преобразователя уровней ТТЛ в высоковольтные сигналы управления индикаторами. Драйверы анодов сделаны на высоковольтных NPN и PNP транзисторах. Схема позаимствована у Стефана Кнеллера (http://www.stefankneller.de).

ТТЛ микросхема 74141 содержит двоично-десятичный дешифратор и высоковольтный драйвер для каждой цифры. Возможно, заказать одну микросхему будет сложно. (Хотя я не знаю, производятся ли они вообще кем-либо сейчас). Но уж если вы нашли газоразрядные индикаторы, 74141 могут оказаться где-то рядом:-). Во времена ТТЛ логики альтернативы микросхеме 74141 практически не было. Так что попробуйте найти где-нибудь одну штуку .

Индикаторам требуется напряжение порядка 170 В. Разрабатывать специальную схему для преобразователя напряжения не имеет смысла, поскольку существует огромное количество микросхем повышающих преобразователей. Я выбрал недорогую и широко доступную микросхему MC34063. Схема преобразователя почти полностью скопирована с технического описания MC34063. К ней лишь добавлен силовой ключ T13. Внутренний ключ для такого высокого напряжения не подходит. В качестве индуктивности для преобразователя я использовал дроссель. Он показан на Рисунке 2; его диаметр 8 мм, а длина 10 мм.

КПД преобразователя вполне хороший, а выходное напряжение относительно безопасно. При токе нагрузки 5 мА выходное напряжение падает до 60 В. R32 выполняет функцию токоизмерительного резистора.

Для питания логики используется линейный регулятор U4. На схеме и на плате есть место для резервного аккумулятора. (3.6 В - NiMH или NiCd). D7 и D8 - это диоды Шоттки, а резистор R37 предназначен для ограничения зарядного тока в соответствии с характеристиками аккумулятора. Если вы собираете часы просто для развлечения, аккумулятор, D7, D8 и R37 вам не потребуются.

Окончательная схема показана на Рисунке 3.


Рисунок 3.

Кнопки установки времени подключены через диоды. Состояние кнопок проверяется установкой логической «1» на соответствующем выходе. В качестве бонусной функции к выходу микроконтроллера подключен пьезоизлучатель. Чтобы заткнуть этот противный писк, используйте маленький выключатель. Для этого вполне подошел бы и молоток, но это уж на крайний случай:-).

Перечень компонентов схемы, рисунок печатной платы и схему размещения элементов можно найти в разделе «Загрузки».

Процессор

Управлять эти несложным устройством может практически любой микроконтроллер с достаточным количеством выводов, минимально необходимое количество которых указано в Таблице 1.

Таблица 1.

Функция	Выводы
Питание	2
Кварцевый резонатор	2
Управление анодами	6
Драйвер 74141	4
Вход кнопок	1
Пьезоизлучатель	1
Всего	16

Каждый изготовитель разрабатывает собственные семейства и типы микроконтроллеров. Расположение выводов индивидуально для каждого типа. Я постарался сконструировать универсальную плату для нескольких типов микроконтроллеров. На плате установлена 20-контактная панелька. С помощью нескольких проволочных перемычек вы можете адаптировать ее для разных микроконтроллеров.

Ниже перечислены микроконтроллеры, проверенные в этой схеме. Вы можете поэкспериментировать с другими типами. Преимуществом схемы является возможность использования разных процессоров. Радиолюбители, как правило, используют одно семейство микроконтроллеров и имеют соответствующий программатор и программный инструментарий. С микроконтроллерами других изготовителей могут возникнуть проблемы, поэтому я дал вам возможность выбора процессора из любимого семейства.

Вся специфика включения различных микроконтроллеров отражена в Таблицах 2…5 и на Рисунках 4…7.

Таблица 2.

Freescale
Тип	MC68HC908QY1
Кварцевый резонатор	12 МГц
Конденсаторы C1, C2	22 пФ
Программа	freescale.zip (см. раздел «Загрузки»)
Установки	—

Примечание: Параллельно кварцевому резонатору включен резистор 10 МОм.

Таблица 3.

Microchip
Тип	PIC16F628A
Кварцевый резонатор	32.768 кГц
Конденсаторы C1, C2	22 пФ
Программа	pic628.zip (см. раздел «Загрузки»)
Установки	Внутр. генератор 4 МГц - I/O RA6, MCLR OFF, WDT OFF, LVP OFF, BROUT OFF, CP OFF, PWRUP OFF

Примечание: Микросхему необходимо развернуть в панельке на 180°.

Таблица 4.

Atmel
Тип	ATtiny2313
Кварцевый резонатор	12 МГц
Конденсаторы C1, C2	15 пФ
Программа	attiny.zip (см. раздел «Загрузки»)
Установки	Кв. генератор 8 МГц, RESET ON

Примечание: Добавьте SMD компоненты R и C к выводу RESET (10 кОм и 100 нФ).

Таблица 5.

Atmel
Тип	AT89C2051
Кварцевый резонатор	12 MHz
Конденсаторы C1, C2	22 пФ
Программа	at2051.zip (см. раздел «Загрузки»)
Установки	--

Примечание: Добавьте SMD компоненты R и C к выводу RESET (10 кОм и 100 нФ); выводы, отмеченные звездочками, соедините с шиной питания +Ub через SMD резисторы 3.3 кОм.

Сравнив коды для разных микроконтроллеров, вы увидите, что они очень похожи. Различия имеются в доступе к портам и определению функций прерываний, а также в том, что зависит от компонентов обвязки.

Исходный код состоит из двух секций. Функция main() настраивает порты и запускает таймер, формирующий сигналы прерывания. После этого программа сканирует нажатые кнопки и устанавливает соответствующие значения времени и будильника. Там же в главном цикле текущее время сравнивается с будильником и включается пьезоизлучатель.

Вторая часть является подпрограммой обработки прерываний от таймера. Подпрограмма, которая вызывается через каждую миллисекунду (в зависимости от возможностей таймера), инкрементирует переменные времени и управляет цифрами дисплея. Кроме того, проверяется состояние кнопок.

Запуск схемы

Монтаж компонентов и настройку начинайте с источника питания. Запаяйте регулятор U4 и окружавшие его компоненты. Проверьте наличие напряжения 5 В для микросхемы U2 и 4.6 В для U1. Следующим шагом соберите высоковольтный преобразователь. Подстроечным резистором R36 установите напряжение 170 В. Если диапазона подстройки окажется недостаточно, немного измените сопротивление резистора R33. Теперь установите микросхему U2, транзисторы и резисторы схемы драйверов анодов и цифр. Соедините входы U2 с шиной GND и последовательно подключайте по одному из резисторов R25 - R30 к шине питания +Ub. В соответствующих позициях должны зажигаться цифры индикаторов. На последнем этапе проверки схемы соедините с землей вывод 19 микросхемы U1 - должен запищать пьезоизлучатель.

Исходные коды и откомпилированные программы вы найдете в соответствующем ZIP файле в разделе «Загрузки». После зашивки программы в микроконтроллер тщательно проверьте каждый вывод в позиции U1 и установите необходимые перемычки из проволоки и припоя. Сверяйтесь с изображениями микроконтроллеров, приведенными выше. Если микроконтроллер запрограммирован и подключен правильно, должен заработать его генератор. Вы можете установить время и будильник. Внимание! На плате есть место для еще одной кнопки - это запасная кнопка для будущих расширений:-).

Проверьте точность частоты генератора. Если она не укладывается в ожидаемый диапазон, слегка измените номиналы конденсаторов C1 и C2. (Припаяйте параллельно конденсаторы небольшой емкости или замените их другими). Точность хода часов должна улучшиться.

Заключение

Небольшие 8-битные процессоры вполне приспособлены для языков высокого уровня. Изначально язык C не предназначался для небольших микроконтроллеров, однако для простых приложений вы прекрасно можете использовать его. Ассемблер лучше подойдет для сложных задач, требующих соблюдения критических времен или максимальной загрузки процессора. Для большинства радиолюбителей подойдут как бесплатные, так и условно-бесплатные ограниченные версии компилятора C.

Программирование на C одинаково для всех микроконтроллеров. Вы должны знать функции аппаратных средств (регистров и периферии) выбранного типа микроконтроллера. Будьте осторожны с битовыми операциями - язык C к манипуляциям с отдельными битами не приспособлен, что можно увидеть на примере исходного когда для ATtiny.

Закончили? Тогда настройтесь на созерцание вакуумных ламп и смотрите…

…возвращаются старые времена … :-)

Примечание редакции

Полным аналогом SN74141 является микросхема К155ИД1, выпускавшаяся минским ПО «Интеграл».
Микросхему без труда можно найти в сети Интернет.