Ψηφιακό ρολόι τοίχου σε υπολογιστή με χρήση AVR μικροελεγκτή atmega16 και ds3231 rtc

Κάθε ψηφιακό ρολόι έχει κρύσταλλο για να παρακολουθεί το χρόνο. Αυτό το κρύσταλλο δεν υπάρχει μόνο στο ρολόι αλλά και σε όλα τα συστήματα υπολογιστών σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το κρύσταλλο παράγει παλμούς ρολογιού, κάτι που απαιτείται για υπολογισμούς χρονισμού. Παρόλο που υπάρχουν μερικοί άλλοι τρόποι λήψης παλμών ρολογιού για μεγαλύτερη ακρίβεια και συχνότητα, αλλά ο πιο προτιμώμενος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε κρύσταλλο για να παρακολουθείτε το χρόνο. Εδώ θα DS3231 RTC IC για να δημιουργήσουμε ένα ψηφιακό ρολόι τοίχου με βάση το Atmega16. Το DS3231 RTC έχει έναν πολύ ακριβή κρύσταλλο μέσα του, οπότε δεν απαιτείται εξωτερικός ταλαντωτής κρυστάλλου.

Σε αυτό το Ψηφιακό Έργο Ρολόι, δέκα κοινές οθόνες 7 τμημάτων ανόδου 0,8 ιντσών χρησιμοποιούνται για την εμφάνιση ώρας και ημερομηνίας. Εδώ χρησιμοποιούνται επτά οθόνες για την εμφάνιση ώρας, λεπτού, ημερομηνίας, μήνα και έτους. Ο σχεδιασμός PCB μας έχει επίσης επιλογές εμφάνισης δευτερολέπτων και θερμοκρασίας, οι οποίες μπορούν να εμφανιστούν προσθέτοντας περισσότερες μονάδες οθόνης.

Απαιτούμενα στοιχεία

1. Μικροελεγκτής ATmega16 AVR
2. DS3231 RTC IC
3. Κοινή οθόνη επτά τμήματος ανόδου 0,8 ιντσών (η μεγαλύτερη και κοινή οθόνη μεγέθους (0,56 ίντσες)
4. Πιέστε το κουμπί
5. Κελί κουμπιού 3v
6. 7805 ρυθμιστής τάσης
7. Πυκνωτής 1000uf
8. Buzzer (προαιρετικό)
9. Τρανζίστορ BC547 και BC557
10. Πυκνωτής 10uf
11. Αντίσταση 100 Ohm
12. 1 k αντίσταση
13. 10k αντίσταση
14. Πίνακας PCB
15. Καλώδια αλτών
16. Μπάμπερτς
17. Προσαρμογέας τροφοδοσίας

Ο χρήστης μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει το Atmega32 που πρέπει να ρυθμιστεί στο μεταγλωττιστή πριν δημιουργήσει hex.

Διάγραμμα κυκλώματος και επεξήγηση

Υπάρχουν δύο μέρη αυτού του ψηφιακού κυκλώματος ρολογιού τοίχου, το ένα είναι μέρος οθόνης που έχει 5 ζεύγη 7-τμημάτων σε πέντε διαφορετικές πλακέτες PCB και ένα άλλο είναι ελεγχόμενο τμήμα μονάδας που είναι υπεύθυνο για τη λήψη χρόνου από το τσιπ RTC και να στείλει αυτά τα δεδομένα και το χρόνο στο Οθόνη 7 τμημάτων. Καθώς έχουμε χρησιμοποιήσει 10 οθόνες επτά τμημάτων, έτσι δεν μπορούμε να συνδέσουμε κάθε οθόνη με ξεχωριστή θύρα IO. Έτσι εδώ χρησιμοποιείται η τεχνική πολυπλεξίας για τη σύνδεση πολλαπλών επτά τμημάτων χρησιμοποιώντας λιγότερες ακίδες του μικροελεγκτή.

Οι ακίδες LED a, b, c, d, e, f, g, h επτά τμημάτων είναι συνδεδεμένες στο PORTB του atmega16 παράλληλα. Εδώ χρησιμοποιήσαμε 10 οθόνες επτά τμημάτων, οπότε χρειαζόμαστε 10 ακίδες ελέγχου που είναι συνδεδεμένες σε PORTD, PORTA και PORTC.

Το RTC DS3231 με εσωτερικό κρύσταλλο συνδέεται με τον πείρο SDA και SCL της PORTC επειδή αυτό το τσιπ λειτουργεί σε επικοινωνία I2C. Η μέθοδος διασύνδεσης αυτού του τσιπ είναι ίδια με το DS1307. Έχουμε χρησιμοποιήσει το DS1307 με Arduino, Raspberry Pi και 8051 MCU. Ο ίδιος κωδικός μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τα DS3231 και DS1307.

Δύο αντιστάσεις pull-up 10k συνδέονται στη γραμμή SDA και SCL. Μια κυψέλη νομισμάτων 3v χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του τσιπ RTC για παρακολούθηση του χρόνου ακόμη και όταν η κύρια τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη. Όποτε επιστρέφει η ισχύς, ο χρόνος θα αρχίσει να εμφανίζεται σε επτά τμήματα. Τώρα έχουμε μερικά κουμπιά για τη ρύθμιση του χρόνου στο PORT A, η πλήρης διαδικασία εξηγείται στο βίντεο που δίνεται στο τέλος. Ένας ρυθμιστής τάσης 5v χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της τάσης εισόδου σε 5v. Όλες οι συνδέσεις εμφανίζονται στο παρακάτω διάγραμμα κυκλώματος:

Για μία πλακέτα οθόνης, χρησιμοποιούνται δύο οθόνες επτά τμημάτων και 2 LED. Έχουμε λοιπόν πέντε διαφορετικούς πίνακες οθόνης για να εμφανίσουμε την ώρα σε ώρες και λεπτά (HH-MM) και ημερομηνία σε DD-MM-YY.

Σχεδιασμός και κατασκευή PCB για το ψηφιακό ρολόι

Για αυτό το έργο ρολογιού τοίχου που βασίζεται στο Atmega16, έχουμε σχεδιάσει δύο PCB. Το ένα είναι για τη μονάδα ελέγχου που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο όλων των λειτουργιών του έργου και το δεύτερο μέρος είναι για την εμφάνιση της ώρας και της ημερομηνίας σε επτά οθόνες. Το μέρος της οθόνης περιέχει πέντε ζευγάρια επτά τμημάτων 0,8 ίντσες. Έτσι, συγκεντρώνοντας 5 κομμάτια έχουμε το πλήρες ψηφιακό ρολόι. Για πολλαπλές οθόνες 7 τμημάτων, η γραμμή δεδομένων των 5 PCB θα συνδεθεί στην ίδια θύρα της μονάδας ελέγχου και η γραμμή ελέγχου είναι συνδεδεμένη με διαφορετικό πείρο της μονάδας ελέγχου.

Ακολουθούν οι πάνω και κάτω απόψεις των διατάξεων PCB μιας πλακέτας οθόνης που αποτελείται από δύο επτά οθόνες τμημάτων:

Ακολουθούν οι πάνω και κάτω απόψεις των PCB μονάδας ελέγχου

Εδώ επισυνάπτουμε το αρχείο Gerber και για τους δύο πίνακες:

• Αρχείο Gerber για μονάδα ελέγχου που βασίζεται στο Atmega16
• Αρχείο Gerber για τον πίνακα επτά εμφάνισης τμημάτων

Παραγγελία του PCB χρησιμοποιώντας το PCBGoGo

Υπάρχουν πολλές υπηρεσίες κατασκευής PCB που είναι διαθέσιμες στο διαδίκτυο, αλλά καθώς χρησιμοποίησα το PCBGoGo στο παρελθόν σε ένα από τα άλλα έργα μου, το βρήκα φθηνό και χωρίς προβλήματα σε σύγκριση με άλλους προμηθευτές.

Ακολουθούν τα βήματα για την παραγγελία PCB από το PCBGoGo:

Βήμα 1: Μπείτε στο www.pcbgogo.com, εγγραφείτε εάν αυτή είναι η πρώτη σας φορά. Στη συνέχεια, στην καρτέλα Πρωτότυπο PCB εισαγάγετε τις διαστάσεις του PCB σας, τον αριθμό των επιπέδων και τον αριθμό των PCB που χρειάζεστε.

Βήμα 2: Συνεχίστε κάνοντας κλικ στο κουμπί Quote Now . Θα μεταφερθείτε σε μια σελίδα όπου θα ορίσετε μερικές πρόσθετες παραμέτρους, εάν απαιτείται, όπως το υλικό που χρησιμοποιείται σε απόσταση κομματιού κ.λπ. Αλλά κυρίως οι προεπιλεγμένες τιμές θα λειτουργήσουν καλά. Το μόνο πράγμα που πρέπει να λάβουμε υπόψη εδώ είναι η τιμή και ο χρόνος. Όπως μπορείτε να δείτε, ο Χρόνος Κατασκευής είναι μόνο 2-3 ημέρες και κοστίζει μόνο 5 $ για το PSB μας. Στη συνέχεια, μπορείτε να επιλέξετε μια προτιμώμενη μέθοδο αποστολής με βάση τις απαιτήσεις σας.

Βήμα 3: Το τελευταίο βήμα είναι να ανεβάσετε το αρχείο Gerber και να προχωρήσετε στην πληρωμή. Για να βεβαιωθείτε ότι η διαδικασία είναι ομαλή, το PCBGOGO επαληθεύει εάν το αρχείο Gerber είναι έγκυρο πριν προχωρήσετε στην πληρωμή. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το PCB σας είναι φιλικό στην κατασκευή και θα σας φτάσει ως δεσμευμένο.

Τώρα το PCBGoGo θα διαρκέσει περίπου 10 λεπτά έως 1 ώρα για να ελέγξει το αρχείο Gerber. Μετά την ολοκλήρωση του ελέγχου, μπορείτε να προχωρήσετε στην πληρωμή.

Συναρμολόγηση του PCB

Μετά την παραγγελία του διοικητικού συμβουλίου, μου έφτασε μετά από μερικές ημέρες, αν και η ταχυμεταφορά σε ένα καλά συσκευασμένο κουτί με ετικέτα και όπως πάντα η ποιότητα του PCB ήταν καταπληκτική. Μοιράζομαι μερικές φωτογραφίες από τους πίνακες παρακάτω για να κρίνετε.

Άνοιξα τη ράβδο συγκόλλησης και άρχισα να συναρμολογώ την σανίδα. Δεδομένου ότι τα Footprints, τα τακάκια, τα vias και η μεταξοτυπία είναι τέλεια του σωστού σχήματος και μεγέθους, δεν είχα κανένα πρόβλημα να συναρμολογήσω το ταμπλό. Ο πίνακας ήταν έτοιμος σε μόλις 10 λεπτά από τη στιγμή της αποσυσκευασίας του κουτιού.

Λίγες εικόνες του πίνακα μετά τη συγκόλληση φαίνονται παρακάτω.

Δοκιμή του ψηφιακού ρολογιού

Πλήρης κωδικός δίνεται στο τέλος αυτού του σεμιναρίου, απλώς συνδέστε τα PCB όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος και ανεβάστε τον κωδικό στο Atmega16. Και θα δείτε την ώρα και την ημερομηνία να εμφανίζονται στις οθόνες των δέκα επτά τμημάτων.

Η ώρα και η ημερομηνία μπορούν να ρυθμιστούν χρησιμοποιώντας το πλήκτρο τεσσάρων πλήκτρων στη μονάδα ελέγχου, όπως φαίνεται στο παρακάτω βίντεο.