Orologio digitale analogico: 4 passi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Il motivo per cui ho realizzato questo orologio è stato perché il mio orologio IKEA originale non funzionava più e mi è piaciuto molto l'alloggiamento di questo orologio. Ho trovato uno spreco buttare via l'orologio e ho deciso di riutilizzarlo per un orologio analogico/digitale.

Avrei potuto realizzare un orologio standard, ma ho deciso di fare qualcosa di diverso. Come qualsiasi altro orologio mostra l'ora ma non in modo standard. Utilizzando 60 LED bicolore rosso/verde l'orologio mostra l'ora. I LED rossi sono usati per mostrare le ore ei LED verdi mostrano i minuti. I secondi sono indicati da un LED giallo lampeggiante (rosso + verde) e da un LED giallo lampeggiante al centro dell'orologio.

Ci vuole un po' di pratica per saper leggere l'orologio. Poiché i LED vengono utilizzati per mostrare sia le ore che i minuti, è necessario un modo speciale di presentare l'ora. Il tempo è mostrato come una barra di LED dove la barra più lunga mostra le ore oi minuti. Se la barra più lunga è rappresentata dalle ore, la barra più corta presenta i minuti in verde e la parte restante mostra le ore in rosso. Per rendere l'orologio più leggibile nei casi in cui le barre sono corte, ho aggiunto un indicatore delle ore utilizzando il LED rosso. Se i minuti diventano più grandi delle ore, le barre si scambiano, cioè tutti i minuti precedenti verdi diventano rossi per mostrare le ore e la parte restante mostrerà i minuti quindi infatti quasi tutto il verde diventa rosso e viceversa.

È un po' difficile spiegare come funziona, quindi guarda il video. A causa del multiplexing dei LED, sembra che i LED stiano lampeggiando nel video. Questo viene catturato solo dalla fotocamera, non dall'occhio umano.

Come sempre ho costruito questo progetto attorno al mio micro controller preferito, il PIC, usando il linguaggio di programmazione JAL ma puoi anche usare un Arduino.

Passaggio 1: i disegni

In totale ho realizzato tre diverse versioni dell'orologio prima di essere soddisfatto. Queste versioni sono state progettate come segue:

1. Utilizzo di un cristallo standard da 20 MHz per il PIC. Con questo design l'orologio era fuori sincrono 1 secondo dopo un giorno di funzionamento. Questo era troppo. Inoltre, il tempo è stato perso quando hai spento l'orologio poiché non c'era una batteria di backup nel design.
2. Utilizzando un modulo orologio DS1302. La cosa bella di questo modulo è che ha una batteria di backup in modo che il tempo non vada perso quando si spegne l'orologio. Quando ho testato l'orologio con questo modulo, l'orologio era fuori sincrono per 7 secondi! dopo un giorno. Penso che questo sia causato dal cristallo sbagliato o da un cattivo design del PCB.
3. Utilizzando un modulo orologio DS3231. Questo modulo ha anche una batteria di backup ed è più preciso del DS1302. L'orologio ha funzionato bene con questo modulo, quindi l'ho usato per il progetto finale. Per questo motivo, il PIC non aveva più bisogno di un cristallo.

Il progetto completo è redatto in tre diagrammi schematici:

1. Clock Controller utilizzando il PIC
2. Led driver utilizzando i registri di spostamento
3. 60 LED bicolore

Passaggio 2: componenti richiesti

È necessario disporre dei seguenti componenti per questo progetto:

• Un pezzo di breadboard
• Microcontrollore PIC 16F1823
• 3 registri a scorrimento 74HC595
• 1 Array di transistor Darlington ULN2803A
• Prese IC: 1 * 14 pin, 3 * 16 pin, 1 * 18 pin
• Modulo orologio DS3231
• 2 interruttori a pulsante
• Resistori: 2 * 33k, 8 * 100 Ohm, 8 * 47 Ohm
• 1 condensatore elettrolitico 100 uF/16V
• 4 condensatori 100 nF
• LED: 60 2 mm bicolore (rosso/verde), 1 5 mm giallo
• Spina jack 3 mm
• Adattatore da 5 Volt, ad esempio quello che serve per caricare uno Smartphone. Assicurati che sia un vero alimentatore da 5 Volt.
• Optional: Header per il collegamento delle parti esterne alla breadboard
• Spellafili e spelafili Kynar
• Una custodia per il tuo orologio.

Vedere i diagrammi schematici su come collegare i componenti. Richiede un po' di saldatura, soprattutto per il collegamento dei 60 LED. I diagrammi schematici sono inclusi nel file zip.

Passaggio 3: costruire l'orologio

Dai un'occhiata alle immagini su come costruisco l'orologio. Ho iniziato rimuovendo gli interni dell'orologio originale dopo di che ho praticato 60 fori da 2 mm per i LED bicolore nella piastra frontale. Poi ho verniciato di nero la placca frontale e ho aggiunto un pezzo di plastica per coprire il foro dove erano posizionate le lancette originali dell'orologio. Ora un LED giallo si trova in quella posizione.

Poi ho montato tutti i 60 LED, ho usato della colla a caldo per tenerli nella loro posizione e li ho collegati tra loro con un filo Kynar. Ultimo ma non meno importante ho assemblato la breadboard con tutti i componenti.

Sulla cover posteriore ho montato i due pulsanti e il jack di alimentazione. Dimentica la piastra extra che ho incollato sul retro come mostrato nella foto. L'ho aggiunto perché nel mio primo progetto i pulsanti si trovavano lì, ma dovevo spostarli perché dovevo aggiungere il modulo DS3231 e sono riuscito a trovare solo un punto in cui si trovavano quei pulsanti quando ho realizzato il mio primo progetto.

Passaggio 4: il software

Come già accennato, il software è scritto per un PIC16F1823 utilizzando il linguaggio di programmazione JAL. Il PIC funziona con un clock interno di 32 MHz. Come accennato in precedenza, la temporizzazione dell'orologio viene eseguita dal modulo orologio DS3231.

Il software svolge le seguenti attività principali:

• Inizializzazione del modulo DS3231 utilizzando un'interfaccia I2C. Il modulo genererà un segnale di 1 secondo che è collegato al pin di interruzione del PIC. Il PIC utilizza questo interrupt di 1 secondo per leggere l'ora dal modulo DS3231.
• Pilotaggio dei 60 LED bicolore tramite i registri a scorrimento. Nel diagramma schematico si può vedere che i LED sono collegati in una matrice 16 per 8. Ciò riduce il numero di fili necessari per collegare tutti i LED. Questo design a matrice richiede che il PIC debba multiplexare i LED in modo da poterli illuminare individualmente. Il multiplexing dei LED viene eseguito su base di interruzione in cui la frequenza di aggiornamento è di 70 Hz, quindi invisibile all'occhio umano.
• Manipolazione dei pulsanti. Questi servono per impostare l'ora, uno per impostare le ore e uno per impostare i minuti. Entrambi i pulsanti devono essere premuti per attivare la modalità di impostazione dell'ora. Quando è selezionata la modalità di impostazione dell'ora, il led giallo sarà sempre acceso. Dopo 5 secondi di non utilizzo dei pulsanti l'orologio torna al normale funzionamento a tempo e il LED giallo inizia a lampeggiare.

Guarda il secondo video su come impostare l'ora.

Il file sorgente JAL e il file Intel Hex per la programmazione del PIC sono allegati al file zip. Se sei interessato a utilizzare il microcontrollore PIC con JAL, un linguaggio di programmazione simile a Pascal, visita il sito Web JAL.

Divertiti a costruire il tuo progetto e attendo con ansia le tue reazioni.