Apró LED mátrix kijelző óra: 8 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Mindig is szerettem volna egy régimódi asztali órát, amely úgy néz ki, mint valami a 90-es évek filmjeiből, meglehetősen szerény funkciókkal: valós idejű óra, dátum, változó háttérvilágítás, hangjelzés és ébresztési lehetőség. Szóval, jött egy ötletem, hogy megépítsem: Digitális eszköz, mikrovezérlőn alapulva, az összes fent említett funkcióval, és USB -ről táplálva - akár PC -ről, akár bármilyen mobil USB -töltőről. Mivel programozhatóvá akartam tenni a menüket és a beállításokat, az MCU elhelyezése elkerülhetetlen volt ebben a projektben. Az ATMEGA328P IC -t (amelyből minden Arduino Uno tábla áll) az áramkör "agyának" választották (ami apropó, rengeteg volt belőlük). Egyes elektronikus alkatrészek, mint az RGB LED, a csepptöltés időmérő chip és a nyomógombok kombinációja lehetővé tette a teljes projekt megszületését-Programozható, kis méretű LED kijelző asztali óra.

Tehát, miután lefedtük a projekt lényegét, építsük fel

1. lépés: Az ötlet

Ahogy már korábban említettük, eszközünk tartalmaz néhány jó megjelenésű LED mátrix kijelzőt, színváltó RGB LED háttérvilágítást, csepptöltéses időmérő chipet, kényelmes USB tápegységet és kis méretű házat.

Írjuk le az eszköz működési tömbvázlatát részenként:

1. Tápegység:

Mivel a készülék 5 voltos egyenárammal működik, a tápegység két külön áramkörből áll:

• Micro -USB bemenet - közvetlen töltő / PC tápegységhez.
• 5V lineáris feszültségszabályozó áramkör LM7805 IC alapján.

Az LM7805 IC áramkör opcionális, kivéve, ha másfajta tápegység -bemenetet szeretne megvalósítani. Készülékünkben Micro-USB tápegységet használunk.

2. Mikrokontroller egység:

Az ATMEGA328P mikrokontroller az egész eszköz "agyaként" működik. Célja az összes perifériás áramkörrel való kommunikáció, a szükséges adatok biztosítása és a vezérlőeszköz felhasználói felületének biztosítása. Mivel a kiválasztott mikrovezérlő az ATMEGA328P, szükségünk lesz az Atmel Studio -ra és az alapvető C ismeretekre (a sémákat és a programozási szekvenciákat a további lépések ismertetik).

3. Valós idejű óra áramkör:

A készülék második legfontosabb áramköre. Célja, hogy dátum- és időadatokat biztosítson, tárolásuk szükségességével, a bemeneti tápellátástól függetlenül, azaz az időadatok valós idejű módban frissülnek. Annak érdekében, hogy az RTC komponens továbbra is képes legyen megváltoztatni az idő és dátum adatokat, 3 V-os gombelemet adnak az áramkörhöz. Az IC DS1302, működését a további lépések ismertetik.

4. Bemeneti interfész - nyomógombos kapcsolók:

A bemeneti PB kapcsolók bemeneti interfészt biztosítanak a felhasználó számára. Ezeket a kapcsolókat az MCU és a vezérlőeszköz által meghatározott program dolgozza fel.

5. LED mátrix kijelző

A készülék kijelzője két IC-be csomagolt HCMS-2902 alfanumerikus LED mátrixból áll, mindegyik IC 4 karakterből áll, 5x7 apró LED mátrixból. Ezek a kijelzők egyszerűen használhatók, 3 vezetékes kommunikációt támogatnak és kis méretűek-minden, amire szükségünk van ebben a projektben.

6. RGB háttérvilágítás:

A színváltó háttérvilágítás külső RGB LED -en alapul, amelyet az MCU -ból érkező PWM jelek vezérelnek. Ebben a projektben az RGB LED összesen 4 tűvel rendelkezik: R, G, B és közös, ahol az R, G, B színpalettát az MCU vezérli a PWM -en keresztül.

7. Zümmögő:

A zümmögő áramkört hangkimenetként használják, főleg riasztási célokra. A BJT kapcsoló elegendő áramot biztosít a zümmögő komponenshez, így a hangerő elég hangos lesz ahhoz, hogy felébresszen egy élő embert.

2. lépés: Alkatrészek és műszerek

I. Elektronika:

A. Integrált és aktív összetevők:

• 1 x ATMEGA328P - MCU
• 2 x HCMS2902 - AVAGO kijelző
• 1 x DS1302 - RTC
• 1 x 2N2222A - BJT (NPN)

B. Passzív komponensek:

• Ellenállások:

  • 5 x 10K
  • 1 x 180R
  • 2 x 100R

• Kondenzátorok:

  • 3 x 0,1uF
  • 1 x 0.47uF
  • 1 x 100uF
  • 2 x 22pF
• 1 db 4 tűs RGB LED
• 1 x hangjelző
• 1 x 32.768KHz kristály

C. Csatlakozók:

• 1 x Micro-USB csatlakozó
• 2 db 6 tűs szabványos lépcsős (100mil) csatlakozó.
• 2 x 4-pólusú szabványos pitch (100mil) csatlakozó.
• 1 db gombelemes akkumulátor tok.

D. Egyéb:

• 3 db SPST nyomógombos kapcsoló
• 1 x 3 V-os gombelem.

E. Opcionális tápegység:

• 1 x LM7805 - Lineáris szabályozó
• 2 x 0,1uF kupak
• 2 x 100uF kupak

II. Mechanikai:

• 1 x műanyag ház
• 4 x gumi tartozékok
• 1 db forrasztópálya prototípus
• 1 x MCU fejléc (mikrokontroller meghibásodása esetén)
• 2 x kicsi 8 mm -es csavar
• 2 x 8 mm -es alátét

III. Műszerek és anyagok:

• Forrasztó vezetékek
• Zsugorodó csövek
• Forrasztó konzervdoboz
• Forrasztópáka
• Vágó
• Fogó
• Csipesz
• Fúrófejek
• Kis méretű fájl
• Különféle csavarhúzók
• Féknyereg
• Multiméter
• Breadboard (opcionális)
• Micro USB kábel
• Közepes méretű fájl
• Ragasztópisztoly

• AVR ISP programozó

IV. Programozás:

• Atmel Studio 6.3 vagy 7.0.
• ProgISP vagy AVRDude
• Microsoft Excel (megjelenítő karakter létrehozásához)

3. lépés: Vázlatos leírás

Az áramkör működésének megértése érdekében a sematikus lépést hét alcsoportra osztjuk. Észre kell vennie, hogy a sematikus oldalon megadott netnevek meghatározzák a kapcsolatokat az eszköz különálló áramkörei között.

A. A fő összetevők táblája:

Amint azt korábban említettük, az összes megfelelő aláramkör, amelyet a készülék "belsejében" akarunk tartani, egyetlen vágott prototípus táblára kerül. Folytassuk az alaplapra helyezett áramkörök működésének magyarázatával:

1. Mikrokontroller áramkör:

A projektben használt MCU egy ATMEGA328P. Külső 5 V -os tápegységről működik, ebben az esetben - mikro USB csatlakozóról. Az összes megfelelő I/O csap csatlakozik a tervezési követelményeknek megfelelően. A portok I/O leképezése könnyen érthető, mivel az összes net nevét pontosan úgy határozzák meg, ahogy a programozási lépésben használni fogják. Az MCU egyszerű RC reset áramkörrel rendelkezik, amelyet a programozási sorrendben és a tápellátás inicializálásában használnak.

Az MCU döntő része a programozási áramkör. Van egy 6 tűs programozási csatlakozó - J5, győződjön meg arról, hogy a VCC, GND és RESET hálózatok közösek a külső internetszolgáltató programozó és a fő komponensek tábláján.

2. Valós idejű óraáramkör:

A következő áramkör a projekt fő perifériás része. A DS1302 egy csepptöltés időmérő IC, amely feldolgozott idő és dátum értékeket biztosít a feldolgozó egységünknek. A DS1302 a 3 vezetékes SPI kommunikációhoz hasonlóan 3 vezetékes interfészen keresztül kommunikál az MCU-val a következő vonalakon:

• RTC_SCK (kimenet): Az SDO vonalon továbbított adatok vezetését és mintavételét hajtja végre.
• RTC_SDO (I/O): Adatvezetési vonal. Bemenetként működik az MCU -ban, amikor az idő/dátum adatokat fogadja, és kimenetként, amikor adatokat továbbítanak (további magyarázatért lásd a Programozás alapvető lépéseit).
• RTC_CE: (Kimenet): Adatátvitel engedélyezési vonal. Ha az MCU beállítása HIGH, az adatok készen állnak a továbbításra/fogadásra.

A DS1302 külső 32,768 kHz -es kristályoszcillátort igényel az áramkör megfelelő működéséhez. Annak érdekében, hogy elkerüljük a nagy sodródást az áramkör -számláló rendszeren (a sodródási jelenségek elkerülhetetlenek az ilyen típusú integrált áramkörökben), két kalibráló kondenzátort kell elhelyezni minden kristálytűre (lásd az ábrák X1, C8 és C9 részét). A 22pF optimális érték volt a sok kísérlet után, amelyek során ebben a projektben időtartási intézkedéseket hajtottak végre, ezért amikor az áramkört teljesen forrasztani készül, győződjön meg arról, hogy van lehetőség arra, hogy ezeket a kondenzátorokat más értékekkel helyettesítse. De a 22pF kis méretű táblákhoz nagyon jól működött nagyon kis sodródás esetén (7 másodperc havonta).

Ennek az áramkörnek az utolsó, de nem utolsó sorban lévő eleme-a 3 V-os gombelemet a táblára kell helyezni, hogy elegendő energiát biztosítson a DS1302 IC-hez, hogy az folytathassa az időszámlálást.

4. 8 karakter LED mátrix:

Az eszközkijelzés 2 x 4 karakterből álló LED mátrix kijelző IC-n alapul, 3 vezetékes interfészen keresztül programozva, hasonlóan az RTC áramkör DS1302-hez, egyetlen különbséggel, hogy az adatszolgáltató vonal (SDI) az MCU kimenete (hacsak nem kívánja hozzáadni állapotellenőrzési képesség a kijelző áramköréhez). A kijelzők egy soros 3 vezetékes bővítményben vannak kombinálva, így mindkét IC egyetlen kijelző eszközként működik, ahol lehetőség van a kijelző összes karakter definíciójának programozására (lásd SPI sorozat kombináció). Az áramkör összes hálózati neve megegyezik az MCU megfelelő kapcsolataival - vegye figyelembe, hogy vannak közös hálózatok, amelyek kommunikációt hoznak létre a kijelzők között, és nem szükséges mindkét kijelzőegyesítési interfészt az MCU -hoz csatlakoztatni. A programozást és a karakterépítési sorrendet a további lépések határozzák meg.5. Felhasználói interfész áramkör:

A felhasználói felület két alcsoportra oszlik-Bemeneti és kimeneti rendszerek: Bemeneti rendszer: Maga az eszköz rendelkezik a felhasználó által megadott bemenettel, amely három SPST nyomógombos kapcsolóval rendelkezik, további felhúzó ellenállásokkal, annak érdekében, hogy a meghatározott logikát HIGH vagy LOW az MCU. Ezek a kapcsolók vezérlőrendszert biztosítanak a teljes programozott algoritmus számára, mivel szükség van az idő/dátum értékek beállítására, a menüvezérlésre stb.

6. Kimeneti rendszer:

A. A zümmögő áramkör mindkét állapotban hangkimenetet biztosít, a menüváltás nyugtázza a hangot és a riasztási algoritmus. Kapcsolóként NPN tranzisztorokat használnak, amelyek elegendő áramot biztosítanak a zümmögőnek, és megfelelő hangzást biztosítanak. A zümmögőt közvetlenül az MCU szoftvere vezérli. B. Az RGB LED a készülék háttérvilágításának részét képezi. Közvetlenül az MCU vezérli, négy lehetőség van a háttérvilágítás választására: PIROS, ZÖLD, KÉK, PWM vagy KI mód. Vegye figyelembe, hogy az ellenállások, amelyek sorba vannak kötve a LED R, G és B tűkkel, különböző értékekkel rendelkeznek, mivel minden szín eltérő intenzitással rendelkezik állandó áram mellett. A zöld és a kék LED -ek esetében ugyanazok a jellemzők, ha a piros erőssége valamivel nagyobb. Így a piros LED csatlakozik a nagyobb ellenállás értékhez - ebben az esetben: 180 Ohm (Lásd az RGB LED magyarázatát). Csatlakozók:

A csatlakozók az alaplapon vannak elhelyezve, hogy lehetővé tegyék a kommunikációt a külső interfész komponensek, például: kijelző, RGB LED, tápellátás és nyomógombos kapcsolók, valamint az alaplap között. Mindegyik csatlakozó különböző áramkörökhöz készült, így a készülék összeszerelésének összetettsége drámaian csökken. Amint az a rajzon látható, minden csatlakozóháló rendelése opcionális és cserélhető, ha sokkal egyszerűbbé teszi a bekötési folyamatot. Miután áttekintettük az összes sematikus fogalmat, folytassuk a következő lépéssel.

4. lépés: Forrasztás

Valószínűleg néhányunk számára ez a legnehezebb lépés az egész projektben. Annak érdekében, hogy a lehető leghamarabb megkönnyítse az eszköz működését, a forrasztási folyamatot a következő sorrendben kell befejezni:

1. MCU és programozó csatlakozó: ajánlott 28 tűs forrasztást forrasztani az MCU helyett, hogy meghibásodás esetén helyettesíteni tudja az MCU IC -t. Győződjön meg arról, hogy az eszköz programozható és bekapcsolható. Javasoljuk, hogy a tűleíró matricát helyezze a programozó csatlakozóra (lásd a harmadik képet).

2. RTC áramkör: az összes szükséges alkatrész forrasztása után győződjön meg arról, hogy a kalibráló kondenzátorok könnyen cserélhetők. Ha 3 V -os gombelemes akkumulátort szeretne használni - győződjön meg arról, hogy megfelel az eszköz burkolatának méreteinek.

3. Kijelző: Két kijelző IC-t kell forrasztani a különálló kis táblára (1. kép). Az összes szükséges háló forrasztása után elő kell készíteni a fedélzeti vezetékeket (4. kép): ezeket a huzalokat forrasztani és a kijelzőpanel oldalán kell vezetni, vegye figyelembe, hogy a huzalokra gyakorolt feszültség és mechanikai igénybevétel nem befolyásolja a kijelző táblán lévő forrasztási kötéseket.

4. Az előző lépés vezetékeire címkés matricákat kell elhelyezni - ez nagyban megkönnyíti az összeszerelést a további lépésben. Választható lépés: minden vezetékhez adjon hozzá egy-tűs csatlakozót (Arduino stílus).

5. Forrasztja hátra a csatlakozókat az alaplapon, beleértve a perifériás alkatrészeket is. Ismét ajánlott minden egyes csatlakozóhoz matricákat elhelyezni, amelyekben le van írva a tű.

6. Zümmögő áramkör: a hangjelző a készülék belsejében található, ezért forrasztani kell az alaplapra, nincs szükség az összekötő csatlakozóra.

7. RGB LED: A főtábla helyének megtakarítása érdekében a soros ellenállásokat a LED -es csapokra forrasztottam, ahol minden ellenállás megfelel a saját színének és a megfelelő MCU -tűnek (5. kép).

5. lépés: Összeszerelés

Ez a lépés határozza meg a projekt megjelenését - elektromos és mechanikus. Ha minden ajánlott megjegyzést figyelembe vesz, az összeszerelési folyamat nagyon könnyen elvégezhető. Az alábbi lépésről lépésre teljes folyamatinformációt nyújt:

A rész: Szekrény

1. Fúrjon három lyukat a nyomógomb átmérőjének megfelelően (ebben az esetben 3 mm). Fúrjon egy hangjelzővel ellátott lyukat a szekrény oldalán. Bármilyen kívánt fúrószár átmérő használható.3. Fúrjon egy kis lyukat a csiszolás alapjául az Ön által használt USB -csatlakozó (ebben az esetben a Micro USB) szerint. Ezt követően végezze el a csiszolást a kis méretű reszelővel, a csatlakozó méreteinek megfelelően. Fúrjon viszonylag nagy lyukat az őrlés alapjául. Csiszolja közepes méretű reszelővel, a kijelző méreteinek megfelelően. Győződjön meg arról, hogy a kijelző IC -k a ház külső oldalán vannak. Fúrjon közepes méretű lyukat a készülék aljára, az RGB LED átmérőjének megfelelően. B rész - Mellékletek:

1. Forrasztjon két vezetéket a három nyomógombhoz (GND és jel). Címkés matricák és egytűs csatlakozók a vezetékeken ajánlott.2. Csatlakoztasson négy előkészített vezetéket az RGB LED csapokhoz. Helyezzen címkés matricákat és zsugorcsöveket a forrasztási kötésekre.3. Csatlakoztasson négy gumi lábat a készülék aljára. C rész - Az alkatrészek csatlakoztatása:

1. Helyezze az RGB LED -et a ház aljára, és csatlakoztassa az alaplap külön csatlakozójához. Rögzítse a forró ragasztóval.2. Helyezzen el három nyomógombos kapcsolót, csatlakoztassa őket az alaplap külön csatlakozójához, és rögzítse őket forró ragasztóval. Helyezze be az USB -csatlakozót, és csatlakoztassa a programozócsatlakozó tápegységeihez (VCC és GND). Győződjön meg arról, hogy a tápvezetékek polaritása megegyezik a forrasztott alkatrészekkel. Rögzítse forró ragasztóval.4. Helyezze a kijelzőpanelt, csatlakoztassa a dedikált csatlakozóhoz. Rögzítse a forró ragasztóval. Megjegyzések:

1. Javasoljuk, hogy csavar-anya párokat adjon a főlap burkolatához és a felső burkolathoz (ahogy ez ebben az esetben látható).2. A megszakadt vezetékek meghibásodásának elkerülése érdekében rögzítse azokat a burkolaton belüli megjelenéssel.

6. lépés: Rövid programozási bevezetés

Az összes alkatrész forrasztása után ajánlatos elvégezni az eszköz első tesztelését, mielőtt az utolsó összeszerelési lépésre lépne. Az MCU kód C -ban van írva, az ATMEGA328P pedig bármely ISP programozó segítségével programozható (Különféle típusú Atmel programozó eszközök vannak: AVR MKII, AVR DRAGON stb. - Olcsó USB ISP programozót használtam az eBay -ről, amelyet a ProgISP vagy az AVRDude szoftver vezérel). A programozási környezetnek Atmel Studio 4 vagy újabb verziónak kell lennie (erősen ajánlom a szoftver legújabb verzióit). Ha külső, nem Atmel Studio rejlő programozót használ, akkor meg kell adni a.hex fájl elérési útját a programozó szoftvernek (általában a projekt hibakeresési vagy kiadási mappájában található). Győződjön meg arról, hogy az összeszerelési lépés folytatása előtt az eszköz programozható, és minden alapvető AVR dedikált projektépítési és összeállítási folyamat ATMEGA328P mikrokontrollerre épül (lásd az Atmel Studio oktatóanyagát).

7. lépés: A kód leírása

A decice code algoritmus két félig külön rétegbe van rétegezve: 1. Alapréteg: Kommunikáció a perifériás áramkörökkel, az eszközműveletek meghatározása, inicializálása és az összetevő deklarálása.2. Interfészréteg: Felhasználói eszköz interakció, menüfunkciók, óra/zümmögő/szín/ébresztés beállítása. A program sorrendjét a Kép mutatja. 1, ahol minden blokk megfelel az MCU állapotnak. A leírt program alapvető "operációs rendszerként" működik, amely interfészt biztosít a hardver és a külvilág között. A következő magyarázat a program alapvető működését írja le részenként: A rész: Core Layer:

1. MCU I/O inicializálás: Mindenekelőtt inicializálni kell a hardverkomponenseket:- Kód által használt konstansok.- Portok I/O- Interfész.- Perifériás kommunikációs nyilatkozatok.

2. Általános alapvető funkciók: Bizonyos funkciókat külön kódblokkok használnak, a szoftver által vezérelt csapok definiáló műveletei:- RTC és kijelzőpanel kommunikáció engedélyezése/letiltása.- Zümmögő hang be-/kikapcsolása.- 3 vezetékes óra fel/Clock down funkciók.- Karakter létrehozási funkciók megjelenítése.3. Perifériás inicializálás: Az I/O portok konfigurálása után létrejön az áramkörök közötti kommunikáció. Ha elkészült - az MCU megkezdi az RTC és a kijelző áramkörök inicializálását a fent definiált funkciók használatával.

4. Alapfunkciók meghatározása: Ebben a szakaszban a készülék be van állítva és készen áll a kommunikációra néhány perifériás áramkörrel. Ezek a funkciók a következőket határozzák meg:- Kapcsolóváltó vezérlés- RGB LED működés (különösen PWM)- Négyszögű hullám generátor

5. Kijelző funkciók: Nem sokat találtam az interneten az általam használt HSMS IC -kről, ezért a könyvtárát magam írtam. A megjelenítési funkciók teljes karakterkijelző funkciót biztosítanak, beleértve az ASCII karakterek és az egész számok megjelenítését. A függvények általánosított módon íródnak, így ha szükség van a megjelenítési függvények megidézésére a kód bármely részéből, könnyen használhatók, mivel működésük által általánosítják őket (Például: karakterlánc -kijelző, egy karakteres megjelenítés stb.).

6. RTC működési funkciók: Minden RTC funkció általánosítva van írva (hasonlóan a kijelző funkciókhoz) a DS1302 IC működésének megfelelően. A kód az írott könyvtáron alapul, amelyek a gitHub számos változatában elérhetők. Amint azt a végső kódban látni fogja, a kijelző és az RTC funkciókészlet a különálló.c és.h fájlokban található. B rész - Interfészréteg:

1. Fő funkció: a void main () szakaszban az összes alapvető inicializálási funkció megtalálható. Közvetlenül az összes összetevő inicializálása után az MCU végtelen ciklusba lép, ahol az eszköz működését a felhasználó vezérli.

2. Valós idejű kapcsolók, háttérvilágítás és kijelzővezérlés: Végtelen ciklusban futva az MCU frissíti az eszköz minden részét. Kiválasztja, hogy milyen adatokat jelenítsen meg, melyik gombot nyomta meg és melyik háttérvilágítási módot választotta.

3. Felhasználói menüfunkciók: Ezek a funkciók faszerű formájúak (lásd X. kép), ahol a menürendszer és a hierarchia állapotgépként van definiálva. Minden felhasználói gép által vezérelt állapotgép - nyomógomb kapcsol, így a megfelelő nyomógomb megnyomásakor az állapotgép megváltoztatja értékét. Úgy tervezték, hogy a készülékben a menüben végrehajtott bármely változtatás azonnal megváltozzon.

4. Felhasználói menüváltás: ha a felhasználói bemenet biztosított, akkor a menü állapotának módosítania kell az állapotát. Tehát ezek a funkciók felhasználófüggő vezérlést biztosítanak egy állapotgép felett. Ebben a konkrét esetben: következő, előző és OK.

8. lépés: Végső kód és hasznos fájlok

És ez az! Ebben a lépésben megtalálhatja az összes szükséges fájlt:- Elektromos kapcsolási rajzok- Teljes forráskód- Kijelző karakterkészítő Opcionális funkció: Különféle karakterek jeleníthetők meg a kijelző IC-k könyvtárában, de néhány nincs benne. Ha önállóan szeretne karaktereket építeni, adjon hozzá kis- és nagybetűs állapotot ASCII hivatkozással a Print_Character ('') függvényben (lásd display.c függvények). Remélem hasznosnak találja ezt az Instructable -t:) Köszönöm, hogy elolvasta!