Аппаратная доработка таймера на микроконтроллере PIC16F84A

Т.к. специализируюсь на изготовлении определенной категории таймеров для встраивания в сторонние конструкции, существуют определенные требования к этим таймерам, как то:

1. временной диапазон работы нагрузки (1-100 минут, например);

2. предупреждающий сигнал (20-120 секунд, например);

3. безпаузное возобновление полного цикла работы нагрузки при нажатии кнопки «старт» до окончания сигнала предупреждения;

4. отключение нагрузки по окончании сигнала предупреждения.

Все схемы, разработанные мною ранее, не имели цифровой индикации, т.к. нужды особой в ней не было. Установленного радиального шильдика на лицевую панель прибора с нанесенными метками времени вокруг штифта потенциометра, - было вполне достаточно. Выставил время, ушел и забыл до сигнала предупреждения или вовсе (по обстоятельствам).

Однако всплыли из запасников несколько PIC16F84A, приобретенных около 15 лет назад для совершенно иных не реализованных в то время идей, и необходимость использовать эти МК появилась сама собой. К тому же обнаружились запасы семисегментных светодиодных и ЖК индикаторов. Была произведена попытка поиска прошивок с таймером на МК PIC16F84A, приближенным алгоритмически к вышеописанным задачам. В результате была выбрана схема таймера автора Муравьева А. (статья опубликована в журнале «Радио» №7 2006г стр.25) с цифровой двухразрядной индикацией и установкой времени с помощью обычного потенциометра. Схема компактна, проста в повторении, прилагаемая прошивка не страдает какими-либо изъянами и полностью соответствует авторскому описанию (текст оригинальной статьи приведен на рис.1). Меня устраивает диапазон времени активности таймера (время включения нагрузки), устраивает лаконичная индикация и управление таймером, но: 1. Непродолжительный сигнал предупреждения (6 секунд); 2. Отключение нагрузки в момент срабатывания звукового сигнала. Вот эти два пункта и подлежали доработке до необходимых мне кондиций (см. выше требования к таймерам). На базе схемы таймера с применением МК были разработаны две аппаратно модифицированные схемы.

Рис.1 Образ оригинальной статьи о таймере, схема которого подверглась доработке

Одна из схем приведена на рис.2, где модификация сводится к добавлению к авторской схеме корпуса логической ИС CD4093 (U2).

Рис.2 Принципиальная схема таймера с доработками

На элементе  U2.1 выполнен обычный инвертор, «переворачивающий» положительный импульс, создаваемый фронтом на выходе RB7 U1 (вывод 13 МК) по окончании цикла обратного отсчета заданного промежутка времени (тайминга), - в импульс отрицательной полярности, необходимый для срабатывания одновибратора на элементах U2.2, U2.3. Одновибратор при срабатывании положительным импульсом с выхода элемента U2.2, время действия которого определяется цепочкой C8, R13, разрешает работу генератора на элементе U2.4, управляющего транзистором Q3, в коллекторную цепь которого включен активный спикер LS1. Частота коммутации спикера определяется цепью C10, R16, в результате чего получается прерывистый тональный сигнал. Отрицательным импульсом с выхода элемента U2.3 поддерживается открытое состояние транзистора Q1 (по окончании активного тайминга на выходе RB7 МК), чем обеспечивается безпаузное продолжение работы нагрузки (Q1-VO1-VS1) на время действия звукового сигнала. Индикация работы нагрузки представлена светодиодом HL1. Монтажное 2И на диодах VD3, VD4 и резисторе R14 предназначено для исключения ложного срабатывания одновибратора на элементах U2.2, U2.3 при нажатии кнопок «сброс» и «старт». Конденсатор С9 обеспечивает задержку срабатывания одновибратора при включении и сбросе МК, когда в результате переходных процессов, происходящих в МК на выходе RB7 появляются «паразитные» импульсы. Транзистор Q2 служит для обеспечения «безпаузности» работы нагрузки, когда при нажатии кнопки «старт» на выходе RB7 МК проскакивает короткий импульс, способный на время нагрузку обесточить.

Особенности работы таймера. После процедуры включения на дисплее обозначается время, высчитанное подпрограммой прошивки таймера по сопротивлению потенциометра PR1 и емкости конденсатора C1. После нажатия на кнопку «старт» (S2) таймер начинает обратный отсчет времени по «обнулению» которого срабатывает прерывистый сигнал звукового предупреждения. При этом на индикаторе все еще какое-то время значатся 00 (около 6 секунд). Если кнопка «старт» повторно нажата именно в этот момент, то нагрузка будет отключена. Для продолжения безпаузной работы нагрузки с полным циклом кнопку «старт» необходимо нажимать после того, как на индикаторе отобразится установленное время. Так же нагрузка в любой момент может быть отключена кнопкой «сброс» или «старт». В первом случае МК перезагрузится, во втором, - просто отключит нагрузку и вернется к установленному времени. Понятно, что нажатие на любую из кнопок отключит сигнал предупреждения и все хронирующие узлы таймера будут приведены в исходное состояние.

Таймер, модифицированный по схеме на рис.2, был воплощен в виде бытового устройства без элементов силовой коммутации с внешним видом, изображенным на рис.3. В небольшой корпус был помещен

1. обрезок макетной платы с собранной на ней схемой (рис.4),

2.«установочный» потенциометр,

3. индикатор времени,

4. индикатор активности (HL1),

5. кнопки включения, «старт», «сброс» - на всякий случай,

6. батарея из двух литиевых аккумуляторов (АБ),

7. активный спикер,

8. фиксированный по напряжению +9,1В и ограниченный по току (около 300мА) стабилизированный DC-DC-преобразователь (рис.5) с возможностью подзаряда АБ от любого источника постоянного напряжения +12…+20В. Для предотвращения саморазряда АБ через выходные цепи преобразователя, между его выходом и АБ включен диод в прямом направлении, падением напряжения на котором и объясняется выбор величины выходного напряжения преобразователя. При этом в схему таймера встроен интегральный стабилизатор 78L05, установленный между АБ и схемой. Кнопка включения установлена в разрыв между АБ и интегральным стабилизатором и обеспечивает полное отключение схемы таймера от АБ.

Для стыка таймера с внешним источником питания в нижней части корпуса было установлено гнездо (рис.6), подходящее для штекеров огромного количество ноутбучных адаптеров.

Рис.3 Внешний передней части корпуса "бытового" варианта таймера и расположение некоторых компонентов

Рис.4 Плата устройства "бытового" варианта таймера (без "силовых" компонентов)

Рис.5 Плата понижающего DC-DC-преобразователя

Рис.6 Гнездо для подключения внешнего источника питания

Рис.7 Возможный вариант размещения корпуса таймера (на магнитах)

В заднюю стенку корпуса устройства были впрессованы достаточно сильные магниты для удержания на гладкой металлической поверхности холодильника (например – рис.7). Для таймера по схеме на рис.2 были разработаны два варианта печатных плат (для выводных и SMD-компонентов), которые приведены на рис.8 и рис.9, - соответственно.

Рис.8 Вариант печатной платы таймера для выводных компонентов

Рис.9 Вариант печатной платы для SMD-компонентов

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Таймер
• DipTrace
• PIC
• Микроконтроллер