Простые бинарные часы

В преддверии дня рождения друга встал вопрос о выборе подарка. Друг – любитель разных необычный электронных устройств, изделий ручной работы. Променад по магазинам результатов не принес: гаджеты неприятно удивляли либо банальностью, либо дороговизной. Уже отчаявшись что-либо найти, бросил взгляд на виджет бинарных часов Sony. И тут я поймал себя на мысли: «Ты же электронщик со стажем, и руки из того места растут!» Сделай своими руками бинарные часы, будет лучшим подарком! Именно так родилась идея изготовить нижеописанный девайс.

Бинарные часы предназначены для представления времени в двоично-десятичном формате, то есть часы, минуты и секунды разбиваются по десятичным разрядам и представляются в двоичном виде (см. рис. ниже)

К будущим часам на этапе создания сразу были предъявлены следующие требования:

• сравнительно небольшие габариты как платы, так и устройства в целом;
• использование максимально доступных компонентов;
• презентабельный внешний вид корпуса.

В результате была создана следующая схема:

В качестве МК используется, быть может, несколько устаревший, но не менее популярный ATmega8A-AU. В качестве микросхемы часов реального времени - доступная DS1307. Также параллельно линиям питания вблизи МК и на входе питания установлены неполярный конденсаторы 100 нФ и полярный (танталовый) на 47 мкФ. Все резисторы и конденсаторы - в SMD-корпусах типоразмера 0805. Из выводных компонентов - лишь светодиоды, колодка для батарейки и кнопки настройки. Кнопки - любые без фиксации; для корпусного варианта подойдут кнопки с длинными "пимпочками", например такие:

Резисторы R1..R6, R14..R18 могут варьироваться в достаточно широких пределах. Габариты светодиодов значения не имеют, однако корпус и плата рассчитаны на 5 мм круглые светодиоды. "Reserved port" - вывод на плате, который предусмотрен на плате для потенциального расширения функционала часов, например, добавления динамика.

Ниже представлена печатная плата устройства:

Так как число различных связей между светодиодами и МК достаточно велико, а большое число "висячих" перемычек делать не хотелось, устройство реализовано на двусторонней ПП. Толщина стеклотекстолита - 1,5 мм, габаритные размеры платы - 80 х 50 мм. Плата с органами управления (пятью кнопками) выполнена отдельно и будет представлена ниже. На плате дополнительно находятся (не указаны в схеме): разъем для подключения питания + программатора; дополнительный отверстия для подключения проводом питания; резистор в цепи сброса; пятачки для конденсаторов в цепи часового кварца (про них будет сказано ниже).

Плата изготовлена на фрезерном станке с ЧПУ, что позволило получить практически заводское качество. Фото собранной платы представлено ниже:

Так как прозрачные светодиоды обладают слишком высокой яркостью, их поверхность пришлось обработать грубой тканью типа "скотч-брайт" для придания матовости, что позволило получить более тусклый и рассеянный свет.

Плата с органами управления соединяется основной при помощи семипроводного шлейфа (2 - питание, 5 - кнопки); размер - 68 х 22 мм.

После сборки платы и прошивки МК осталось выполнить последний пункт - создать красивый корпус для устройства. Ввиду наличия фрезерного станка с ЧПУ, было принято решение вырезать стенки из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и соединить их между собой при помощи пайки; переднюю панель - из алюминия толщиной примерно 1 мм. Общая длина корпуса - 104 мм, высота (с ножками и кнопками) - 77 мм, толщина - 25 мм. Разметка корпуса со всеми отверстиями находится в одном файле с печатной платой. Боковые, верхняя и нижняя стенки соединены друг с другом при помощи латунных стоек под винт М3:

Естественно, предварительно у стоек была удалена винтовая часть. Разные стадии результата сборки представлены ниже (последнее фото было сделано уже после окончательной сборки, поэтому явно видны следы краски):

Плата с кнопками крепится к верхней панели на две стойки (с одной стороны такой стойки - гладкая поверхность, с другой - винт М3) при помощи гаек, для этого на плате предусмотрены отверстия. Высота стоек компенсирует высоту кнопок, поэтому над корпусом последние возвышаются незначительно:

Лицевая сторона передней панели была обработана мелкозернистой наждачкой, затем пастой ГОИ. Обратная сторона, наоборот, обработана грубой наждачкой для крепления к боковым стенкам через 5 мм деревянные бруски при помощи эпоксидной смолы. В задней стенке предусмотрен micro-USB разъем для подачи питания, а также отверстие для потенциального динамика; крышка крепится на вышеупомянутые латунные шестигранники при помощи четырех винтов М3 х 15 мм.

Торцевые и задняя стенка была окрашены автомобильной краской из баллончика.

На нижней панели предусмотрены отверстия для крепления ножек, однако потом было решено использовать резиновые ножки, закрепленные на суперклей.

Собранный корпус получился достаточно прочным, неоднократные случайные падения не нарушили целостность конструкции. Основная плата крепится к стенкам корпуса за счет олова и латунных стоек. Такое решение было принято в связи с тем, что батарейка и разъем для программирования становятся доступными путем снятия задней крышки; то есть, снятие платы не имеет смысла.

Фото устройства в работе показано ниже:

Правильное собранное устройство в наладке не нуждается и начинает работать сразу. Настройка времени осуществляется следующим образом:

• примерно на 2,5 с необходимо зажать кнопку "0"SEC/SET (находится над секундами). После этого счетчик секунд сбросится в ноль, часы остановят ход;
• затем при помощи кнопок настройки времени необходимо установить нужное время;
• затем нажать кнопку "0"SEC на 2,5 с; часы возобновят свой ход с обновленным временем.

Собранное устройство было успешно подарено другу и служит уже более года, замечаний по работе и неполадок выявлено не было.

В заключении хочется описать следующую проблему (для опытных радиолюбителей). Не всегда часовые кварцы бывают надлежащего качества. Может получиться так, что частота вашего кварца отличается от заявленной на несколько герц. Результатом такого отклонения является плохая точность хода: так, отклонение от «эталонной» частоты на 2 герца приводит к отставанию в 5,27 секунд в сутки, или две с половиной минуты в месяц.
Частоту часового кварца можно подстроить, путем установки последовательно или параллельно кварцу конденсатора емкостью в несколько пикофарад. Таким образом, автору удалось снизить разницу частот до 0,1Гц, что приводит к гораздо меньшей погрешности – 7 секунд в месяц.

Вопросы, критику, пожелания и предложения с удовольствием выслушаю в комментариях.

P.S. Файлы с прошивкой и исходным кодом, конфигурация FUSE-бит и проект в Proteus находятся в архиве.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout
• Proteus
• AVR
• Часы
• Микроконтроллер