Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanałowym termometrem
P R O J E K T Y
Zegar ze 100-letnim
kalendarzem
i dwukanałowym
termometrem, część 1
AVT-513
Zegar wbudowany w prezento- temperatur umołliwia pomiar za-
Prezentowane w artykule
wane urzÄ…dzenie ma 100-letni rÛwno w pomieszczeniach, jak
urzÄ…dzenie jest kolejnym
kalendarz uwzglÍdniajÄ…cy lata rÛwnieÅ‚ na zewnÄ…trz budynkÛw.
naszym pomysÅ‚em ìdla
przestÍpne. Liczba dni miesiÄ…ca Dla obydwu mierzonych tempera-
domuî, uÅ‚atwiajÄ…cym
jest automatycznie korygowana tur zapamiÍtywana jest maksymal-
codzienne funkcjonowanie. Bo
w zaleÅ‚noÅ›ci od bieÅ‚Ä…cego miesiÄ…- na i minimalna wartośĘ, ktÛra
ktÛÅ‚ nie jest uzaleÅ‚niony od
ca oraz roku. Rok przestÍpny wystÄ…piÅ‚a od momentu kasowania
biegnÄ…cego czasu,
wystÍpuje co cztery lata i charak- tego wskaünika. Czujniki tempe-
wymagajÄ…cego nieustannej
teryzuje siÍ tym, Å‚e luty w tym ratury mogÄ… byĘ oddalone od
kontroli, i temperatury, ktÛra
roku ma 29 dni, a w pozostałych płytki zegara na odległośĘ do 30
w skrajnych przypadkach
latach 28. W czasie ustawiania metrÛw, co umoÅ‚liwia niemalÅ‚e
zdecydowanie negatywnie daty kontrolowana jest maksymal- dowolne ich rozmieszczenie.
na liczba dni wystÍpujÄ…ca w da- Prezentacja czasu i temperatu-
wpływa na samopoczucie
nym miesiÄ…cu i roku, dziÍki cze- ry odbywa siÍ na dwuwierszo-
wiÍkszoÅ›ci z nas?
mu nie moÅ‚na wprowadziĘ bÅ‚Íd- wym wyÅ›wietlaczu alfanumerycz-
Rekomendacje: ze wzglÍdu
nej liczby dni miesiąca - na nym. Jest on wyposałony w pod-
na uniwersalnośĘ i oczywistą
przykład 31 kwietnia. świetlenie, co umołliwia uzyska-
przydatnośĘ, urządzenie
Dodatkowo zegar posiada wbu- nie dobrej widocznośĘ nawet
opisane w artykule polecamy
dowanÄ… funkcjÍ pomiaru tempe- w ciemnych pomieszczeniach.
wszystkim Czytelnikom
ratury z dwÛch czujnikÛw. Tem- PodÅ›wietlanie wyÅ›wietlacza moÅ‚e
lubiÄ…cym skutecznie
peratura jest mierzona z wyko- byĘ włączane i wyłączane, dodat-
kontrolowaĘ czas
rzystaniem specjalizowanych ukła- kowo intensywnośĘ podświetlania
i temperaturÍ...
dÛw firmy Maxim, ktÛre przetwa- moÅ‚e byĘ regulowana elektronicz-
rzajÄ… badanÄ… wartośĘ temperatury nie w dziesiÍciu krokach. Podczas
na postaĘ cyfrową i w konsekwen- pracy bez podświetlania układ
cji - z punktu widzenia mikrokon- pobiera prÄ…d o natÍÅ‚eniu okoÅ‚o
trolera - cały pomiar wykonywany 3 mA, co umołliwia zastosowanie
jest na drodze cyfrowej. Tempe- bateryjnego podtrzymania pracy
ratura mołe byĘ mierzona w za- zegara w czasie braku zasilania
kresie -25...125oC z rozdzielczością sieciowego przy wykonywaniu
0,1oC. Taki zakres mierzonych wszystkich dostÍpnych funkcji, tak
Elektronika Praktyczna 10/2003
21
Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanałowym termometrem
Rys. 1. Schemat elektryczny zegara
jak przy zasilaniu gÅ‚Ûwnym (z wy- czasu z wykorzystaniem generato- cy rÛwnÄ… 32,768 kHz, co jest
łączeniem podświetlania). ra RC powodowałby bardzo dułą wielokrotnością cyfry 2 (215).
rozbiełnośĘ mierzonego czasu. Znacznie ułatwia to uzyskanie
Budowa i zasada Aby zapewniĘ wysokostabilne czÍstotliwoÅ›ci 1 Hz, bÍdÄ…cej od-
dziaÅ‚ania ürÛdÅ‚o sygnaÅ‚u zegarowego, zasto- powiednikiem jednej sekundy.
Schemat elektryczny zegara sowano rezonator kwarcowy X1 Licznik TMR1 ma pojemnośĘ 16
przedstawiono na rys. 1. ìSer- o czÍstotliwoÅ›ci pracy rÛwnej bitÛw, co odpowiada maksymal-
cemî urzÄ…dzenia jest niewielki 32,768 kHz. Rezonator ten nie nej liczbie zliczonych impulsÛw
mikrokontroler typu PIC16F628. jest doÅ‚Ä…czony do standardowych rÛwnej 65535. WartośĘ ta jest
UkÅ‚ad ten steruje wszystkimi pro- wyprowadzeÒ przewidzianych do dwukrotnie wiÍksza od czÍstotli-
cesami poczynając od odczytu tego celu (OSC1, OSC2), lecz wości rezonatora i gdyby licznik
temperatury z czujnikÛw tempe- wyprowadzeÒ portu RB (RB7 pracowaÅ‚ z peÅ‚nÄ… pojemnoÅ›ciÄ…,
ratury, poprzez obsÅ‚ugÍ klawiatu- i RB6). Sytuacja taka jest spowo- przepeÅ‚nienie nastÍpowaÅ‚oby co
ry ał do sterowania wyświetla- dowana tym, łe wyprowadzenia dwie sekundy, a odliczanie czasu
czem LCD. Mikrokontroler ten te oprÛcz moÅ‚liwoÅ›ci pracy jako wykonywane byÅ‚oby bez koniecz-
posiada dołączony rezonator typowe wejścia/wyjścia są jedno- ności ładowania początkowej war-
kwarcowy, ktÛry jednak nie sÅ‚uÅ‚y czeÅ›nie wyprowadzeniami we- tośĘ licznika TMR1. W przedsta-
do jego ìnapÍdzaniaî. Generator wnÍtrznego licznika TMR1. Licz- wionym ukÅ‚adzie wyÅ›wietlane sÄ…
taktujący mikrokontroler znajduje nik ten na swoim wejściu posia- takłe sekundy, dlatego trzeba
siÍ w jego wnÍtrzu, dlatego nie da generator, ktÛry moÅ‚e wspÛÅ‚- zmniejszyĘ pojemnośĘ licznika
jest konieczne stosowanie dodat- pracowaĘ z zewnÍtrznym rezona- o poÅ‚owÍ. Zmniejszenie to jest
kowego zewnÍtrznego rezonatora torem kwarcowym i sÅ‚uÅ‚yĘ jako wykonywane przez dodanie licz-
kwarcowego. WewnÍtrzny genera- ürÛdÅ‚o sygnaÅ‚u zegarowego powo- by 32768 po kaÅ‚dym przepeÅ‚nie-
tor jest generatorem typu RC dujÄ…ce zwiÍkszanie stanu liczni- niu licznika. Takie rozwiÄ…zanie
i dostarcza czÍstotliwoÅ›ci rÛwnej ka TMR1. Takie rozwiÄ…zanie spra- jest wygodniejsze do zastosowa-
około 4 MHz. StabilnośĘ tego ge- wia, łe licznik TMR1 zlicza im- nia nił ładowanie licznika po-
neratora jest wystarczająca do pulsy z generatora kwarcowego, czątkową wartością, gdył w dru-
wykonywania niemal wszystkich ktÛry jest niezaleÅ‚ny od gÅ‚Ûwne- gim przypadku po wystÄ…pieniu
zadaÒ, jakie wykonuje mikrokon- go generatora mikrokontrolera. przepeÅ‚nienia licznika i wygene-
troler. Wyjątkiem jest precyzyjne Zastosowany rezonator kwar- rowaniu przerwania naleły poli-
odmierzanie czasu, gdyÅ‚ pomiar cowy posiada czÍstotliwoÅ›ci pra- czyĘ liczbÍ cykli wykonanych od
Elektronika Praktyczna 10/2003
22
Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanałowym termometrem
momentu wystÄ…pienia przerwania rach ukÅ‚adu DS1820, operacje te dzinnÄ… pracÍ zegara zasilanego
do momentu Å‚adowania licznika sÄ… wykonywane przez mikrokon- bateryjnie. W przypadku zastoso-
i uwzglÍdniĘ tÍ liczbÍ, Å‚adujÄ…c troler. PodÅ‚Ä…czenie obydwu czuj- wania jako stabilizatora ukÅ‚adu
poczÄ…tkowÄ… wartośĘ do licznika. nikÛw do wyprowadzeÒ mikro- LM78L05 pobÛr prÄ…du wzrasta do
Czas od momentu wystąpienia kontrolera jest dośĘ nietypowe, wartości około 7 mA. Jak wi-
przerwania do zaÅ‚adowania licz- gdyÅ‚ do jednej magistrali moÅ‚na daĘ stabilizator ten pobiera wiÍ-
nika wynika z faktu konieczności podłączyĘ jednocześnie nawet kil- cej prądu nił pozostałe elementy
zachowania niektÛrych rejestrÛw kadziesiÄ…t ukÅ‚adÛw serii DS, zegara. Wszystkie wartoÅ›ci prÄ…du
mikrokontrolera przed obsługą a w przedstawionym urządzeniu dotyczą pracy bez podświetlania
przerwania (W, Status). W przy- kałdy układ jest podłączony do wyświetlacza LCD. Kondensatory
padku dodawania liczby do licz- innego wyprowadzenia mikrokon- C1...C3 wygÅ‚adzajÄ… napiÍcie zasi-
nika, skorygowanie jego wartoÅ›ci trolera. Takie podÅ‚Ä…czenie zostaÅ‚o lania. Diody D1 i D2 peÅ‚niÄ… rolÍ
mołe nastąpiĘ w dowolnym mo- zastosowane, aby uprościĘ proce- automatycznego przełącznika po-
mencie, przed zliczeniem 32768 durÍ uruchamiania zegara. PodÅ‚Ä…- miÍdzy zasilaniem gÅ‚Ûwnym i ba-
impulsÛw, co odpowiada jednej czenie kilku ukÅ‚adÛw DS1820 do teryjnym. W czasie pracy przy
sekundzie. Ponadto nie ma zna- jednej magistrali wymaga odczy- zasilaniu gÅ‚Ûwnym na zÅ‚Ä…czu
czenia, ile czasu minÍÅ‚o od przy- tania numeru seryjnego kaÅ‚dego CON1 panuje napiÍcie o wartoÅ›ci
jÍcia przerwania do korekcji licz- z nich. JeÅ›li po rejestracji czujnik okoÅ‚o 12 V, a na zÅ‚Ä…czu CON2
nika na dodawanÄ… wartośĘ, gdyÅ‚ zostaÅ‚by wymieniony na inny eg- napiÍcie o wartoÅ›ci okoÅ‚o 9 V.
zawsze jest ona stała i wynosi zemplarz, to konieczna byłaby W tej sytuacji dioda D2 jest w sta-
32768. Jak widaĘ, zastosowanie ponowna rejestracja. Komunikacja nie zaporowym, gdył na jej ka-
licznika TMR1 do odmierzania mikrokontrolera z konkretnym todzie jest wyłszy potencjał nił
czasu jest bardzo wygodne, ukÅ‚adem doÅ‚Ä…czonym do magist- na anodzie wywoÅ‚any napiÍciem
a przerwania nie zaburzajÄ… zbyt- rali polega na wysÅ‚aniu na ma- zasilania gÅ‚Ûwnego; jeÅ›li zasilanie
nio pracy mikrokontrolera, gdyÅ‚ gistralÍ numeru seryjnego kon- gÅ‚Ûwne zostanie odÅ‚Ä…czone, to
wystÍpujÄ… co sekundÍ. Do korek- kretnego ukÅ‚adu i jeÅ›li taki bÍdzie dioda D2 zacznie przewodziĘ
cji generowanej czÍstotliwoÅ›ci za- zastosowany, to zostanie przepro- i ukÅ‚ad bÍdzie zasilany z baterii.
stosowano trymer C5, ktÛry po- wadzona z nim wymiana danych. Prezentacja czasu oraz tempe-
zwala na dostrojenie generatora W tym czasie pozostałe układy są ratury jest wykonywana na wy-
tak, aby czas był odmierzany nieaktywne, gdył ich numer se- świetlaczu alfanumerycznym o or-
z jak najwiÍkszÄ… dokÅ‚adnoÅ›ciÄ…. ryjny jest inny od podanego. Taki ganizacji 2x20, co umoÅ‚liwia wy-
Pomiar temperatury jest wyko- sposÛb komunikacji jest stosowa- Å›wietlanie wszystkich paramet-
nywany przez czujniki temperatu- ny w przypadku, gdy do magis- rÛw zarÛwno w czasie normalnej
ry typu DS1820. Zastosowanie trali jest doÅ‚Ä…czony wiÍcej niÅ‚ pracy, jak i w czasie ustawiania
tych ukÅ‚adÛw caÅ‚kowicie uwalnia jeden ukÅ‚ad. W przedstawionym parametrÛw. Zastosowany
mikrokontroler od jakiegokolwiek zegarze rÛwnieÅ‚ moÅ‚na uÅ‚yĘ tego wyÅ›wietlacz posiada podÅ›wietla-
kontaktu z sygnałami analogowy- sposobu komunikacji, jednak nie pola odczytowego, co umoł-
mi, wystÍpujÄ…cymi przy tradycyj- z uwagi na fakt, Å‚e wystÍpujÄ… liwia odczyt wyÅ›wietlanych war-
nym pomiarze temperatury. Układ tylko dwa czujniki, zastosowane tości nawet w zupełnej ciemnoś-
DS1820 zawiera kompletny moduł zostały dwie oddzielne magistrale. ci. Podświetlanie wyświetlacza
pomiaru temperatury i przetwa- DziÍki temu rozbudowuje siÍ pro- jest wykonane w postaci matrycy
rzania wyniku na postaĘ cyfrową. cedura komunikacji jednoprzewo- diod świecących, co pociąga za
Komunikacja ukÅ‚adu DS1820 dowej, ale nie ma koniecznoÅ›ci sobÄ… duÅ‚y pobÛr prÄ…du w czasie
z ukÅ‚adem nadrzÍdnym odbywa rejestrowania doÅ‚Ä…czonych ukÅ‚a- podÅ›wietlania (okoÅ‚o 130 mA).
siÍ przy pomocy jednoprzewodo- dÛw DS1820, gdyÅ‚ przy doÅ‚Ä…czo- Wykorzystanie do zasilania pod-
wej magistrali, co jest bardzo nym do magistrali tylko jednym Å›wietlania wyÅ›wietlacza napiÍcia
korzystne, gdył mikrokontroler ma układzie jego numer seryjny jest 5 V z wyjścia stabilizatora spo-
niewiele portÛw, a czujnik wyko- pomijany. wodowaÅ‚oby jego uszkodzenie,
rzystuje tylko jedno wyprowadze- Zasilanie całego układu jest gdył jego wydajnośĘ prądowa
nie. Poniewał pomiar wykonywa- wykonane przy ułyciu stabiliza- wynosi 100 mA. Zastosowanie
ny jest w dwÛch miejscach, na- tora typu LM2931, stabilizator stabilizatora o wiÍkszej wydajnoÅ›-
leÅ‚aÅ‚o zastosowaĘ dwa identyczne ten dostarcza stabilizowanego na- ci prÄ…dowej niepotrzebnie zwiÍk-
czujniki. piÍcia 5 V przy niewielkim po- szyÅ‚oby gabaryty caÅ‚ego urzÄ…dze-
Układy DS1820 umołliwiają borze prądu. Jest to bardziej nia, a zastosowanie stabilizatora
bezpośredni odczyt temperatury ekonomiczny układ nił popular- o wydajności 1 A bez radiatora
z rozdzielczością 0,5oC, ale udo- ny LM78L05. W czasie pracy powodowałoby wydzielanie
stÍpniajÄ… dodatkowe rejestry wy- ukÅ‚ad LM2931 pobiera prÄ…d o na- siÍ duÅ‚ej iloÅ›ci ciepÅ‚a. Optymal-
korzystywane podczas procedury tÍÅ‚eniu okoÅ‚o 400 µA. Ogranicze- nym rozwiÄ…zaniem jest zasilanie
pomiaru temperatury i na tej pod- nie pobieranego prądu jest szcze- diod podświetlających wyświetla-
stawie rozdzielczośĘ pomiaru moÅ‚- gÛlnie istotne w przypadku braku cza napiÍciem pobieranym przed
na zwiÍkszyĘ do 0,1oC. ZwiÍksze- zasilania gÅ‚Ûwnego. W takim wy- stabilizatorem. Takie rozwiÄ…zanie
nie rozdzielczoÅ›ci pomiarÛw wy- padku ostateczny prÄ…d pobierany zastosowano w ukÅ‚adzie zegara,
konuje siÍ przez odpowiednie przez caÅ‚y ukÅ‚ad wynosi okoÅ‚o prÄ…d zasilajÄ…cy diody jest pobie-
operacje matematyczne na rejest- 3 mA, co pozwala na wielogo- rany z gÅ‚Ûwnego napiÍcia zasila-
Elektronika Praktyczna 10/2003
23
Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanałowym termometrem
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R2: 2,2k&!
R3: 68&!
R4: 10k&!
R5: 1k&!
PR1: potencjometr montażowy
10k&!
Kondensatory
Rys. 2. Budowa licznika TMR2
C1, C2: 47µF/16V
C3: 100nF
nia, przez co dodatkowo uzyska-
C4: 30pF
no automatyczny wyłącznik pod-
C5: trymer 5-40pF
Rys. 3. Budowa sprzętowego
świetlania w przypadku braku za-
Półprzewodniki
generatora PWM
silania gÅ‚Ûwnego. W czasie zasi-
D1, D2: 1N4007
lania bateryjnego dioda D1 nie
T1: BC547B
pozwala na przedostawanie rownika PWM (modulacja szero-
US1: PIC16F628 zaprogramowany
siÍ prÄ…du do podÅ›wietlania wy- koÅ›ci impulsu), dziÍki temu moÅ‚-
US2: LM2931
świetlacza. W czasie pracy przy liwe jest elektroniczne ustawienie
US3, US4: DS1820
zasilaniu gÅ‚Ûwnym podÅ›wietlanie intensywnoÅ›ci podÅ›wietlania wy-
Różne
wyÅ›wietlacza moÅ‚e byĘ wÅ‚Ä…czane Å›wietlacza. SprzÍtowy sterownik
CON1: ARK2(3,5mm)
lub wyÅ‚Ä…czane w sposÛb elektro- PWM sprawia, Å‚e sterowanie pod-
CON2: goldpin 1x2 męski
niczny, jednym przyciskiem. świetlaniem wyświetlacza jest wy-
CON3,CON4: goldpin 1x3 męski
Włączaniem podświetlania steru- konywane niezalełnie od pracy
S1...S4: mikrowłącznik h=10mm
je mikrokontroler poprzez jednostki centralnej mikrokontro-
X1: rezonator kwarcowy 32,768kHz
wzmacniacz prÄ…dowy zrealizo- lera. Do pracy sterownika wyko-
Wyświetlacz 2x20 (np. GDM2002D)
wany przy pomocy tranzystora rzystywany jest licznik TMR2,
T1. Przy zastosowanej wartoÅ›ci ktÛry wraz z komparatorami cyf- Podstawka DIP18
rezystora R3 ograniczającego rowymi umołliwia wytworzenie
maksymalny prąd płynący przez na wyjściu RB3 przebiegu o do-
diody podświetlania wynosi wolnym wypełnieniu bez udziału rejestr PR2, rejestr ten określa
okoÅ‚o 130 mA przy napiÍciu za- jednostki centralnej mikrokontro- maksymalnÄ… pojemnośĘ licznika
silania 11,5 V. OprÛcz elektro- lera. BudowÍ licznika TMR2 TMR2. WartośĘ wpisana do rejes-
nicznego włączania i wyłączania przedstawiono na rys. 2. Licznik tru PR2 jest wartością, po prze-
podÅ›wietlania regulowana moÅ‚e ten wyposaÅ‚ony jest w dzielnik kroczeniu ktÛrej nastÄ…pi zerowa-
byĘ (w dziesiÍciu krokach) takÅ‚e wejÅ›ciowy (Prescaler) o stopniach nie licznika TMR2, dla modulacji
intensywnośĘ podświetlania. podziału 1:1, 1:4, 1:16, na wyjściu PWM jest to czas trwania jednego
Do sterowania podÅ›wietlaniem licznika znajduje siÍ jeszcze jeden cyklu (czas trwania 0 + czas trwa-
wyÅ›wietlacza wykorzystano wy- dzielnik (Postscaler), dziÍki ktÛ- nia 1 na wyjÅ›ciu RB3).
prowadzenie RB3 mikrokontrole- remu moÅ‚na dodatkowo podzieliĘ KonfiguracjÍ licznika TMR2
ra. Wyprowadzenie to oprÛcz fun- przebieg otrzymany z wyjÅ›cia licz- w trybie sprzÍtowego sterownika
kcji typowego wyprowadzenia nika maksymalnie przez 16. Naj- PWM przedstawiono na rys. 3.
wejścia/wyjścia jest dodatkowo wałniejszym z punktu widzenia Generowanie przebiegu o zmien-
wyjÅ›ciem sygnaÅ‚u sprzÍtowego ste- generowania przebiegu PWM jest nym wypeÅ‚nieniu sprowadza siÍ
do wpisania do rejestru PR2 cza-
su trwania jednego cyklu, a do
rejestru CCPR1L czasu trwania
stanu wysokiego na wyjściu RB3.
Po wpisaniu tych wartości prze-
bieg na wyjściu RB3 jest wytwa-
rzany przez TMR2, bez koniecz-
ności kontrolowania przez jednos-
tkÍ centralnÄ… mikrokontrolera,
dziÍki temu moÅ‚e on zająĘ siÍ
innymi zadaniami.
Krzysztof PÅ‚awsiuk, AVT
[e-mail]
Wzory płytek drukowanych w for-
macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
pod adresem: http://www.ep.com.pl/
?pdf/pazdziernik03.htm oraz na płycie
CD-EP10/2003B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 10/2003
24