Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanaÅ‚owym termometrem P R O J E K T Y Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanaÅ‚owym termometrem, część 1 AVT-513 Zegar wbudowany w prezento- temperatur umoÅ‚liwia 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 pozostaÅ‚ych pÅ‚ytki zegara na odlegÅ‚ośĘ 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- wpÅ‚ywa 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 miesiÄ…ca - na nym. Jest on wyposaÅ‚ony w pod- na uniwersalnośĘ i oczywistÄ… przykÅ‚ad 31 kwietnia. Å›wietlenie, co umoÅ‚liwia uzyska- przydatnośĘ, urzÄ…dzenie 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 wÅ‚Ä…czane i wyÅ‚Ä…czane, dodat- kontrolowaĘ czas rzystaniem specjalizowanych ukÅ‚a- kowo intensywnośĘ podÅ›wietlania i temperaturÍ... dÛw firmy Maxim, ktÛre przetwa- moÅ‚e byĘ regulowana elektronicz- rzajÄ… badanÄ… wartośĘ temperatury nie w dziesiÍciu krokach. Podczas na postaĘ cyfrowÄ… i w konsekwen- pracy bez podÅ›wietlania ukÅ‚ad cji - z punktu widzenia mikrokon- pobiera prÄ…d o natÍÅ‚eniu okoÅ‚o trolera - caÅ‚y pomiar wykonywany 3 mA, co umoÅ‚liwia zastosowanie jest na drodze cyfrowej. Tempe- bateryjnego podtrzymania pracy ratura moÅ‚e byĘ mierzona w za- zegara w czasie braku zasilania kresie -25...125oC z rozdzielczoÅ›ciÄ… sieciowego przy wykonywaniu 0,1oC. Taki zakres mierzonych wszystkich dostÍpnych funkcji, tak Elektronika Praktyczna 10/2003 21 Zegar ze 100-letnim kalendarzem i dwukanaÅ‚owym termometrem Rys. 1. Schemat elektryczny zegara jak przy zasilaniu gÅ‚Ûwnym (z wy- czasu z wykorzystaniem generato- cy rÛwnÄ… 32,768 kHz, co jest Å‚Ä…czeniem podÅ›wietlania). ra RC powodowaÅ‚by bardzo duÅ‚Ä… wielokrotnoÅ›ciÄ… cyfry 2 (215). rozbieÅ‚nośĘ mierzonego czasu. Znacznie uÅ‚atwia 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 poczynajÄ…c od odczytu tego celu (OSC1, OSC2), lecz woÅ›ci 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 aÅ‚ do sterowania wyÅ›wietla- dowana tym, Å‚e wyprowadzenia dwie sekundy, a odliczanie czasu czem LCD. Mikrokontroler ten te oprÛcz moÅ‚liwoÅ›ci pracy jako wykonywane byÅ‚oby bez koniecz- posiada doÅ‚Ä…czony rezonator typowe wejÅ›cia/wyjÅ›cia sÄ… jedno- noÅ›ci Å‚adowania poczÄ…tkowej 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… taktujÄ…cy mikrokontroler znajduje nik ten na swoim wejÅ›ciu posia- takÅ‚e 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- okoÅ‚o 4 MHz. StabilnośĘ tego ge- wia, Å‚e licznik TMR1 zlicza im- nia niÅ‚ Å‚adowanie licznika po- neratora jest wystarczajÄ…ca do pulsy z generatora kwarcowego, czÄ…tkowÄ… wartoÅ›ciÄ…, gdyÅ‚ 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. WyjÄ…tkiem jest precyzyjne Zastosowany rezonator kwar- rowaniu przerwania naleÅ‚y 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 dwukanaÅ‚owym 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 wystÄ…pienia kontrolera jest dośĘ nietypowe, wartoÅ›ci okoÅ‚o 7 mA. Jak wi- przerwania do zaÅ‚adowania licz- gdyÅ‚ do jednej magistrali moÅ‚na daĘ stabilizator ten pobiera wiÍ- nika wynika z faktu koniecznoÅ›ci podÅ‚Ä…czyĘ jednoczeÅ›nie nawet kil- cej prÄ…du niÅ‚ pozostaÅ‚e elementy zachowania niektÛrych rejestrÛw kadziesiÄ…t ukÅ‚adÛw serii DS, zegara. Wszystkie wartoÅ›ci prÄ…du mikrokontrolera przed obsÅ‚ugÄ… a w przedstawionym urzÄ…dzeniu dotyczÄ… pracy bez podÅ›wietlania przerwania (W, Status). W przy- kaÅ‚dy ukÅ‚ad jest podÅ‚Ä…czony do wyÅ›wietlacza 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 moÅ‚e nastÄ…piĘ w dowolnym mo- zastosowane, aby uproÅ›ciĘ proce- automatycznego przeÅ‚Ä…cznika 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 staÅ‚a i wynosi zemplarz, to konieczna byÅ‚aby W tej sytuacji dioda D2 jest w sta- 32768. Jak widaĘ, zastosowanie ponowna rejestracja. Komunikacja nie zaporowym, gdyÅ‚ na jej ka- licznika TMR1 do odmierzania mikrokontrolera z konkretnym todzie jest wyÅ‚szy potencjaÅ‚ niÅ‚ 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 pozostaÅ‚e ukÅ‚ady sÄ… ratury jest wykonywana na wy- tak, aby czas byÅ‚ odmierzany nieaktywne, gdyÅ‚ ich numer se- Å›wietlaczu 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 sygnaÅ‚ami analogowy- sposobu komunikacji, jednak nie pola odczytowego, co umoÅ‚- mi, wystÍpujÄ…cymi przy tradycyj- z uwagi na fakt, Å‚e wystÍpujÄ… liwia odczyt wyÅ›wietlanych war- nym pomiarze temperatury. UkÅ‚ad tylko dwa czujniki, zastosowane toÅ›ci nawet w zupeÅ‚nej ciemnoÅ›- DS1820 zawiera kompletny moduÅ‚ zostaÅ‚y dwie oddzielne magistrale. ci. PodÅ›wietlanie wyÅ›wietlacza pomiaru temperatury i przetwa- DziÍki temu rozbudowuje siÍ pro- jest wykonane w postaci matrycy rzania wyniku na postaĘ cyfrowÄ…. cedura komunikacji jednoprzewo- diod Å›wiecÄ…cych, co pociÄ…ga 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, gdyÅ‚ mikrokontroler ma ukÅ‚adzie jego numer seryjny jest 5 V z wyjÅ›cia stabilizatora spo- niewiele portÛw, a czujnik wyko- pomijany. wodowaÅ‚oby jego uszkodzenie, rzystuje tylko jedno wyprowadze- Zasilanie caÅ‚ego ukÅ‚adu jest gdyÅ‚ jego wydajnośĘ prÄ…dowa nie. PoniewaÅ‚ pomiar wykonywa- wykonane przy uÅ‚yciu 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- UkÅ‚ady DS1820 umoÅ‚liwiajÄ… borze prÄ…du. Jest to bardziej nia, a zastosowanie stabilizatora bezpoÅ›redni odczyt temperatury ekonomiczny ukÅ‚ad niÅ‚ popular- o wydajnoÅ›ci 1 A bez radiatora z rozdzielczoÅ›ciÄ… 0,5oC, ale udo- ny LM78L05. W czasie pracy powodowaÅ‚oby 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 prÄ…du jest szcze- diod podÅ›wietlajÄ…cych wyÅ›wietla- 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 dwukanaÅ‚owym 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 wyÅ‚Ä…cznik pod- C5: trymer 5-40pF Rys. 3. Budowa sprzÄ™towego Å›wietlania 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 Å›wietlacza. 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 mÄ™ski niczny, jednym przyciskiem. Å›wietlaniem wyÅ›wietlacza jest wy- CON3,CON4: goldpin 1x3 mÄ™ski WÅ‚Ä…czaniem podÅ›wietlania steru- konywane niezaleÅ‚nie od pracy S1...S4: mikrowÅ‚Ä…cznik h=10mm je mikrokontroler poprzez jednostki centralnej mikrokontro- X1: rezonator kwarcowy 32,768kHz wzmacniacz prÄ…dowy zrealizo- lera. Do pracy sterownika wyko- WyÅ›wietlacz 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 ograniczajÄ…cego rowymi umoÅ‚liwia wytworzenie maksymalny prÄ…d pÅ‚ynÄ…cy przez na wyjÅ›ciu RB3 przebiegu o do- diody podÅ›wietlania wynosi wolnym wypeÅ‚nieniu bez udziaÅ‚u rejestr PR2, rejestr ten okreÅ›la 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 wÅ‚Ä…czania i wyÅ‚Ä…czania przedstawiono na rys. 2. Licznik tru PR2 jest wartoÅ›ciÄ…, 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 podÅ›wietlania. podziaÅ‚u 1:1, 1:4, 1:16, na wyjÅ›ciu 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. wejÅ›cia/wyjÅ›cia jest dodatkowo waÅ‚niejszym 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 wyjÅ›ciu RB3. Po wpisaniu tych wartoÅ›ci prze- bieg na wyjÅ›ciu RB3 jest wytwa- rzany przez TMR2, bez koniecz- noÅ›ci kontrolowania przez jednos- tkÍ centralnÄ… mikrokontrolera, dziÍki temu moÅ‚e on zająĘ siÍ innymi zadaniami. Krzysztof PÅ‚awsiuk, AVT krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl Wzory pÅ‚ytek drukowanych w for- macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/pazdziernik03.htm oraz na pÅ‚ycie CD-EP10/2003B w katalogu PCB. Elektronika Praktyczna 10/2003 24