Relógio analógico digital: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A razão para fazer este relógio foi porque o meu relógio IKEA original já não funcionava e gostei muito da caixa deste relógio. Achei um desperdício jogar fora o relógio e decidi reutilizá-lo para um relógio analógico / digital.

Eu poderia ter feito um relógio padrão, mas decidi fazer algo diferente. Como qualquer outro relógio, ele mostra a hora, mas não de forma padrão. Usando 60 LEDs bicolores vermelho / verde, o relógio mostra a hora. Os LEDs vermelhos são usados para mostrar as horas e os LEDs verdes mostram os minutos. Os segundos são indicados por um LED amarelo (vermelho + verde) e por um LED amarelo piscando no centro do relógio.

Requer alguma prática saber ler o relógio. Uma vez que os LEDs são usados para mostrar as horas e os minutos, é necessária uma forma especial de apresentar as horas. O tempo é mostrado como uma barra de LEDs, onde a barra mais longa mostra as horas ou os minutos. Se a barra mais longa é apresentada pelas horas, então a barra mais curta apresenta os minutos em verde e a parte restante mostra as horas em vermelho. Para tornar o relógio mais legível nos casos em que as barras são curtas, adicionei um indicador de hora usando o LED vermelho. Se os minutos se tornarem maiores do que as horas, as barras trocam, ou seja, todos os minutos verdes anteriores tornam-se vermelhos para mostrar as horas e a parte restante irá mostrar os minutos, então na verdade quase todos os verdes tornam-se vermelhos e vice-versa.

É um pouco difícil explicar como funciona, então assista ao vídeo. Devido à multiplexação dos LEDs, parece que os LEDs estão piscando no vídeo. Isso só é capturado pela câmera, não pelo olho humano.

Como sempre, construí este projeto em torno do meu microcontrolador favorito, o PIC, usando a linguagem de programação JAL, mas você também pode usar um Arduino.

Etapa 1: os designs

No total, fiz três versões diferentes do relógio antes de ficar satisfeito. Essas versões foram projetadas da seguinte forma:

1. Usando um cristal padrão de 20 MHz para o PIC. Com este design, o relógio estava fora de sincronia 1 segundo após um dia de operação. Isso era demais. Além disso, o tempo foi perdido quando você desligou o relógio, pois não havia bateria de reserva no design.
2. Usando um módulo de relógio DS1302. O bom deste módulo é que ele tem uma bateria de backup para que a hora não seja perdida quando você desligar o relógio. Quando testei o relógio com este módulo, ele estava fora de sincronia por 7 segundos! depois de um dia. Acho que isso é causado pelo cristal errado ou por um projeto de PCB ruim.
3. Usando um módulo de relógio DS3231. Este módulo também possui uma bateria de backup e é mais preciso do que o DS1302. O relógio funcionou bem com este módulo, então usei-o para o design final. Por causa disso, o PIC não precisava mais de um cristal.

O projeto completo é elaborado em três diagramas esquemáticos:

1. Controlador de relógio usando o PIC
2. Motorista conduzido usando registros de deslocamento
3. 60 LEDs bicolores

Etapa 2: componentes necessários

Você precisa ter os seguintes componentes para este projeto:

• Um pedaço de placa de ensaio
• Microcontrolador PIC 16F1823
• 3 registro de deslocamento 74HC595
• 1 Matriz de transistor Darlington ULN2803A
• Soquetes IC: 1 * 14 pinos, 3 * 16 pinos, 1 * 18 pinos
• Módulo de relógio DS3231
• 2 interruptores de botão
• Resistores: 2 * 33k, 8 * 100 Ohm, 8 * 47 Ohm
• 1 capacitor eletrolítico 100 uF / 16V
• 4 capacitores 100 nF
• LEDs: 60 2 mm bicolores (vermelho / verde), 1 5 mm amarelo
• Plugue Jack 3 mm
• Adaptador de 5 volts, por exemplo aquele que é usado para carregar um smartphone. Certifique-se de que é uma verdadeira fonte de alimentação de 5 volts.
• Opcional: cabeçalhos para conectar as partes externas à placa de ensaio
• Fio Kynar e descascador de fios
• Uma caixa para o seu relógio.

Veja os diagramas esquemáticos sobre como conectar os componentes. Requer bastante solda, especialmente para conectar os 60 LEDs. Os diagramas esquemáticos estão incluídos no arquivo zip.

Etapa 3: construindo o relógio

Dê uma olhada nas fotos de como eu construo o relógio. Comecei removendo a parte interna do relógio original e depois fiz 60 orifícios de 2 mm para os LEDs bicolores na placa frontal. Em seguida, pintei a placa frontal de preto e adicionei um pedaço de plástico para cobrir o orifício onde os ponteiros originais do relógio estavam posicionados. Agora, um LED amarelo está localizado nessa posição.

Então montei todos os 60 LEDs, usei um pouco de cola quente para mantê-los em seus locais e os conectei com fio Kynar uns aos outros. Por último, mas não menos importante, montei a placa de ensaio com todos os componentes.

Na capa traseira montei os dois botões e o conector de força. Esqueça a placa extra que colei nas costas como mostra a foto. Eu adicionei isso porque em meu primeiro projeto os botões de pressão estavam localizados lá, mas eu precisava movê-los porque tive que adicionar o módulo DS3231 e só consegui encontrar um local onde esses botões estavam quando fiz meu primeiro projeto.

Etapa 4: o software

Como já mencionado, o software foi escrito para um PIC16F1823 usando a linguagem de programação JAL. O PIC funciona com um clock interno de 32 MHz. Conforme mencionado anteriormente, a temporização do relógio é feita pelo módulo de relógio DS3231.

O software executa as seguintes tarefas principais:

• Inicializando o módulo DS3231 usando uma interface I2C. O módulo irá gerar um sinal de 1 segundo que é conectado ao pino de interrupção do PIC. O PIC usa esta interrupção de 1 segundo para ler a hora do módulo DS3231.
• Acionando os 60 LEDs bicolores por meio dos registradores de deslocamento. No diagrama esquemático pode-se observar que os LEDs estão conectados em uma matriz de 16 por 8. Isso reduz o número de fios necessários para conectar todos os LEDs. Este projeto de matriz requer que o PIC precise multiplexar os LEDs para poder acendê-los individualmente. A multiplexação dos LEDs é feita em uma base de interrupção, onde a frequência de atualização é de 70 Hz, tão invisível ao olho humano.
• Manuseio dos botões. Estes são usados para acertar a hora, um para acertar as horas e outro para acertar os minutos. Ambos os botões precisam ser pressionados para ativar o modo de configuração da hora. Quando o modo de configuração de tempo é selecionado, o led amarelo ficará continuamente aceso. Após 5 segundos sem usar os botões de pressão, o relógio retorna ao horário normal de operação e o LED amarelo começa a piscar.

Veja o segundo vídeo sobre como acertar a hora.

O arquivo fonte JAL e o arquivo Intel Hex para programar o PIC estão anexados ao arquivo zip. Se você estiver interessado em usar o microcontrolador PIC com JAL - uma linguagem de programação semelhante ao Pascal - visite o site da JAL.

Divirta-se construindo seu próprio projeto e aguarde suas reações.