Relógio Hellschreiber: 13 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Um pequeno microcontrolador é programado para emitir uma série de tons que, quando alimentados a uma placa de som de PC e processados por um programa de analisador de espectro, exibe uma imagem da hora atual.

Etapa 1: Software Spectrum Lab

Todo o árduo trabalho de análise e exibição dos tons é realizado por um software livre, o "Spectrum Lab", escrito por um entusiasta de Rádio Amador, DL4YHF. Ele analisa o som alimentado pela placa de som e exibe o resultado como uma imagem.

O tipo de exibição usado aqui é chamado de exibição "cascata" e é definido para rolar da direita para a esquerda. Tradicionalmente, ele rola de cima para baixo e, portanto, o termo cachoeira. Este programa é usado por amadores para se comunicar no meio da Terra com frações de watt, entre outras coisas. É um programa muito eficiente e possui uma infinidade de configurações que devem ser ajustadas da maneira certa para resultar em uma boa exibição. O termo "Hellschreiber" teve origem no campo da telegrafia, há muito tempo, e significa literalmente escrever com luz. O visor mostrado na introdução é um gráfico da intensidade da frequência em relação ao tempo. O microcontrolador está programado para gerar uma série de tons, de forma que uma imagem da informação seja pintada por este programa. Este modo é definido como "Hellschreiber multi-tom sequencial" e é usado para comunicação a longas distâncias usando equipamento de transmissão relativamente simples.

Etapa 2: Tempo como uma sequência de frequências

Esta captura de tela mostra a captura do relógio enviando uma informação sequencial de segundos. Na verdade, isso é falso, já que cada conjunto de dígitos leva vários segundos para ser gerado e, portanto, os displays cobrem um intervalo de tempo maior do que os três segundos sugeridos.

O padrão de pontos visto acima da linha de dígitos é devido aos harmônicos dos tons: o microcontrolador gera tons trocando uma linha de porta para a fonte ou terra, e a onda retangular resultante tem muitos harmônicos. Como isso é alimentado diretamente para a placa de som, o display mostrará todos esses harmônicos junto com a frequência fundamental desejada. Visto que arranjar uma onda senoidal pura é difícil, a diferença entre as frequências máximas e mínimas usadas para exibição deve ser arranjada para ser menor que uma oitava. Em outras palavras, a frequência máxima deve ser menor que o dobro da frequência mínima.

Etapa 3: exibir a cada décimo segundo

A exibição mostrada na figura é mais realista do tipo de desempenho que pode ser obtido com o relógio: Atualize a cada dez segundos.

Os dígitos foram programados para serem espaçados para serem visualmente mais agradáveis. Todos os programas que produziram essas exibições foram incluídos em um arquivo zip na última etapa deste instrutível. O diagrama de circuito está incluído no formato ASCII nos arquivos asm. O microcontrolador era um Microchip 12F510, um microcontrolador de oito chumbo com clock de 32,768 KHz usando um pequeno cristal de um relógio desativado. Apenas uma linha de saída foi usada, deixando duas linhas de E / S e uma linha de entrada livres para outros usos.

Etapa 4: formas de onda

As duas figuras mostram os tipos de formas de onda que vão para a placa de som para possibilitar essas exibições.

O primeiro mostra todas as sete frequências de saída em sequência, e a primeira frequência novamente. É o dígito “1”, a corrida de sete frequências formando a linha vertical, e a final o lado direito da base. A segunda mostra como as lacunas causam os espaços em branco na tela. Se um determinado espaço na matriz de pontos formando um caractere estiver vazio, a frequência correspondente não é enviada durante seu intervalo de tempo, formando assim um caractere com pontos claros e espaço vazio.

Etapa 5: Exibir bitmaps arbitrários

Exibir a hora, ou outros dados alfanuméricos, é bom, mas às vezes podemos desejar ter uma exibição bonita de algumas coisas aleatórias.

Isso pode ser feito, conforme será discutido e demonstrado. Vou escrever programas que exibam a linha de texto "Instructables" como um bitmap, e o robô instructables, como um gráfico de 24 pixels de altura. Primeiro, as imagens necessárias devem ser digitalizadas. O passo inicial é desenhá-los em papel milimetrado. "Instructables" foi escrito usando uma fonte de cinco pixels de altura. Como isso está sendo transmitido como um bitmap, juntei as letras sempre que possível, sem prejudicar a legibilidade. A imagem do robô instrutível foi reduzida para 24 pixels verticalmente e então marquei seu contorno com pontos e adicionei alguns pontos no interior também. Acho que as pessoas reconhecerão o robô, principalmente se você disser que é isso que ele deve ser.

Etapa 6: digitalizando "instrutíveis"

A imagem mostra como o bitmap da linha de texto é digitalizado.

Tomando a coluna mais à esquerda, por exemplo, todos os seus pixels são pretos. Portanto, eles são todos um: 11111 Nós agrupamos por quatro, fazendo dois nibbles: 1 1111 Esses dois são expressos como hexadecimal, para uma representação compacta: 1 F Como os caracteres têm cinco bits de altura, o primeiro dígito será qualquer um 0 ou 1, e o segundo dígito deve ser 0-1, AF. O fundo é considerado o fim mais significativo. A segunda coluna está em branco, então todos zero: 00 hex. A terceira coluna tem os três primeiros seguidos por dois zeros: 1 1100 -> 1 C E assim por diante, até o final. Isso tudo é compactado em um arquivo de inclusão, chamado "instructlables.inc". Portanto, alterando a linha que especifica o arquivo de inclusão no programa principal, você pode alterar o bitmap que está sendo exibido. Caso você faça outro bimapa mostrando seu nome, por exemplo, você pode colocá-lo em um arquivo "seunome.inc" e chamá-lo no programa principal.

Etapa 7: a exibição resultante

Funciona, como você pode ver pela imagem resultante na tela.

O software Spectrum Lab permite que você selecione as cores e tonalidades da tela, portanto, por uma seleção criteriosa, você pode exibir um texto muito bonito usando este programa.

Etapa 8: Sequência de frequências

Vamos dar uma olhada mais de perto em como essa imagem foi formada.

A primeira foto abaixo mostra a seqüência de frequências emitidas pelo micro, com resolução de curto tempo. Isso mostra claramente a natureza em degrau dos tons, já que os tons que compõem os pontos são emitidos em seqüência serial. Você também pode ver porque os personagens formaram todos inclinados para a direita. O segundo mostra a mesma tela, com uma configuração de filtro diferente. O tempo de resolução deste filtro é reduzido, de forma que os pontos parecem ocupar mais tempo. A mancha horizontal resultante torna o texto mais fácil de ler. Um sinal deve ter uma configuração correspondente do programa antes de ser exibido como uma imagem reconhecível.

Etapa 9: digitalizando o robô

O robô tem 24 bits de altura e, portanto, não cabe em uma palavra de oito bits. Uma técnica diferente foi usada para digitalizar o robô, desta vez emprestada do programa usado para o "cartão de saudação musical" instrutível.

Como a imagem é formada por uma sequência de tons, um programa musical deve ser capaz de exibir o robô, desde que o robô seja alimentado a ele como uma sequência de frequências a serem convertidas em música. A figura mostra o robô, linhas rotuladas com valores de atraso para serem plugados em um programa de música. Esses valores foram ligeiramente modificados e estão disponíveis como a listagem robot.asm e resultou em uma exibição do robô quase reconhecível.

Etapa 10: O robô na tela do computador

É um pássaro … É um avião … É um disco voador marciano …

É o robô instructables.

Etapa 11: O Hardware

As figuras mostram a foto e o diagrama do circuito do microcontrolador que produz essas imagens.

É um microcontrolador de oito pinos, o 12F510, fabricado por microchip. O cabo blindado à esquerda se conecta à placa de som do computador. O conector à direita se conecta ao programador e também fornece energia. Sem desconectar nada ou alterar nenhuma conexão, o microcontrolador pode ser apagado e reprogramado via ICSP apenas executando os programas apropriados no computador.

Etapa 12: O Princípio

A figura mostra o princípio por trás da exibição da matriz de pontos que constituem os caracteres. A sequência de tons crescentes forma uma forma de onda em escada, que, repetida em intervalos definidos, forma um dente de serra ao longo da banda de frequências que forma o personagem. instrutível, https://www.instructables.com/id/Oscilloscope-clock/, sobre a exibição da hora em um osciloscópio. O princípio é semelhante, exceto que o anterior usava níveis de tensão e este usa frequência. A diferença é que os níveis de tensão são muito difíceis de exibir usando a placa de som, e quase todos os programas que exibem níveis de tensão não os exibem no modo o que torna os caracteres visíveis. Cada caractere é exibido como uma sequência de colunas de sete pixels de altura. Se o pixel inferior tiver que ser aceso, a frequência correspondente a ele será ligada por um breve período de tempo. No caso do "relógio do osciloscópio", um determinado nível de tensão é mantido para aquele tempo. Se esse pixel for escuro, o tom não é feito ou, em vez disso, um nível de apagamento é enviado. Como essas frequências (ou níveis de voltagem) são enviadas sequencialmente, uma após a outra, elas não formam uma linha vertical. Eles formam uma linha que se inclina para a direita. É possível enviar esses bits na direção inversa e, em seguida, os caracteres resultantes se inclinam para a esquerda. Isso não parece natural e, portanto, o presente arranjo é o preferido. Outro tipo de hellschreiber, que envia todos os tons ao mesmo tempo, é capaz de produzir caracteres perfeitamente verticais. Como isso requer a produção de todos os tons ao mesmo tempo, sem distorção, não é possível implementar de forma simples usando um único microcontrolador.