Началось все с того что захотелось сделать какое-нибудь полностью законченное устройство на микроконтроллере AVR.

Выбор пал на бинарные часы, т.к. они просты в изготовлении и достаточно эффектно смотрятся. А еще потому что мне всегда нравился плазмоид бинарных часов из KDE который выглядит вот так:

Что такое бинарные часы?

Для тех кто не знает что такое бинарные часы и как по ним определить время, сделаю небольшое отступление. Бинарные часы это просто часы которые показывают время в двоичной (или бинарной) системе счисления, вместо привычной нам десятичной.

Бинарные часы бывают разные (как в общем-то и обычные часы) - с разным количеством и расположением индикаторов, с секундами или без, с 24-х или 12-и часовым форматом времени и т.д. Я решил остановиться на варианте максимально похожем на вышеупомянутый плазмоид из KDE:

Часы состоят из шести вертикальных колонок - две колонки на часы, две на минуты, и две на секунды (слева на право). Каждая колонка по сути представляет собой одну цифру (т.е. по две цифры на часы, минуты и секунды).

В часах четыре горизонтальных строки, так как нам нужно уметь показывать цифры от нуля до девяти (по крайней мере для младшего разряда), а двоичное представление девятки - 1001 , содержит четыре разряда (бита). Младший разряд находится снизу.

Проще всего понять какое время показывают часы анализируя "циферблат" слева на право, снизу вверх. Запишем значение двоичного числа представленного самым левым столбцом часов изображенных на картинке выше (условившись что горящий индикатор обозначает единицу, а потухший - ноль): 0010 в двоичной системе счисления это 2 - в десятичной. Аналогичным образом запишем значение второго столбца: 0001 в двоичной системе счисления (как и в десятичной), или просто единица. То есть на часах 21 час. Точно так же можно прочитать что часы показывают 35 минут и 28 секунд. Немного практики и читать время с бинарных часов будет получаться почти так же быстро как и с обычных.

Реализация

Итак, с идеей понятно, приступим к реализации.

Начнем с индикатора ("циферблата") - который представляет собой решетку из светодиодов.

Поскольку в часах 4 горизонтальных и 6 вертикальных рядов, общее количество необходимых светодиодов - 6 * 4 = 24. На самом деле, можно обойтись меньшим количеством светодиодов, т.к. не все разряды будут задействованы - например старшая цифра часов (самый левый столбец), может показывать число не больше двух (при двадцати часовом формате времени), а значит можно сэкономить целых два светодиода. Но я этого делать не стал и поставил все 24 светодиода, т.к. хотел (в будущем) использовать эти часы для показа простых текстовых сообщений.

Для настройки времени потребуются кнопки. Их три: первая кнопка переводит часы в режим установки времени и обратно. Вторая кнопка, выбор разряда, переключает столбец в котором в текущий момент настраивается время. И наконец третья увеличивает время в выбранном столбце на единицу.

В качестве микроконтроллера используется ATMega32. Конечно не обязательно использовать такой мощный микроконтроллер для такой простой задачи, но он уже был у меня под рукой, поэтому я использовал его.

Схема и печатная плата

Схема достаточно стандартная: микроконтроллер, питание, сброс, разъем для подключения программатора. К TOSC1 и TOSC2 подключен часовой кварц от которого будут тикать часы. Кнопки настройки времени подтянуты к напряжению питания. Десять выходов на светодиоды (6 столбцов+ 4 строки). На каждую горизонтальную строку подключен резистор для ограничения тока через светодиод.

Печатная плата получилась односторонняя, но все же с двумя перемычками с другой стороны (отмечены красным) которые достаточно просто сделать из тонкой медной проволоки.

Корпус

Наверное, это самая неинтересная часть. Но, в то же время, именно она заняла большую часть времени.

Сам корпус сделан из деревянных досок скрепленных гвоздями и клеем. После сборки доски были тщательно отшлифованы, вскрыты морилкой и несколькими слоями мебельного лака.

Светодиоды установлены в решетку с перегородками, сделанную из деревянных линеек при помощи лобзика. В каждую ячейку со светодиодом для рассеивания света вставлен кусочек обычной кальки (которая используется для чертежей или выкроек).

К передней части часов приклеено двустороннее матовое стекло. Заднюю часть закрывает крышка на шурупах, из которой торчат кнопки настройки времени.

Программная часть

Программу я решил писать на ассемблере. Не потому что это самый удобный язык разработки, а исключительно в образовательных целях. Исходные коды можно найти ниже в разделе "Файлы".

Весь код описывать не буду, т.к. он достаточно подробно откомментирован. Опишу только ключевые моменты.

Развертка производится по столбцам, то есть сначала некоторое время горят светодиоды только первого столбца, затем второго и т.д. Происходит это очень быстро и глаз не успевает этого заметить, поэтому создается впечатление что все зажженные светодиоды горят одновременно. Для отображения значения времени в столбце используется макрос DISPLAY_COLUMN . Переключение столбцов осуществляется по таймеру Timer0.

Смена времени происходит раз в секунду по прерыванию переполнения таймера Timer/Counter2. Поскольку частота кварца равна 32768Гц, а предделитель таймера установлен на 128, то переполнение однобайтового таймера будет происходить раз в секунду (32768 / (128 * 256) = 1 ), что очень удобно.

Обработка нажатий на кнопки происходит в процедурах button_stop_pressed для кнопки перевода часов в режим настройки и обратно, button_set_pressed для кнопки установки времени и button_switch_pressed для кнопки переключения столбца. Обратите внимание, что в процедуре button_stop_pressed текущее время сохраняется в EEPROM. Это сделано для того что бы время не сбрасывалось если нужно, например, переключить часы в другую розетку (при включении часов время считывается из EEPROM).

Вся основная "работа", такая как - опрос состояние кнопок, переключения активного столбца развертки и вывод времени происходит в main . Начальная инициализация выполняется в reset .

Результат

То что получилось в результате можно посмотреть на видео ниже. Там же запечатлены и некоторые стадии процесса изготовления.

Файлы

Исходные коды прошивки, схематика и разведеная плата находятся в этом репозитории на GitLab .

В качестве заключения

В общем, для первого устройства, думаю, получилось весьма неплохо.

Если вы найдете какие-то неточности в этой статье, или по-вашему что-то следует описать более подробно - пожалуйста, пишите в комментариях.

Доброго времени суток. В сегодняшней статье мы изготовим необычные бинарные часы на базе Arduino своими руками . Разобравшись с процессом создания подобной поделки , в дальнейшем вы сможете повторить бинарные часы любой конструкции.

Шаг 1: Что же такое бинарные часы?

Для начала вспомним, что же такое бинарное (двоичное) число – это число представленное в двоичной системе исчисления, числовыми значениями, что используют всего два символа: 0 (ноль) и 1 (единица).

Бинарные часы – это часы, что отображают время в двоичном формате. В проекте используются 6 колонок светодиодов для отображения нулей и единиц. Каждая колонка отображает одну цифру/разряд, такой формат известен, как двоично-десятичное число (ДДЧ). Каждая линия отображает степень двойки, от 2^0 (или 1), до 2^3 (или 8). Поэтому всё, что нужно сделать при чтении информации с часов – просуммировать значения колонок с включенными светодиодами. Например, в первой колонке включены 4-й и 1-й светодиоды. Прибавляем 8 к 1 и получаем 9 (количество секунд равное 9). Следующая колонка десятые секунды, в ней светится только 3-й светодиод, поэтому общее значение будет равно 49 секундам, точно также с минутами и часами. Пожалуйста, отметьте следующее, что часы отображают время в 24-х часовом формате.

Шаг 2: Составные части

• Arduino Pro Mini 328 5 V — использовал такую плату, но фактически можете использовать любую другую. Если вы ни разу не использовали Pro Mini, то наверняка вам будет нужен CP 2102 (программатор) для подключения платы к компьютеру;

• DS 1302 — модуль часов реального времени ;

• 20-ть 10 мм диффузных «тёплых» светодиодов (советую брать с запасом);

• 20-ть резисторов с номиналом сопротивления 10Ω;

• 2 тактовые кнопки;

• 2 резистора с номиналом сопротивления 10kΩ (используются, как нагрузочные резисторы).

Шаг 3: Изготавливаем прототип

Начнём изготавливать прототип будущей поделки . В принципе, это не обязательное условие, но нужно же посмотреть на то, как светодиодная матрица, Arduino и часовой модуль будут работать вместе. При прототипирование использовал Arduino Mega и простые красные светодиоды. Всё работает хорошо, как и ожидалось.

Шаг 4: Корпус

Корпус самоделки (состоит из двух половинок) будет изготовлен из дерева. Оно будет контрастно смотреться на фоне бинарных часов и придаст поделке ретро стиль.

Шаг 5: Схема

Светодиоды сгруппированы в матрицу, чтобы уменьшить количество задействованных выводов arduino. В нашем случае под матрицу отведено 9 выводов. После изготовления светодиодной матрицы, припаяем выводы к arduino, затем модуль часов, кнопки для настройки времени и под конец блок питания.

Шаг 6: Код

За основу кода взят пример с Arduino Playgroud post для модуля часов DS1302. После чего были внесены изменения для отображения времени на светодиодной матрице.

Часы есть практически у каждого, и являются одной из тех вещей, без которой не обойтись ни одному современному человеку. Конечно, есть те, кто предпочитает смотреть на часы в телефоне, или же на системное время компьютера, но без наручных часов каждый чувствует дискомфорт, всякий раз по привычке глядя на руку. Кажется порой, что уже ничего не придумают, что ещё такого можно вытворить с часами для того, чтобы сделать их оригинальными и по-настоящему необычными. Одним из удачных решений на этом пути, несомненно, являются , на циферблатах которых изображены забавные картинки, а время можно определять лишь приблизительно – тут работают интуиция и эмоциональная сторона. Но ещё, хотелось бы, чтобы часы давали пищу и для ума. Возможно ли это? Оказывается, более, чем возможно! Как раз для тех, кто хочет найти в часах ежедневную тренировку для ума, или просто удивлять окружающих своими нестандартными часами, создаются так называемые бинарные часы .

Что это такое? По сути, бинарные часы – это такие часы, где кардинально изменён способ представления информации – не привычными нам цифрами, а в двоичном коде. Хотя, конечно, немало бинарных часов и с цифрами, но отображается время совсем не так, как в обычных часах. В бинарных для индикации времени применяют светодиоды, потому их ещё называют диодными часами . Время на таких часах поначалу определять непросто – либо колонки цифр, либо вовсе просто светящиеся точки, расположенные в странном порядке на циферблате. Однако, освоившись, можно легко читать время по этим часам. А вот непосвящённые этого сделать не смогут! В этом есть определённое удовольствие – обладать стильными часами и в чём-то уникальными знаниями.

Вот, например, одни из самых простых для понимания, и вместе с тем, на редкость стильных бинарных часов.

Black Rock

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1850 рублей

На первый взгляд, их циферблат наводит на ассоциации с фильмом “Матрица”, однако, это лишь первое впечатление. Четыре вертикальных колонки цифр от 0 до 9 отображают: две левые – часы, а пара правых – минуты. Таким образом, время читается справа налево. На фото, как нетрудно определить, часы показывают 5:27. Дополнительные значки вверху отражают всю остальную информацию: солнце соответствует отображению дня недели и даты, а доллар означает, что на дисплее показывается год. Бокал служит индикатором наступления второй половины дня. Для того, чтобы увидеть время, просто нажимается кнопка. Это позволяет экономить энергию батарейки.

А в этих бинарных часах цифр нет – необходимо считать светящиеся точки в столбцах самостоятельно.

Fashion Star

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1600 рублей

Хотя поначалу эти часы напоминают скорее какой-то эквалайзер, затем можно привыкнуть, и быстро определять время.

Светящихся точек может быть и не очень много. Например, если каждая из них отвечает за свою группу цифр.

Futurama

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1700 рублей

Индикаторы могут располагаться на циферблате как угодно. Например – дугами. Эффектно и удобно.

Flash Metal

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1600 рублей

Фантазия дизайнеров бинарных часов не знает границ – на этих часах присутствует силует самого популярного диснеевского персонажа.

Mickey Stile

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1200 рублей

А вот одни из наиболее ярких и функциональных бинарных LED часов сегодня на рынке. Оригинальное и в то же время понятное отображение информации делает их очень удобными для повседневного использования.

Delta V2

Где купить: leddirect.ru
Цена: 1700 рублей

Кстати, в этом магазине есть немало очень интересных бинарных часов, которые способны понравиться самым взыскательным ценителям бинарного времени.

Ну а тем, кто достиг истинного мастерства в определении времени по бинарным часам, будут особо интересны часы

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1550 рублей

Для “непосвящённых” будет очень непросто понять, сколько всё-таки времени показывают такие часы. Для этого есть отличная и наглядная расшифровка

Определять время по ним, зная этот простой принцип, совсем не сложно.

И особо эффектно смотрятся часы c зеркальной поверхностью дисплея, под которой находится сетка с 27 диодами.

Где купить: inter-time.ru
Цена: 1400 рублей

Часы отсчитываются по вертикальным линиям, минуты по горизонтальным.

Эти, и многие другие бинарные часы, помогут вам взглянуть на время по-иному, будут способствовать развитию памяти, и станут, возможно, самой стильной деталью вашего имиджа. Окружающие будут поражены не только самим видом таких часов, но и тем, с какой лёгкостью можно определить время по ним.

Эти необычные карманные часы могут стать оригинальным подарком. Индикатор времени в них построен всего на шести единичных светодиодах. Секрет в том, что число часов и число минут текущего времени отображаются ими в виде двоичных чисел и только при нажатиях на соответствующие кнопки, всё остальное время микроконтроллер часов "спит", а индикатор выключен, что резко снижает ток, потребляемый от литиевого элемента питания.

Чтобы понять, что такое двоичная система счисления, запустим в компьютере имеющуюся в операционной системе Windows программу "Калькулятор". Поскольку в различных версиях системы эти программы различаются, здесь будем рассматривать ту, которая входит в состав Windows XP Запустив программу, найдите в её окне и нажмите мышью экранную кнопку "Вид", затем в выпавшем списке выберите "Инженерный". После этого к прежним простейшим функциям калькулятора добавится множество других, позволяющих производить сложные вычисления. Слева под индикатором появится переключатель системы счисления: "Hex" (шестнадцатеричная), "Dec" (десятичная), "Oct" (восьмеричная) и "Bin" (двоичная). Сразу после запуска программы он находится в положении "Dec". Это означает, что все исходные данные для вычислений и их результаты будут представляться в привычной для нас десятичной системе счисления.

Наберите для примера число 58, нажав на соответствующие цифровые кнопки. Если теперь перевести переключатель в положение "Bin", щёлкнув мышью по соответствующей надписи, то в окне результата цифры 58 сменятся на 111010. Это то же самое число, представленное в двоичной системе счисления. Чтобы убедиться в этом, можно воспользоваться таблицей, поясняющей принцип формирования двоичных и десятичных чисел. Двоичные разряды, в отличие от десятичных, могут принимать только два значения — 0 и 1. Веса двоичных разрядов увеличиваются справа налево в два раза, а не в 10 раз, как в десятичной системе.

Двоичная система исчисления широко используется в цифровых устройствах, поскольку позволяет обойтись простыми логическими элементами, различающими только два значения — 0 и 1. Сегодня многие фирмы выпускают такие часы. Чтобы убедиться в этом, достаточно поискать в Интернете фразу "Часы двоичные".

Но для радиолюбителя гораздо интереснее не купить, а сделать двоичные часы своими руками. В предлагаемой конструкции всего три управляющие кнопки: включения индикации текущего часа, минут и коррекции времени — точной установки момента начала часа. Часы защищены от сбоев, вызванных случайными нажатиями на кнопку коррекции. Они построены на широко известных и часто применяемых радиолюбителями элементах.

Схема часов показана на рис. 1. Отсчёт времени ведёт и выводит его на светодиоды микроконтроллер DD1 . Его тактовая частота 32768 Гц стабилизирована низкочастотным "часовым" кварцевым резонатором ZQ1. Питается устройство от литиевого элемента G1 напряжением 3 В. Как известно, такие элементы отличаются минимальной саморазрядкой и способностью работать при пониженной температуре. Конденсатор С1 подавляет высокочастотные импульсы. Благодаря низкой тактовой частоте микроконтроллер потребляет небольшой ток, что делает возможной длительную эксплуатацию часов без замены элемента питания.

К выходам микроконтроллера RA0— RA4, RB5, RB6 через ограничительные резисторы R1—R7 подключены светодиоды HL1—HL7. Шесть из них (HL2— HL7) показывают время, на них можно отобразить числа от 0 (все выключены) до 63 (все включены). Это позволяет вывести по очереди число часов от 0 до 23 и минут от 0 до 59. Около светодиодов указаны веса двоичных разрядов, которым они соответствуют.

Включают индикацию часов или минут соответственно кнопками SB1 и SB2, соединёнными с входами RB0 и RB1 микроконтроллера. Так как индикация включается всего на несколько секунд, в течение которых кнопка удерживается нажатой, энергия элемента питания расходуется экономно, он служит длительное время. Кнопкой SB3, подключённой к входу RB7 микроконтроллера, производят корректировку времени. Это следует делать только в начале очередного часа, так как в процессе корректировки счётчики минут и секунд обнуляются.

Светодиод HL1 при нажатой кнопке SB1 или SB2 вспыхивает каждую секунду. Он служит индикатором активности устройства и позволяет убедиться в его работоспособности при нулевых значениях часов или минут. Если бы его не было, возникала бы неприятная ситуация, когда при нажатой кнопке ни один из светодиодов не подаёт "признаков жизни".

Вывод 4 микроконтроллера, обычно служащий входом его установки в исходное состояние MCLR, в данном случае сконфигурирован как обычный дискретный вход RA5. Начальная установка при включении питания производится внутренними средствами микроконтроллера. Для исключения случайных помех вход RA5 соединён с общим проводом. Остальные линии порта A программа конфигурирует как выходы.

Линии RB0, RB1, RB7 порта B она конфигурирует как входы и подключает к ним внутренние резисторы, поддерживающие на этих входах высокий логический уровень (при отпущенных кнопках). Остальные линии порта B конфигурируются как выходы. В завершение процедуры инициализации программа по очереди включает на секунду каждый светодиод. Это позволяет оценить правильность монтажа и убедиться в работоспособности программы.

Счёт времени в микроконтроллере DD1 ведёт встроенный таймер T1. Программа настраивает его так, что он каждую секунду генерирует запрос прерывания. Подпрограмма-обработчик прерывания формирует в оперативной памяти микроконтроллера значение текущего времени — секунды, минуты и часы.

Обработчик прерывания при каждом вызове проверяет также логические уровни на входах RB0, RB1 и RB7, зависящие от состояния кнопок SB1—SB3. При низких уровнях на входах RB0 или RB1 включается соответственно индикация часов или минут. При низком уровне на входе RB7, свидетельствующем о нажатой кнопке SB3, и одновременно низком уровне на одном из входов RB0 или RB1 производится корректировка времени. Так сделано для уменьшения вероятности сбоя хода часов в результате случайного нажатия на кнопку SB3.

Программа микроконтроллера небольшая по размеру и несложная. Без всяких изменений она может работать как в микроконтроллерах PIC16F628A, так и в PIC16F628. Исходный текст программы, приложенный к статье, снабжён подробными комментариями, позволяющими разобраться в алгоритме работы и даже усовершенствовать программу. Например, ввести индикацию секунд или режим секундомера. Для этого нет необходимости менять схему часов, так как можно организовать включение этих функций одновременным нажатием на кнопки SB1 и SB2.

Корректировка времени производится с помощью кнопки SB3. При её выполнении значения минут и секунд обнуляются. Если минут было меньше 30, число часов не изменяется, в противном случае оно увеличивается на единицу. Если кнопку SB3 удерживать нажатой, то каждую секунду к числу часов будет добавляться единица. Это бывает необходимо при первоначальной установке текущего времени после включения питания, а также при переходах с летнего на зимнее время и обратно.

Для индикации секунд в программе необходимо найти место, где обрабатывается состояние кнопок, и добавить там выдачу на индикацию значения, хранящегося в регистре-счётчике секунд. Чтобы ввести режим секундомера, потребуется использовать дополнительный регистр. При двух нажатых кнопках его содержимое следует каждую секунду увеличивать на единицу и выводить на индикацию. Изменённый текст программы следует оттранслировать в среде MPLAB, а полученный HEX-файл загрузить в память микроконтроллера.

Часы собраны на фрагменте макетной платы, как показано на рис. 2. Резисторы (для поверхностного монтажа) смонтированы на обратной стороне платы. Светодиоды FYL-3014SRC можно заменить другими. Чтобы убедиться в пригодности светодиода, подключите его к источнику напряжения 3 В через резистор 390 Ом и оцените яркость свечения.

Конденсаторы, резисторы, кнопки — любые малогабаритные. Желательно, чтобы кнопка SB3 была с укороченным толкателем. Его конец не должен возвышаться над поверхностью корпуса часов и даже быть утоплен, чтобы нажать на него было можно только каким-либо заострённым предметом. Такое конструктивное решение служит дополнительной к программной защитой от случайного нажатия на кнопку.

Декларация по УСН