Электронные часы-будильник на газоразрядных индикаторах и мк. Простые часы на гри Электронные часы на газоразрядных индикаторах

Завораживающее неоновое свечение отчасти похожее на свечение электровакуумных ламп, похожий внешний вид. Все это дает ощущение прошлого на этапе освоения, познания и начала применения электричества, насколько можно представить по книгам, фильмам, иллюстрациям. Вот так завернул. Но обо всем по-порядку.

Назад в прошлое?

Ре́тро (также стиль ретро ; ретро-стиль от лат. Retro «назад», «обращённый к прошлому», «ретроспективный») - достаточно абстрактный художественно-исторический термин, применяемый для описания различных категорий старинных вещей, имеющих некую культурную и/или материальную ценность, и, как правило, нечасто встречающихся в современной повседневной жизни с её нарочитой практичностью и стремлением к избавлению от «лишних» деталей. (Википедия).

Вот как то так. Но прогресс не стоял и не стоит на месте. Все миниатюризируется, унифицируется с одновременным увеличением функциональности. И тут на помощь приходят микроконтроллеры и прочие программируемые интегральные микросхемы (ИМС). Можно конечно использовать и более простые устройства для достижения большей аутентичности изготавливаемого изделия, но... эта совершенно другая тема для разговора.

Это все к тому, что не обязательно возвращаться к возможностям прошлого, а использовать доступное настоящее. Есть, конечно, и другие способы реализации, здесь же рассматривается конкретное решение поставленной задачи на микроконтроллере (МК) производства фирмы ATmega8.

Внешнее соответствие "призракам" прошлого полностью зависит от фантазии, взглядам, вкусам человека, изготавливающего сей девайс в ретро-стиле. Бесспорно, кому-то нравятся другие направления в оформлении, тогда вам и карты в руки.

А суть в чем?

Предлагаемые часы имеют следующий функционал:

• Индикация времени в формате ЧЧ:ММ:СС
• Возможность показа разделительных точек (для большей наглядности)
• Возможность показа даты в формате ДД:ММ:ГГ в начале каждого часа (~10 сек)
• Принудительный показ даты
• Возможность воспроизведения ежечасного сигнала
• Установка до 10-ти будильников на разное время в формате ЧЧ:ММ
• Повтор сигнала (если не был выключен) будильника через 5 минут с момента срабатывания
• Изменение эффекта переключения цифр (плавное переключение)
• Сохранение настроек и продолжение отсчета времени при отключении питания
• Через каждые 10 дней работы в 00:00:00 включается двухминутный режим антиотравление катодов

После включения часы будут стоять, чтобы они пошли необходимо выставить время.

Тыкая кнопочки

Управление часами осуществляется 4-мя кнопками. При каждом нажатии издается звуковой сигнал

Для настройки используется 4-е режима (без режима "по умолчанию"), переключение которых осуществляется циклически (0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 0, "0" используется для привязки к программе).

Если примерно в течении 10-и секунд не была нажата ни одна кнопка, часы переходят в режим "по умолчанию". При выборе кнопкой "NEXT" нужного параметра для его установки, соответствующее значение будет мигать, и при его изменении кнопкой "SET" загорятся разделительные точки. Это означает, что текущее значение хотя бы одного параметра изменено и, если необходимо, его нужно сохранить нажав кнопку "SAVE", разделительные точки при этом погаснут. В случае выставления недопустимых значений времени или даты и при попытке их сохранения кнопкой "SAVE", запись не будет произведена, о чем будут свидетельствовать горящие точки.

Настройка времени: выставляется требуемое значение, при установки секунд (как десятков, так и единиц) происходит их сброс в "0". Далее в нужный момент введенные значения сохраняются.

Настройка даты: тут просто выставляется требуемое значение и сохраняется.

Настройка будильника: выставляются часы и минуты, при изменении значения в позиции для десятков секунд происходит последовательный перебор будильников (всего может быть настроено до 10-ти будильников), в позиции единиц секунд будильник активируется при установки "1", и, соответственно, деактивируется установкой "0" (при прошивке все будильники установлены в 00:00 и выключены).

Дополнительные настройки: здесь каждый параметр отвечает за небольшое изменение функциональности. В таблице приведены значения дополнительных настроек.

(при прошивке все значения установлены в "0"). Мелодия для будильника сделана одна "В траве сидел кузнечик", так сказать, на пробу (за то что понравится не ручаюсь:)). При использовании зуммера не рекомендуется ставить мелодию, так как будет каша из звуков "режущих" ухо.

Прошивка написана на языки Си в среде . Исходный код (с подробными, я так думаю, комментариями) прилагается. Проект печатной платы и схема выполнены в . Для не владеющих этим инструментом все переведено в PDF.

Если будет время, возможно, что-нибудь будет добавляться в прошивку, но для повседневного использования такого функционала по-моему достаточно. Или каждый может поменять и добавить то, что ему нужно.

Небольшое видео работы часов:

И еще пара картинок

Использованные материалы:
1. Повышающий DC-DC преобразователь
2. DS1307
​ 3. Огромнейшая тема по часам на ГРИ

Update

Обновленная прошивка от 7.05.2019.

1. Добавлены два эффекта отображения - плавный переход из одной цифры в другую, смена цифры перебором (настраивается в пункте вкл/выкл эффекта плавной смены).
2. Добавлен аналоговый датчик температуры типа LM35 (можно использовать похожего типа с характеристикой 10 мВ/°С). Выход датчика подключается на 26-ю ногу МК. На печатной плате изначально заложено место по разъем. Показания температуры выводится при нажатии на кнопку 2(NEXT) в режиме показа времени.
3. Добавлен ночной режим - пониженная яркость с 22:00 до 6:00. (Для тех, кому не хватало яркости в обычном режиме, анодные резисторы индикаторов можно уменьшить до 1-2,2 кОм).
4. Из-за некоторых изменений и оптимизаций в прошивке, корректная работа будильника (если им вообще кто-то пользуется) пока не проверена. По задумке должно работать так: при настройке будильника, в позиции единиц секунд - 0 - выкл; 1,2,3,4,5,6,7 - по дням; 8 - будни; 9 - все дни.

Архив (Clock_firmware_7.05.2019.zip) с прошивкой (исходников не будет) прикреплен ниже.

Список радиоэлементов

Схема: есть (PIC16f886,PIC16F628)

Плата:есть ( Sprint-Layout )

Прошивка:есть

Исходник:нет

Описание: eсть

Особенности: отсутствие РТС, софтовый DC-DC высокого напряжения.

Схема:

Конструкция состоит из двух плат – плата с индикаторами и плата управления.
Платы соединяются через разъемы PLS и PBS . Разъемы паяются со стороны дорожек.

Вход в настройки будильника коротким нажатием на кнопку энкодера (разделитель минут и часов светит не мигая). Вращением энкодера настраиваем время сигнала. Повторное короткое нажатие (или 10 сек бездействия) – выход в режим часов (разделитель мигает). Разрешение срабатывания будильника – длинное нажатие (удержание) до появления сигнала: короткий сигнал – отключено, тональный сигнал – включено. После срабатывания будильника тональный сигнал звучит 1 мин. Тональный сигнал можно прервать нажатием на кнопку экнодера.

Температура выводится с 25 по 30 сек.

С 9:00 до 21:00 часы издают короткий почасовой сигнал.

Точность работы – примерно 1 сек в сутки (проверено в другом проекте). Кварц обвязывать (нагружать) рекомендованными ёмкостями. Место монтажа кварца и прилегающие линии отмыть и просушить. Корпус кварца соединить с минусом.

Простые часы с ретро лампами ИН-12

Схема:

Управление часами тремя кнопками – «увеличить», «уменьшить» и «ок» (выбор режим а ).

Часы работают в 24 часовом формате.Короткое нажатие на кнопку «ок» перебирает режимы: часы, будильник, яркость. Есть будильник. Длинное нажатие на кнопку «ок» определяет срабатывание будильника: короткий сигнал – отключено, тональный сигнал – включено.В часах можно настроить яркость свечения ламп и, соответственно, ток потребления. Подстройка яркости в пределах 0…99 уровней. С 9:00 до 21:00 часы издают короткий почасовой сигнал.

Некоторые детали могут быть заменены:

Стабилизатор напряжения КР1158ЕН5А (TO -251) = 7805 (TO -220)

Полевой транзистор STU6N62K3 (IPAK ) = IRF840 (TO -220)

Индуктивность 1000 мкГн = 470 мкГн.

Конденсатор 4,7мкФ х 350В = 10 мкФ х 350В

Диод Шоттки 1N5817 = 1N5819 (нежелательно).

Много аналогов у установочных компонентов – почти любые горизонтальные держатели батареи CR 2032, тактовые кнопки 6х6 мм, пьезоизлучатели диаметром до 12мм, любые доступные панели под микросхемы.

Прототипом для часов послужила схема опубликованная на сайте http://www.electricstuff.co.uk/nixclock.htm и повторенная многими радиолюбителями. Восхищение вызывает малое число компонентов и завораживает простота схемы. Однако, анализ схемы показал, что при пректировании заложены некоторые упрощения. Во-первых, наличие RC-цепочек, что делает схему не чисто "цифровой". Во-вторых, несколько странный способ установки времени. Так же мало приемлемым кажется использование частоты сети в качестве опорной для отсчета времени, 12-ти часовой ход и наличие гальванической связи с электросетью.

Счетчик минут выполнен аналогично на счетчиках DD1 и DD3. Отличие только в том, что сформированный сигнал сброса по достижении 60 сбрасывает только счетчик десятков минут DD3. Также отличается способ подачи тактовых импульсов. Сформированный сигнал сброса по переполнению счетчика секунд поступает на вход разрешения счета счетчика минут при постоянном наличии лог.1 на входе счетных импульсов через резистор R1. Аналогично сигнал переполнения счетчика десятков минут поступает на вход счетчика часов.

Счетчик часов выполнен на микросхемах DD6, DD9, а на микросхеме DD7 собрана схема сброса счетчика часов по достижении 24. Элемент И-НЕ DD7A устанавливается в лог.0 в том случае, если лог.1 появится на выходе Q4 счетчика DD6 и Q2 счетчика десятков часов DD9. Этот уровень опрокидывает триггер выполненный на элементах DD7B и DD7D, который и формирует сброс счетчиков DD6 и DD9. Активный уровень будет удерживаться около 1/8196 секунды, пока не придет импульс с выхода Q4 DD2 и не вернет триггер в исходное состояние. Такой сложный сброс выполнен потому, что из-за разного быстродействия микросхем одна может сброситься быстрее другой и сигнал сброса может сняться не успев сбросить второй счетчик. Это будет проявляться в том, что после 23:59 может установиться 04:00 или 20:00 вместо полуночи. Как правило, если микросхемы из одной партии - их параметры близки и такая проблема не возникает. В таком случае можно было бы обойтись всего двумя элементами И-НЕ, но так как остаются свободными еще два элемента - то почему бы не сделать всё "правильно"?

Для установки времени используются три кнопки S1-S3:"установка минут", "установка часов" и "сброс секунд". Нажав на кнопку S3 подается сигнал сброса на оба счетчика секунд и делитель DD4A и удерживая кнопку счетчики также остаются в сброшенном состоянии. Отпустив кнопку, счетчики начинают отсчет. Это позволяет установить время с дискретностью в пол-секунды (так как делитель DD2 не сбрасывается, а продолжает формировать импульсы в той же фазе, что и до сброса). Если необходимо точнее, то сигнал сброса надо было бы завести также на вход 12 микросхемы DD2, но это не позволит устанавливать минуты и часы удерживая кнопку сброса секунд.

Установка минут и часов производится кнопками S1 и S2 следующим образом: импульсы следующие с частотой 2 Гц при нажатии на кнопку поступают на вход CLK соответствующего счетчика. Чтобы не проявился эффект дребезга контактов выключателя приняты определенные меры. Самое главное - в момент замыкания контактов потенциалы на них должны быть одинаковыми. Правый по схеме контакт имеет потенциал питания (лог.1) через резистор R1 (R10 - для S2), а на левый большую часть времени подается лог.1 с выхода DD4B. Для инкремента счетчиков генерятся короткие отрицательные импульсы длиной 1/128 секунды. Эти импульсы формирует триггер DD4B. По фронту импульсов с частотой 2Гц с выхода Q14 микросхемы DD2 триггер устанавливается в единичное состояние, а через 1/128-ю секунды, когда на выходе Q9 DD2 устанавливается высокий уровень, триггер сбрасывается. Вероятность нажать кнопку именно в момент импульса очень мала, следовательно, низка вероятность получить ощущение дискомфорта при установке времени.

Конечно, установка времени сделана далеко не идеально. При сбросе секунд не происходит "округление" - просто сбрасываются секунды, а минуты и часы остаются неизменными. При установке минут, при переходе 59 -> 00 происходит инкремент часов. Но тем не менее, без существенного усложнения схемы удалось сделать установку более комфортной.

Сигналы с выходов счетчиков поступают на ключи, которые подают отрицательный потенциал на катоды индикаторов. Ключи выполнены на полевых транзисторах. Можно использовать ZVNL120A в корпусе E-line (совместимый с TO-92), но они достаточно дороги. Гораздо дешевле, но, вроде, сняты с производства BS107-BS108. Применение полевых транзисторов с изолированным затвором вызвано желанием уменьшить потребляемый цифровой частью ток. И именно с этой целью применена микросхема DD7 (этот узел можно сделать на двух диодах и одном резисторе, но потребление при этом возрастёт стократно). У изготовленного экземпляра потребление цифровой части составило 15мка от резервного литиевого элемента 3в (разумеется, ни одна кнопка не должна быть нажата!) и даже без резервного элемента при переключении источников питания ход времени не прерывался.

В случае, если не гнаться за минимальным потреблением, ключи можно выполнить на широкораспространенных биполярных транзисторах MPSA42, заменив сопротивления в цепи базы на 33 килоом.

Питание часов производится от источника тока напряжением 12 вольт, которое подается на разъем J1. Диод VD3 предназначен для защиты от переполюсовки. Далее это напряжение через интегральный стабилизатор DA1 78L05 (78L06) поступает на логические микросхемы через диод VD2. Резервное питание подается туда же от литиевого элемента через диод VD1.

Преобразователь высокого напряжения выполнен на микросхеме DA2 UC3843, транзисторе VT1 и трансформаторе T1. Схема преобразователя честно слизана с просторов интернета и мало чем отличается от типового включения примененной микросхемы. Подстроечный резистор R18 предназначен для установки выходного напряжения. Трансформатор намотан на магнитопроводе Epcos N87 EFD20 с зазором 0.5мм. Первичная обмотка содержит 29 витков провода 0.4 мм, вторичная 300 витков проводом 0.12 мм.

Микросхемы можно применить КМОП серий HEFxxxx, CDxxxx, 74НСxxxx. Нежелательно применение микросхем серии 74HCTxxxx (они не нормированы на питание ниже 4.5в, поэтому резервное питание придется переделать). Почти все логические микросхемы можно заменить отечественными аналогами (К561ИЕ8, К561ТМ1(2), К561ЛА7), кроме 4060 - ей аналога нет. Функционально её можно заменить двумя микросхемами: К561ИЕ16 и К561ЛА7.

Рекомендуется при сборке сначала установить компоненты высоковольтного преобразователя и его отрегулировать. Резистором R18 выставить выходное напряжение 180-200 вольт. Работу следует проводить осторожно: 180 вольт - опасное для жизни напряжение и это напряжение держится в конденсаторах несколько секунд после отключения питания. После настройки преобразователя можно установить остальные детали и проверить работу вцелом. При первом включении, из-за того что в часах не предусмотрена цепь сброса счетчиков в начальное состояние, может возникнуть ситуация, когда некоторые лампы не будут ничего показывать или наоборот, будут светить несколько цифр разом. Если это появилось на индикаторах отображающих секунды достаточно просто нажать кнопку сброс секунд. Если в часах и/или минутах, то соответствующей кнопкой установки надо "прокрутить" счетчики до получения вменяемых показаний.Если это не помогает, то возможной причиной может быть дефект монтажа - следует проверить нет ли коротких замыканий между дорожками или обрывов. Впоследствии, если установлен резервный элемент питания, такая надобность не должна возникнуть.

Если быть до конца честным с собой, то в этой схеме есть еще пара скользких моментов - это перенос из счетчика секунд в счетчик минут и со счетчика минут в счетчик секунд. По хорошему, там тоже следовало бы установить триггер - так как уровень появившийся на выходе Q6 создает и сброс для него же, и счетный импульс для следующего счетчика. И если сброс произойдет быстрее, чем следующий счетчик перейдет в следующее состояние, то произойдет сбой. На практике, такое маловероятно (если не собрать разношерстную компанию счетчиков с сильно различающимся быстродействием), но тем не менее теоретически возможно. Так что если случится такая ситуация - придется в схему вводить задерживающие RC-цепочки на сброс. Мне же очень не хотелось вводить десятую и одиннадцатую микросхему. И так уже простая схема превратилась в достаточно сложную.

Светодиоды, которые раньше с восторгом воспринимались в любых электронных устройствах индикации, в последнее время набили оскомину и стали заметно проигрывать ретро индикаторам, например вакуумным лампам, которые смотрятся гораздо приятнее. Поэтому была создана версия электронных часов, которые показывают время с помощью газоразрядников ИН-12.

Особенности самодельных часов

• дисплей выполнен на лампах ИН-12 (nixie),
• небольшой корпус,
• схема без микроконтроллеров,
• питание от БП-адаптера 9 вольт
• потребление тока 150 мА.

Основа конструкции — корпус универсальный Z5A. Четыре такие лампы идеально вписываются по ширине в таком корпусе. По первоначальной схеме тактовые импульсы для часов были взяты из сети 220 В, которая также была источником высокого напряжения питания для анодов ламп.

Правда рискованно пользоваться устройством, в котором все находится под потенциалом сети. Поэтому во втором варианте питание было взято с повышающего преобразователя напряжения, а тактовую частоту сменили на типичную схему генератора: кварц 32,768 кГц, CD4060, делитель CD4013.

Окончательная схема — это несколько других схем из интернета, слегка модифицированных и объединенных в одну. Выше приведена принципиальная электрическая схема, которую можно увеличить по клику на картинке. Далее идёт печатная плата самодельных часов.

Стоимость трудно определить, лампы покупались давно, но даже если скупать все радиодетали сейчас — можно уложиться в 1000 рублей, что естественно хорошая цена за такой модный ретро гаджет.

Вид на монтаж сверху и снизу.

Тем кто захочет повторить конструкцию, советуем корпуса для часов на газоразрядных индикаторах делать из алюминия, меди, латуни или дерева (для подчёркивания винтажности). В крайнем случае обклеить пластик плёнкой-самоклейкой «под дерево». И вместо красного цветофильтра спереди лучше поставить прозрачный плексиглас — тогда останется естественный цвет ламп ИН-12.

Главная » Железо ПК » Электронные часы-будильник на газоразрядных индикаторах и мк. Простые часы на гри Электронные часы на газоразрядных индикаторах