Схема простейших электронных часов. Миниатюрные часы на вакуумно-люминисцентном индикаторе Платы часы на лампах ив своими руками

Принципиальная схема часов представлена на рис. Часы реализованы на пяти микросхемах. Генератор минутной последовательности импульсов выполнен на микросхеме К176ИЕ12. Задающий генератор использует кварцевый резонатор РК-72 с номинальной частотой 32768 Гц. Кроме минутной микросхема позволяет получить последовательности импульсов с частотами следования 1, 2, 1024 и 32768 Гц. В данных часах используются последовательности импульсов с частотами следования: 1/60 Гц (вывод 10) — для обеспечения работы счетчика единиц минут, 2 Гц (вывод 6) — для первоначальной установки времени, 1 Гц (вывод 4) — для «мигающей» точки. При отсутствии микросхемы К176ИЕ12 или кварца на частоту 32768 Гц генератор может быть выполнен на: других микросхемах и кварце на другую частоту.
Счетчики и дешифраторы единиц минут и единиц часов выполнены на микросхемах К176ИЕ4, обеспечивающих счет до десяти и преобразование двоичного кода в семиэлементный код цифрового индикатора. Счетчики и дешифраторы десятков минут и десятков часов выполнены на микросхемах К175ИЕЗ, обеспечивающих счет до шести и дешифрирование двоичного кода в код цифрового индикатора. Для работы счетчиков микросхем К176ИЕЗ, К176ИЕ4 необходимо, чтобы на выводы 5, 6 и 7 подавался логический 0 (напряжение, близкое к 0 В) или эти выводы были соединены с общим проводом схемы. Выводы(вывод 2) и входы (вывод 4) счетчиков минут и часов соединяются последовательно.

Установка 0 делителей микросхемы К176ИЕ12 и микросхемы К176ИЕ4 счетчика единиц минут осуществляется подачей на входы 5 а 9 (для микросхемы К176ИЕ12) и на вход 5 (микросхемы К176ИЕ4) положительного напряжения 9 В кнопкой S1 через резистор R3. Первоначальная установка времени остальных счетчиков осуществляется подачей на вход 4 счетчика десятков минут с помощью кнопки S2 импульсов с частотой следования 2 Гц. Максимальное время установки времени не превышает 72 с.
Схема установки 0 счетчиков единиц и десятков часов при достижении значения 24 выполнена на диодах VD1 и VD2 и резисторе R4, реализующих логическую операцию 2И. Установка в 0 счетчиков происходит тогда, когда на анодах обеих диодов появится положительное напряжение, что возможно только при появлении числа 24. Для создания эффекта «мигающей точки» импульсы с частотой следования 1 Гц с вывода 4 микросхемы К176ИЕ12 подаются на точку индикатора единиц часов или на сегмент г дополнительного индикатора.
Для часов целесообразно использовать семиэлементные люминесцентные цифровые индикаторы ИВ-11, ИВ-12, ИВ-22. Такой индикатор представляет собой электронную лампу с оксидным катодом прямого накала, управляющей сеткой и анодом, выполненным в виде сегментов, образующих цифру. Стеклянный балон индикаторов ИВ-11, ИВ-12 цилиндрической, ИВ-22 — прямоугольной формы. Выводы электродов у ИВ-11 — гибкие, у ИВ-12 и ИВ-22 — в виде коротких жестких штырей. Отсчет номеров ведется по часовой стрелке от укороченного гибкого вывода или от увеличенного расстояния между штырями.
На сетку и на анод должно подаваться напряжение до 27 В. В данной схеме часов на анод и сетку подается напряжение +9 В, так как использование более высокого напряжения требует дополнительно 25 транзисторов для согласования выходов микросхем, рассчитанных на питание 9 В с напряжением 27 В, подаваемым на сегменты анодов цифровых индикаторов. Снижение напряжения, подаваемого на сетку и анод, уменьшает яркость свечения индикаторов, однако она остается на достаточном для большинства случаев применения часов уровне.
Если указанных индикаторов нет, то можно использовать индикаторы типа ИВ-ЗА, ИВ-6, имеющие меньшие размеры цифр. Напряжение накала нити катода лампы ИВ-ЗА 0,85 В (потребляемый ток 55 мА) ИВ-6 и ИВ-22 — 1,2 В (ток 50 и 100 мА соответственно), у ИВ-11, ИВ-12 — 1,5 В (ток 80 — 100 мА). Один из выводов катода, соединенный с токопроводящим слоем (экраном), рекомендуется соединять с общим проводом схемы.
Питающее устройство обеспечивает работу часов от сети переменного тока 220 В. Оно создает напряжение +9 В для питания микросхем и сеток ламп, а также переменное напряжение 0,85 — 1,5 В для накала катода и ламп индикаторов.
Питающее устройство содержит понижающий трансформатор с двумя выходными обмотками, выпрямитель и фильтрующий конденсатор. Дополнительно устанавливается конденсатор С4 и наматывается обмотка для питания накальных цепей катодов ламп. При напряжении накала катода 0,85 В необходимо намотать 17 витков, при напряжении 1,2 В — 24 витка, при напряжении 1,5 В — 30 витков проводом ПЭВ-0,31. Один из выводов соединяется с общим проводом (— 9 В), второй — с катодами ламп. Последовательное включение катодов ламп не рекомендуется.
Конденсатор С4 емкостью 500 мкФ кроме уменьшения пульсаций питающего напряжения позволяет обеспечить работу счетчиков часов (сохранение времени) примерно в течение 1 мин при выключении сети, например, при переносе часов из одной комнаты в другую. Если возможно более длительное выключение напряжения сети, то параллельно конденсатору следует включить батарейку «Крона» или аккумулятор типа 7Д-0Д с номинальным напряжение»- 7,5 — 9 В.
Конструктивно часы выполнены в виде двух блоков: основного и питающего. Основной блок имеет размеры 115X65X50 мм, питающее устройстве» 80X40X50 мм. Основной блок установлен на подставке от письменного прибора.

Индикатор, микросхема	Сегменты анода индикатора								Сетка	Катсд	Общий
	а	б b	в	г	д	е	ж	Точка
ИВ-З, ИВ-6	2	4	1	3	5	10	6	11	9	7	8
ИВ- 1lH	6	8	5	7	9	3	10	4	2	11	1
ИВ-12	8	10	7	9	1	6	5	-	4	2	3
ИВ-22	7	8	4	3	10	2	11	1	6	12	5
К176ИЕЗ, К176ИЕ4	9	8	10	1	13	11	12	-	-	-	7
К176ИЕ12	-	-	-	-	-	-	-	4	-	-	8

Литература

Схема: есть (ATmega8)

Плата:есть ( Sprint-Layout 6)

Прошивка:есть

Исходник: eсть

Описание: eсть

Особенности: датчик температуры,будильник, миниатюрный индикатор, эффекты разделителей, эффекты смены цифр, датчик освещенности, есть платы для нескольких индикаторов.

Схема:

Предисловие

Толчком к созданию описанных ниже часов стала покупка на радиорынке по смешной цене одного из самых маленьких отечественных многоразрядных вакуумно-люминсцентных индикаторов (ВЛИ) - индикатора ИВ-21, имеющего 8 цифровых и один служебный разряд в колбе длиной всего лишь 70мм и диаметром 15мм.

Вообще говоря, мне не очень-то нравятся ВЛИ по сравнению с газоразрядными индикаторами (ГРИ, или иностранное NIXIE), однако, мимо этого индикатора я пройти не смог - уж больно красиво он выглядел. Смотрите сами: почти всю колбу занимает подложка из розовой керамики, на которой люминофором нанесены семисегментные разряды, причём сегменты эти имеют не совсем обычную форму, как, например, в светодиодных индикаторах. Поверх сегментов расположены ячеистые сетки, которые при взгляде под определённым углом выглядят золотистыми (к сожалению, фото ниже не может этого передать).

Однако, миниатюрность индикатора влечёт за собой множество проблем. Цель создания часов на ВЛИ и ГРИ - не просто сделать прибор для отображения времени. Для этого можно использовать и обычные светодиодные индикаторы, которые лучше по многим параметрам, да и не требуют, например, высоких напряжений и сложных схем управления. Тут важна эстетика, внешний вид готовой конструкции. На корпус часов в таком случае обычно тратится огромное количество времени, часто даже больше, чем на изготовление электроники.

Если поместить такой индикатор, как ИВ-21, в огромный корпус, ни о какой эстетике не может идти и речи. К тому же, индикатор должен быть на виду, а не стоять за зелёным стеклом, как в калькуляторе - какой тогда во всём этом смысл? За стеклом выглядят почти одинаково и ВЛИ, и светодиодные индикаторы. Не стоит забывать также и о надёжном креплении - нельзя просто так взять и припаять лампы за выводы с одной стороны, не закрепив никак вторую сторону. Поэтому в корпусе должны быть какие-нибудь подставки с обеих сторон, крепящие индикатор. Это сразу делает корпус весьма громоздким.

Наконец, было найдено компромиссное решение: сделать часы без корпуса в привычном понимании этого слова. Было решено в основании часов расположить две горизонтальные печатные платы, на которых разместить основную часть схемы часов, а индикатор закрепить с помощью двух вертикальных плат, подключающихся к верхней горизонтальной штыревыми разъёмами.

Итак, с внешним видом часов определились. Теперь перейдём к схеме.

Начнём с начала, то есть с питания.

От источника питания требуется сформировать 3 напряжения: +5В для питания логической части часов, -22В для катода ИВ-21 и ~2,4В для питания накала лампы (подогревателя). С первым и третьим напряжениями всё ясно. Объясню, зачем нужно именно отрицательное напряжение для катода. Существует два варианта управления ВЛИ, у которых напряжение на анодах-сегментах и сетках относительно катода превышает напряжение питания логической части - так называемые схемы с "нижним" и "верхним" питанием логической части.

Ниже немного теории, куда же без неё!

"Нижнее" питание подразумевает, что общий провод логической части имеет одинаковый потенциал с катодом индикатора. При этом на аноды следует подавать высокое (по отношению к напряжению питания логики) напряжение порядка +(20-30)В. Для этого необходимы преобразователи уровня на каждый анод и каждую сетку индикатора, которые преобразуют +5В с выхода логической части в +(20-30)В на анодах и сетках. Есть три варианта схемы таких преобразователей. Первый - самый простой - использовать специализированную микросхему для управления ВЛИ. Однако, такие микросхемы обычно дороги и труднодоставаемы. Второй - подключить все аноды и сетки к +(20-30)В через резисторы номиналом 10-30кОм и с помощью транзисторных ключей на одном NPN-транзисторе каждый замыкать эти аноды и сетки на общий провод. Этот вариант плох тем, что на резисторе неактивного анода или сетки падает всё анодное напряжение, что вызывает его (резистора) нагрев и даёт лишнюю нагрузку на источник анодного напряжения. Наконец, третий вариант - использовать двухтранзисторные ключи на паре транзисторов NPN+PNP. В этом варианте нет ничего плохого, кроме того, что на каждый ключ нужно 2 транзистора и минимум 3 резистора. Таких ключей нужно для ИВ-21 17 штук, 8 на сегменты и 9 на сетки. Это всё займёт очень много места на печатной плате, что никуда ни годится, если нужно сделать часы как можно меньше (индикатор-то маленький!).

Схема варианта с "нижним" питанием (упрощённая, многое не показано):

"Верхним" называется вариант питания, когда +5В питания логической части - это анодное напряжение, т.е. на активном аноде (сетке) присутствует напряжение +5В (относительно общего провода логической части). Для зажигания индикатора требуется напряжение порядка 20-30В на анодах относительно катода, а для этого на катод нужно подать отрицательный потенциал. Теперь для управления анодами и сетками достаточно всего лишь каскада с ОЭ на PNP-транзисторе.

Схема варианта с "верхним" питанием (также упрощённая):

Исходя из вышесказанного, было выбрано "верхнее" питание.

На схеме ниже упрощённо изображён узел получения запирающего напряжения на неактивных анодах и сетках:

На этом с теорией закончили. Переходим к практике.

Сохраненный архив статьи.

Я же хочу поведать о своем опыте создания миниатюрных часов на ВЛИ или, как их еще называют, VFD.

Заинтересовал меня проект вот этими тремя изображениями на форуме:

Идея корпуса хороша, тем более что ИВ-18 у меня самого есть, для подобного проекта. Диаметр колец 22мм!

Конечно без трансформатора при такой миниатюризации обойтись сложно. В добавок ко всему, автор применил связку КФ1211ЕУ1 + IRF7303.

КФ1211ЕУ1 в наших краях достать проблематично, что не обрадовало.

Сердечник для трансформатора стоит сущие копейки и, главное, его можно купить в магазине на Украине и в России:).

Получается вот такой миниатюрный источник(диаметр колечка сердечника 1см):

Надо попытаться проверить работу сего чуда!

Самые распространенные у меня SVE 9SS03 (установлен в кассовом апарате Samsung 250), SVE 11MS21(установленный в кассе от Datecs) и SVE-10MS14(из кассы Samsung 350). Каждого шт по 10. Второй и третий 11 и 10 разрядные отпали, т.к. схема для 9 разрядного индикатора и что либо менять в прошивке(окромя нумерации) не собирался, поэтому часы я собирал на SVE 9SS03 .

Размер индикатора 9см на 2 см. Размер цифры 8мм.

В результате мы должны получить миниатюрные часы и питанием от USB под монитор персоналки .

Специально под этот проект я заказал цифровые транзисторы DTA114 на али ,
что позволило развести плату в одном слое.

В схеме переставлены под плату назначение выводов мк, использован другой источник.

Плата односторонняя с несколькими перемычками под SMD.
Не сложная.

Сборка начинается с Источника питания и последующей проверкой оного.
Без накальной нагрузки, желательно, не включать.

Провод для трансформатора взят из сгоревших экономок

Скрин расчета в ExcellentIT:

Реально:
Первичка 2х5 - 0.3
Вторичка 2х35 - 0.1
Накальная 2х1 - 0.3 + токограничительные резисторы 7,4 Ома.

Изготавливаем челнок, наматываем на него около 1-1.5м провода и виток к витку наматываем анодную обмотку. У меня дело занимает минут 15.

Предлагаю для обзора и возможно повторения данную конструкцию часов на советских люминесцентных индикаторах ИВ-11.

Схема (рисунок 1) довольна проста и при правильной сборке работает сразу. В основе часов лежит микросхема к176ие18 и представляет собой специализированный двоичный счётчик с генератором и мультиплексором.

В состав микросхемы К176ИЕ18 входит генератор (выводы 12 и 13), рассчитанный на работу с внешним кварцевым резонатором частотой 32 768 Гц, и два делителя частоты с коэффициентами деления 215=32768 и 60.

К176ИЕ18 имеет специальный формирователь звукового сигнала. При подаче на вход вывод 9 импульса положительной полярности с выхода микросхемы К176ИЕ13 на выводе 7 К176ИЕ18 появляются пачки отрицательных импульсов с частотой заполнения 2048 Гц и скважностью 2. Длительность пачек - 0,5 с, период заполнения - 1 с.

Рис. 1. Схема электроных часов на микросхемах серии К176 и индикаторах ИВ-11.

Выход звукового сигнала (вывод 7) выполнен с "открытым" стоком и позволяет подключать излучатели сопротивлением более 50 Ом без эмиттериых повторителей. За основу мною была взята схема с сайта "radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1480".

При сборке были обнаружены значительные ошибки автора данной статьи в печатной плате и нумерации некоторых выводов, кроме того предложеный автором вариант печатки был выполнен в лаеуте,что не очень удобно и плюс ко всему вид со стороны деталей одновременно с проводниками со стороны пайки.

Проще говоря вид с верху в прозрачном варианте, при нанесении рисунка проводников требуется делать перевертыш печатки по горизонтали в зеркальном варианте, еще один минус.

Исходя из всего этого исправил все ошибки в разводке печатки и перевел сразу в зеркальном отбражении. На фото (рисунок 2) представлена печатная плата автора с неправильной разводкой. На фото (рисунки 3 и 4) моя версия, исправленая отзеркаленая печатка вид со стороны дорожек.

Рис. 2. Оригинальная печатная плата (с ошибками!).

Рис. 3. Исправленая отзеркаленая печатка для схемы часов, вид со стороны дорожек (индикаторы).

Рис. 4. Исправленая отзеркаленая печатка для схемы часов, вид со стороны дорожек (логика).

Теперь несколько слов по схеме. При сборке и опробовании схемы столкнулся с теми же проблемами что и людей оставивших коментарии у автора, а именно: нагрев стабилитронов, сильный нагрев транзисторов в преобразователе, нагрев гасящих конденсаторов, проблема по накалу.

В конечном итоге гасящие конденсаторы были составлены на общую емкость 0.95 мкф.два конденсатора 0,47х400в и один 0.01х400в. Резистор R18 заменен от указоного номинала на схеме на 470ком. Стабилитроны - наши д814в.

Резистор R21 в базах преобразователя заменил на 56ком. Трансформатор намотал на кольце выдраном из старого соеденительного кабеля монитора с системным блоком компьюьера. Вторичной обмотки намотано 21х21виток провода 0,4 , первичная содержит 120 витков проводом 0,2.

Вот впрочем все изменения в схеме, которые позволили устранить вышеперечисленные сложности. Транзисторы преобразователя греются достаточно, думается градусов 60-65, но работают без проблем.

Рис. 5. Готовая плата для логики часов.

Изначально вместо кт3102 и 3107 пробовал ставить пару кт817, 814 - тоже работают, чуть теплые, но как то не устойчиво. При включении запускался преобразователь через раз.

Не стал ничего переделывать оставил как есть. В качестве излучателя использовал попавшийся на глаза динамик от какого-то сотового телефона, его и поставил. Звук не слишком громкий, но достаточный чтоб разбудить утром.

Рис. 6. Платы логики и индикаторов для часов на ИВ-11.

И последнее, что можно отнести к недостатку или к достоинству - так это вариант безтрансформаторного питания. Несомненно при наладке или каких других манипуляциях со схемой есть риск отхватить нехилый удар током, не говоря уже про более плачевные последствия.

Рис. 7. Внешний вид запущенных часов без корпуса.

При опробовании и наладке пользовался понижающим трансформатором на 24 вольта переменки по вторичке. Подключал сразу к диодному мосту, кнопок как у автора я не нашел, взял какие были под рукой воткнул их в выточеные отверстия корпуса и все.

Рис. 8. Внешний вид готовых часов на индикаторах ИВ-11.

Рис. 9. Внешний вид готовых часов на индикаторах ИВ-11 (вид под углом).

Корпус сделан из пресованой фанеры, склееной клеем ПВА и обклееным декор пленкой. Получилось вполне сносно. Итог проделаной работы: еще одни часы дома и исправленая рабочая версия для желающих повторить. Вместо ив-11 можно ставить ив3,6,22 и подобные. Все будут работать без проблем, с учетом цоколевки конечно.

Приветствую! Обзор будет посвящен вакуумно-люминесцентному индикатору ИВ-18 и сборке часов на его основе. Расскажу про каждый функциональный узел в схеме, будет много фото, картинок, текста и, конечно же, DIY. Если интересно, заходим под cut.

Совсем чуть-чуть лирики
У меня давно была идея собрать часы на газоразрядных или люминесцентных индикаторах. Согласитесь - выглядит это винтажно, тепло и лампово. Такие часы, например, в деревянном корпусе, смогут занять достойное место в интерьере или на столе радиолюбителя. Реализовать свою идею все как-то не получалось. Сначала хотел собрать на ИВ-12. Такие лампы нашлись дома в куче «хлама».
(Картинка для примера из интернета).

Потом на ИН-18. Это одна из самых больших индикаторных ламп, но узнав цену одной штуки, от этой затеи отказался. (Картинка для примера из интернета).

Затем захотел повторить схему на ИН-14. (Картинка для примера из интернета).

Уже развел печатную плату, но заминка случилась из-за ламп. Найти их в Норильске не удалось. Потом нашел комплект из 6 штук на ebay. Пока раздумывал, энтузиазм поугас, появились другие проекты. Идея снова не была реализована.
На одном из тематических сайтов для радиолюбителей, увидел вот такие часы.


Нашел информацию, это оказались Ice Tube Clock от Adafruit. Мне они очень понравились, однако цена за комплект для самостоятельной сборки составляет $85, без учета стоимости доставки. Тут же пришло решение - буду собирать сам! Индикатором в таких часах является ИВ-18. Купить такой же в русских интернет-магазинах я не смог, то не было доставки до Норильска, то продажа только оптом. В общем, в порыве энтузиазма заказал его на ebay. Продавец оказался из Нижнего Тагила (доставляет по всему миру). После оплаты продавец вернул стоимость международной доставки $5. Через 3 недели посылка была у меня в руках. На всякий случай заказал 2 шт, так как переживал, что в дороге могут разбиться.

Упаковка
В качестве упаковки - обычный конверт с пупырками, индикаторы находились в пластиковых трубках с дополнительной оберткой внутри. Такая форма упаковки оказалась вполне надежной.

Внешний вид












Назначение и устройство
Индикатор цифровой многоразрядный вакуумный люминесцентный (ВЛИ) предназначен для отображения информации в виде цифр от 0 до 9 и десятичного знака в каждом из 8 цифровых разрядов, и вспомогательной информации на одном служебном разряде.
ВЛИ представляет собой электровакуумный триод прямого накала с множеством покрытых люминофором анодов. Параметры лампы подобраны таким образом, чтобы она могла работать при низких анодных напряжениях - от 27 до 50 В.
Катод представляет собой катод прямого накала из вольфрама с добавлением 2 % тория для облегчения эмиссии при сравнительно небольшой температуре.
В индикаторе две параллельно соединённых нитей накала диаметром меньше человеческого волоса. Для их натяжения применены небольшие плоские пружины. Напряжение накала составляет от 4,3 до 5,5 В.
Сетки ВЛИ - плоские. Количество сеток равно количеству знакомест индикатора. Назначение сеток - двоякое: во-первых, они уменьшают напряжение, достаточное для того, чтобы индикатор светился ярко, а во-вторых, обеспечивают возможность коммутации разрядов при динамической индикации.
Аноды покрыты люминофором с небольшой энергией возбуждения, составляющей всего несколько электрон-вольт. Именно этот факт и позволяет лампе работать при низком анодном напряжении.

Технические характеристики
Цвет свечения: Зеленый
Номинальная яркость индикатора одного цифрового разряда – 900 кд/м2, служебного разряда – 200 кд/м2.
Напряжение накала: 4,3–5,5 В
Ток накала: 85 ± 10 мА
Напряжение анода–сегмента импульсное: 50 В
Наибольшее напряжение анодов–сегментов: 70 В
Наибольший ток анода-сегмента: 1,3 мА
Ток анодов–сегментов импульсный суммарный ИВ–18: 40 мА
Напряжение сетки импульсное: 50 В
Наибольшее напряжение сетки импульсное: 70 В
Минимальная наработка: 10 000 ч
Яркость индикатора, изменяющаяся в течение минимальной наработки, не менее: 100 кд/м2

Габаритные размеры

Распиновка ИВ-18 (тип-2)

1– Катод, проводящий слой внутренней поверхности баллона;
2– dp1...dp8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
3 – d1...d8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
4 – c1...c8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
5 – e1...e8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
6 – Не подключать (свободный);
7 – Не подключать (свободный);
8– Не подключать (свободный);
9 – g1...g8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
10 – b1...b8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
11 – f1...f8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
12 – a1...a8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд;
13 – Катод;
14 – Сетка 9го разряда;
15 – Сетка 1го разряда;
16 – Сетка 3го разряда;
17 – Сетка 5го разряда;
18 – Сетка 8го разряда;
19 – Сетка 7го разряда;
20 – Сетка 6го разряда;
21 – Сетка 4го разряда;
22 – Сетка 2го разряда.

Сведения о назначении выводов справедливы только для индикатора тип-2 . Существует и тип-1, а как понять, какой «тип» индикатора окажется у вас?! Все просто! Исходя из описания, выводы 6, 7, 8 никуда не подключены, т.е. висят в воздухе в самом баллоне! Это очень хорошо видно.


Дабы не томить читателя, сразу приведу электрическую схему.

На всякий случай продублирую схему на в максимальном разрешении. Там же будет и файл с прошивкой.

Дальше для новичков я подробно расскажу, как работает схема, а бывалые меня поправят, если что.
1. Микроконтроллер


За работу схемы отвечает микроконтроллер в DIP корпусе, он управляет драйвером индикатора и блоком анодного напряжения, получает данные от «часовой» микросхемы, а также к нему подключен энкодер для управления часами. Будьте внимательны, при использовании в корпусе TQFP распиновка будет другой. При желании, можно Atmega328P-PU заменить на Atmega168PA, памяти хватит, но я взял с запасом, для будущих прошивок (на текущий момент она составляет 11,8 Кб). Также вместо «голой» атмеги можно приметить Arduino, в этом случае надо смотреть пин маппинг (какой цифровой вход/выход соответствует выводу на мк). В данной схеме включение контроллера типовое, он работает на частоте 16 МГц от внешнего кварцевого резонатора. Соответственно фьюзы равны:
Low Fuse 0xFF , High Fuse 0xDE , Extended Fuse 0x05 . Reset подтянут к плюсу питания через резистор. После правильной установки фьюзов прошивку загружал через колодку ICSP (SCK, MOSI, MISO, RESET, GND, Vcc).

2. Питание


Входное напряжение 9В поступает на линейный стабилизатор и понижается до 5В. Это напряжение необходимо для питания «цифровой логики», оно поступает на микроконтроллер и драйвер MAX6921. Т.к. наш мк работает на частоте 16 МГц, то рекомендованное напряжение (исходя из даташит) 5В. Схема включения стабилизатора типовая, вместо L7805 можно применить любой другой, хоть КР142ЕН5.

В схеме также необходимо питание 3,3 В, для этого я применил стабилизатор . Этим напряжением питаются «часовая» микросхема DS3231 и накал для индикатора. Схема включения - исходя из даташит стабилизатора.
Тут хочу обратить ваше внимание на пару моментов:
1. Из описания ИВ-18 следует, что напряжение накала от 4,7 до 5,5 В, и во многих схемах подают 5 В, например, как в Ice Tube Clock. На самом деле видимое свечение наступает уже при 2,7 В, поэтому 3,3 В считаю оптимальным. При настройке часов на максимальную яркость уровень свечения очень приличный. Подозреваю, что питая индикатор этим напряжением, вы значительно продлите срок его службы.
2. Для равномерного свечения на накал подают либо переменное напряжение, либо источник прямоугольного сигнала. В общем-то работа показала, что при питании «постоянкой» эффекта неравномерности нет (я не увидел), поэтому заморачиваться не стал.

Для получения анодного напряжения использована схема простейшего step up преобразователя, которая состоит из дросселя L1, полевого транзистора , диода Шоттки и конденсатора С8. Попробую объяснить, как это работает, для этого представим схему в виде:
Первый этап


Второй этап


Работа преобразователя проходит в два этапа. Представим себе, что транзистор VT1 выступает в роли ключа S1. На первом этапе транзистор открыт (ключ замкнут), ток от источника проходит через дроссель L, в сердечнике которого энергия накапливается в виде магнитного поля. На втором этапе транзистор закрыт (ключ разомкнут), запасенная энергия в катушке начинает высвобождаться, и ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате напряжение в катушке резко подскакивает, проходит через диод VD и накапливается в конденсаторе С. Затем ключ снова замыкается, и катушка снова начинает получать энергию, в то время как нагрузка «питается» от конденсатора С, а диод VD не дает току уйти обратно в источник питания. Этапы повторяются друг за другом, не давая конденсатору «опустошиться».
Транзистор управляется прямоугольными импульсами с регулированием от ШИМ микроконтроллера, тем самым можно менять время заряда конденсатора С. Чем больше время заряда, тем выше напряжение на нагрузке. В интернете есть для расчета выходного напряжения в зависимости от частоты ШИМ, индуктивности и емкости.

Резисторы R3 и R4 представляют собой делитель, напряжение с которого поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера. Это необходимо для контроля напряжения на анодах (допускается не более 70 В) и регулировки яркости. Информация об анодном напряжении выводится на индикатор в одном из режимов работы. Например, при 30 В напряжение на делителе будет около 0,3 В. Почему именно такое отношение делителя, спросите вы?! Тут все дело в принципе работы АЦП, который заключается в постоянном сравнении поступившего напряжения с «эталонным» источником опорного напряжения (ИОН), при этом входное напряжение на АЦП не может быть больше ИОН. В качестве источника опорного напряжения могут выступать: напряжение питания микроконтроллера, напряжение, поданное на пин Aref или внутренний. В данной схеме применяется внутренний ИОН, который равен 1,1 В. Вот с ним и будет происходить сравнение напряжения, полученного с делителя.

3. Часовая микросхема


В качестве часов реального времени используется микросхема фирмы Dallas Semiconductor. Это высокоточные часы реального времени (RTC) со встроенными I2C интерфейсом, термокомпенсированным кварцевым генератором (TCXO) и кварцевым резонатором в одном корпусе. По сравнению с традиционными решениями на базе кварцевых резонаторов, DS3231 имеет до пяти раз большую точность хронометрирования в диапазоне температур от -40 С до +85 С. Подключение типовое, осуществляется по шине I2C, которая подтянута резисторами к плюсу питания. Данная микросхема имеет встроенный датчик температуры, информацию с которого будем брать для комнатного термометра. Батарея CR2032 служит источником резервного питания, чтобы часы не сбрасывались при отключении.

4. Энкодер


В этой схеме применяется инкрементный энкодер для настройки часов и выбора режима работы. Желательно использовать со встроенной тактовой кнопкой. Принцип работы заключается в том, что энкодер выдает импульсы («тики») при повороте ручки. Наша задача посредством микроконтроллера вылавливать эти «тики». В данном случае, происходит кратковременное замыкание на землю. Для подавления дребезга контактов используются внутренние подтягивающие резисторы мк, а также конденсаторы 0,1 мкФ. Также обратите внимание, что подключение энкодера сделано на выводы мк внешнего прерывания (INT), это важно.

5. Индикатор и драйвер
Индикатор ИВ-18 представляет собой радиолампу - триод с катодом прямого накала, управляющими сетками (работающих от «плюса» питания) и кучей анодов с люминесцентным покрытием. Над каждой группой анодных сегментов (a, b, c, d, e, f, g) находится отдельная сетка.
Принцип индикации цифры одного из разрядов таков: электрическое поле управляющей сетки ускоряет электроны, которые, пролетая через редкую сетку, достигают тех анодов-сегментов, на которые подано анодное напряжение. Электроны, попадая на люминофор, вызывают его свечение.
Для вывода цифры одного разряда достаточно подать напряжение на соответствующие аноды-сегменты и сетку. Это будет статичная индикация. Чтобы зажечь все цифры в каждом разряде, необходимо использовать динамическую индикацию, т.к. аноды-сегменты во всех одноименных разрядах соединены между собой и имеют общие выводы. Сетка для каждого разряда имеет свой отдельный вывод.
Управлять анодами-сегментами и сетками можно сборкой из транзисторных ключей, а можно специальной микросхемой-драйвером .


Микросхема является высоковольтным сдвиговым регистром, которая имеет 20 выходов с допустимым напряжением 76 В и током до 45 мА. Ввод данных осуществляется через последовательный интерфейс. CLK - вход тактирования, DIN - последовательный ввод данных, LOAD - загрузка данных, BLANK - выключение выходов, DOUT - предназначен для каскадного соединения таких же микросхем. BLANK подтягиваем к земле, т.е. драйвер будет постоянно включен.
Принцип работы MAX6921 схож с работой сдвигового регистра 74HC595. Когда на тактовом входе CLK появляется логическая единица, регистр считывает бит со входа данных Din и записывает его в самый младший разряд. При поступлении на тактовый вход следующего импульса, всё повторяется, только бит, записанный ранее, сдвигается на один разряд (начиная с OUT19 до OUT0), а его место занимает вновь пришедший бит. Когда все 20 бит заполнились и приходит двадцать первый тактовый импульс, то регистр снова начинает заполнятся с младшего разряда и всё повторяется вновь. Что бы данные появились на выходах OUT0…OUT19 нужно подать логическую единицу на вход LOAD.
Есть один нюанс с микросхемой MAX6921AWI , существует аналогичная MAX6921AUI - у неё совершенно другая цоколевка!!!
Приведу таблицу соответствия выводов драйвера и индикатора, так проще и понятней собирать, чем отслеживать электрические связи на схеме.


С теорией закончили, переходим к практике. Прежде чем делать печатную плату, сначала собираю на макетке. Ведь всегда приходится что-то добавлять, модифицировать, проверять режимы работы и т.д.

Вид сверху


Вид снизу. Тут картинка не для слабонервных, знатная «джигурда» получилась.


Надеваем кембрики и устанавливаем индикатор в отдельную плату.




Собираем в кучу.








В работе выглядят так. Фотал без внешнего освещения, виден шум матрицы.

Под спойлером будет информация о всех режимах работы.

Меню часов

Вход в меню осуществляется: поворотом или нажатием энкодера. Выход - через параметр EXIT, либо автоматический выход через 10 секунд.
Установка времени


Установка даты


Например: месяц ноябрь


День 20


Год 2016


Меню дисплей для настройки режима отображения даты, времени, температуры.


Часы-минуты-секунды


Часы-минуты-день


Часы-минуты-температура


Месяц-день


Часы-минуты-анодное напряжение


Настройка уровня яркости


От 1 до 7


Режим «банк». Имеет два состояния включено и выключено. Если включено - попеременное отображение времени (в формате настроенном выше), даты и температуры.












Выход из меню

Электрические тесты
При минимальной яркости: анодное напряжение 21,9 В, на затворе VT1 1,33 В.


При максимальной яркости: анодное напряжение 44,7 В, на затворе VT1 3,11 В.


Ток накала индикатора 56,8 мА, общий ток потребления часов 110,8 мА.


Заключение и мысли на будущее
Что хочу сделать:
- Развести печатную плату
- Придумать и сделать дизайнерский корпус
- Добавить уличный датчик температуры
- Добавить часам интерактивности, т.к. у мк свободный uart, можно подключить блютуз и передавать любую информацию, можно подключить esp`шку и парсить сайты с погодой, курсами валют и т.д. Потенциал к модернизации очень большой.
В общем, есть над чем подумать\поработать. Готов выслушать критику, а также ответить на вопросы в комментариях. Планирую купить +53 Добавить в избранное Обзор понравился +194 +317

Была затея создать часы на лампах ИВ, в закромах лежало пять новых ламп ИВ-11 и столько же ИВ-6, осталось только их применить.
что должны были в себе содержать часы:
1. Текущее время;
2. Будильник;
3. Встроенный календарь (учитываем число дней в феврале, в т.ч. в високосном году) + просчет дня недели;
4. Автоматическая регулировка яркости индикатора;
5. Звуковой сигнал каждый час.
Вот основные составные любых часов. Регулировка яркости нужна из-за того что лампы ИВ днем светят нормально, а в темное время суток они уж очень яркие и слепят, особенно ночью когда спишь.
Схема часов

В схеме ничего нового и сверхъестественного: часы реального времени DS1307, динамическая индикация, несколько кнопок управления, все это под управлением ATmega8.
Для замера освещенности в комнате применен фотодиод ФД-263-01, как наиболее чувствительный из доступных. Правда у него со спектральной чувствительностью косяк есть небольшой - пик чувствительности находиться в инфракрасном диапазоне и как следствие он на отлично чует свет солнца/ламп накаливания, а люминесцентных ламп/светодиодного освещения - на троечку.
Анодные/сеточные транзисторы - BC856, PNP с максимальным рабочим напряжением 80в.
Для индикации секунд меньший по габаритам ИВ-6, так как он имеет меньшее напряжение накала - гасящий резистор на 5-10Ом ему в помощь.
Под сигнал будильника - пьезоизлучатель со встроенным генератором на 5В.
От блока питания вся схема потребляет по линии +9в до 50мА, накал - 1,5в 450мА, накал относительно земли находиться под потенциалом -40в, потребление - до 50мА. Итого в сумме максимум 3Вт.
Точность хода кварцевого генератора DS1307 оставляет желать лучшего - после промывки платы и подбора емкостей обвязки кварца удалось добиться что то около +/-2 сек в сутки. Точнее - частота плывет от температуры, влажности и положения планет - совсем не то, что хотелось. Помозговав немного над проблемой, решился - заказал микросхемку DS32KHZ - довольно популярный термокомпенсированный кварцевый генератор.
Генератор не зря такой дорогой - с ним по справочнику производитель обещается повысить точность часов до +/- 0,28 сек в сутки. В реальности же при допустимых режимах питания и температурном диапазоне мне не удалось увидеть изменение частоты от внешних факторов.
После сбора корпуса и "причесывания" прошивки у часов осталось 3 кнопки: условно назовем их "А" "В" "С".
В нормальном состоянии кнопка "С" отвечает за переключение режима с отображения времени "часы - минуты" на дату "число - месяц", секундный индикатор при этом отображает день недели, деле на год, далее в режим "минуты - секунды", по четвертому нажатию - в первоначальное состояние. Кнопка "А" при этом быстрый переход в отображение времени.
Из режима "часы - минуты" кнопка "А" переключает по кругу в режим "настройка будильника" / "настройка времени, даты" / "настройка яркости индикатора". При этом кнопка "В" - переключает по разрядам, а "С" - собственно изменяет выбранный разряд.
Режим "настройка будильника", буква А (Alarm) на среднем индикаторе означает что будильник включен.
Режим "настройка времени, даты" - когда выбран разряд "секунды" кнопка "С" - округляет их (с 00 до 29 сбрасывает их в 00, с 30 до 59 сбрасывает в 00 и добавляет +1 к минуте).
В режиме "настройка времени, даты" на выводе SQW м/с DS1307 меандр 32,768кГц - необходим при подборе кварца/емкостей к генератору, в остальных режимах на нем 1Гц.
Перед включением часов нужно подобрать протекающий ток через нити накала, он настраивается визуально чтоб нити накала на всех лампах в темноте были чуть красные, так они проживут дольше

Режим "настройка яркости индикатора": "AU" - автоматический, показывает измеренную освещенности в у.е. ;) "US" - ручная настройка в тех же единицах.

DS1307 и DS32KHZ питаются от батарейки CR2032 и когда пропадает питание время не сбивается, а продолжает ход, отключается только Мега8 и все ее обвязка с индикаторами, а стабилизированный кварц и часы реального времени продолжают свою работу, потребляют они крайне мало и батарейки должно хватить на очень долго.

Яркость может регулироваться как вручную так и автоматически, так как простой фотодиод меня не устраивал по своим параметрам то пришлось лепить фотореле по схеме ниже:

фотодиод любой, я использовал ФД-К-155, подстроечный резистор нужен для определения яркости срабатывания, вместо реле нужно ставить низковольтное герконовое реле, с его выводов общий цепляем на общий провод часов, а два остальные через переменные резисторы 10-500кОм вместо фотодиода на порт PC0 контроллера, таким образом резистор будет собой заменять фотодиод и определенным номиналом резистора можно подстроить нужную вам яркость которая будет днем и ночью когда будет срабатывать фотореле.

Фьюзы ATmega8 на внутренний генератор 8 Мгц:

Вот собственно что получилось в железе:

нижняя часть корпуса с потайными кнопками и отверстием под динамик

отдельно платка фотореле