Orologio da parete digitale su pcb con microcontrollore avr atmega16 e ds3231 rtc

Ogni orologio digitale ha un cristallo al suo interno per tenere traccia del tempo. Questo cristallo non è solo presente nell'orologio, ma è presente anche in tutti i sistemi informatici in tempo reale. Questo cristallo genera impulsi di clock, necessari per i calcoli di temporizzazione. Sebbene ci siano altri modi per ottenere impulsi di clock per una maggiore precisione e frequenza, il modo preferito è usare il cristallo per tenere traccia del tempo. Qui faremo DS3231 RTC IC per costruire un orologio da parete digitale basato su Atmega16. DS3231 RTC ha un cristallo estremamente preciso al suo interno, quindi non è necessario alcun oscillatore a cristallo esterno.

In questo progetto di orologio digitale, vengono utilizzati dieci display a 7 segmenti con anodo comune da 0,8 pollici per visualizzare l'ora e la data. Qui vengono utilizzati sette display a segmenti per mostrare ora, minuti, data, mese e anno. Il nostro design PCB ha anche opzioni per visualizzare i secondi e la temperatura, che possono essere visualizzati aggiungendo più unità di visualizzazione.

Componenti richiesti

1. Microcontrollore ATmega16 AVR
2. DS3231 RTC IC
3. Anodo comune Display a sette segmenti da 0,8 pollici (il display di dimensioni più grandi del comune (0,56 pollici)
4. Premi il bottone
5. Pila a bottone 3v
6. 7805 regolatore di tensione
7. Condensatore 1000uf
8. Buzzer (opzionale)
9. Transistor BC547 e BC557
10. Condensatore 10uf
11. Resistenza da 100 Ohm
12. Resistenza da 1k
13. Resistenza da 10k
14. Scheda PCB
15. Cavi jumper
16. Burgstips
17. Adattatore di alimentazione

L'utente può anche utilizzare Atmega32 che deve essere configurato nel compilatore prima di generare esadecimale.

Schema del circuito e spiegazione

Ci sono due parti di questo circuito dell'orologio da parete digitale, una è la parte del display che ha 5 coppie di 7 segmenti su cinque diverse schede PCB e un'altra è la parte dell'unità controllata che è responsabile del recupero dell'ora dal chip RTC e dell'invio di dati e ora Display a 7 segmenti. Poiché abbiamo utilizzato 10 display a sette segmenti, non possiamo collegare ogni display con una porta IO separata. Quindi qui la tecnica di multiplexing viene utilizzata per collegare più sette segmenti utilizzando meno pin del microcontrollore.

I pin LED a, b, c, d, e, f, g, h del display a sette segmenti sono collegati a PORTB di atmega16 parallelo. Qui abbiamo utilizzato 10 display a sette segmenti, quindi abbiamo bisogno di 10 pin di controllo collegati a PORTD, PORTA e PORTC.

L'RTC DS3231 con un cristallo interno è collegato ai pin SDA e SCL di PORTC perché questo chip funziona sulla comunicazione I2C. Il metodo di interfacciamento di questo chip è lo stesso di DS1307. Abbiamo usato DS1307 con Arduino, Raspberry Pi e 8051 MCU. Lo stesso codice può essere utilizzato sia per DS3231 che per DS1307.

Due resistenze pull-up da 10k sono collegate sulla linea SDA e SCL. Una cella a bottone da 3v viene utilizzata per alimentare il chip RTC per tenere traccia del tempo anche quando l'alimentazione principale è spenta. Ogni volta che viene ripristinata l'alimentazione, l'ora inizierà a essere visualizzata sul display a sette segmenti. Ora abbiamo alcuni pulsanti per impostare l'ora sulla PORTA A, il processo completo è spiegato nel video fornito alla fine. Un regolatore di tensione 5v viene utilizzato per convertire la tensione di ingresso in 5v. Tutti i collegamenti sono mostrati nello schema elettrico seguente:

Per un tabellone vengono utilizzati due display a sette segmenti e 2 LED. Quindi qui abbiamo cinque diversi tabelloni per visualizzare l'ora in ore e minuti (HH-MM) e la data in GG-MM-AA.

Progettazione e fabbricazione di PCB per l'orologio digitale

Per questo progetto di orologio da parete basato su Atmega16, abbiamo progettato due PCB. Una è per l'unità di controllo che viene utilizzata per controllare tutte le operazioni del progetto e la seconda parte è per visualizzare l'ora e la data su display a sette segmenti. La parte del display contiene cinque coppie di display a sette segmenti da 0,8 pollici. Quindi assemblando 5 pezzi abbiamo l'orologio digitale completo. Per multiplexare i display a 7 segmenti, la linea dati dei 5 PCB sarà collegata alla stessa porta dell'unità di controllo e la linea di controllo sarà collegata a pin diversi dell'unità di controllo.

Di seguito sono riportate le viste dall'alto e dal basso dei layout PCB di un tabellone che consiste di due display a sette segmenti:

Di seguito sono riportate le viste dall'alto e dal basso dei PCB dell'unità di controllo

Di seguito riportiamo in allegato il file Gerber per entrambe le schede:

• File Gerber per unità di controllo basata su Atmega16
• File Gerber per tabellone a sette segmenti

Ordinare il PCB utilizzando PCBGoGo

Ci sono molti servizi di fabbricazione di PCB disponibili online, ma poiché ho utilizzato PCBGoGo in precedenza in uno dei miei altri progetti, l'ho trovato economico e senza problemi rispetto ad altri fornitori.

Ecco i passaggi per ordinare PCB da PCBGoGo:

Passaggio 1: accedi a www.pcbgogo.com, registrati se è la prima volta. Quindi, nella scheda Prototipo PCB, inserisci le dimensioni del tuo PCB, il numero di strati e il numero di PCB richiesto.

Passaggio 2: procedi facendo clic sul pulsante Cita ora . Verrai indirizzato a una pagina in cui impostare alcuni parametri aggiuntivi, se necessario, come il materiale utilizzato per la spaziatura delle tracce, ecc. Ma per lo più i valori predefiniti funzioneranno bene. L'unica cosa che dobbiamo considerare qui è il prezzo e il tempo. Come puoi vedere, il tempo di costruzione è di soli 2-3 giorni e costa solo $ 5 per il nostro PSB. È quindi possibile selezionare un metodo di spedizione preferito in base alle proprie esigenze.

Passaggio 3: il passaggio finale è caricare il file Gerber e procedere con il pagamento. Per assicurarsi che il processo sia fluido, PCBGOGO verifica se il tuo file Gerber è valido prima di procedere con il pagamento. In questo modo puoi essere certo che il tuo PCB è facile da fabbricare e ti raggiungerà come impegnato.

Ora PCBGoGo impiegherà un po 'di tempo da 10 minuti a 1 ora per rivedere il tuo file Gerber. Dopo il completamento della revisione, puoi procedere con il pagamento.

Assemblaggio del PCB

Dopo che la scheda è stata ordinata, mi è arrivata dopo alcuni giorni anche se corriere in una scatola ben imballata ben etichettata e come sempre la qualità del PCB era eccezionale. Condivido alcune immagini delle bacheche qui sotto affinché tu possa giudicare.

Ho acceso la mia barra di saldatura e ho iniziato a montare la scheda. Dato che Footprints, pad, vias e serigrafia sono perfettamente della giusta forma e dimensione, non ho avuto problemi a montare la tavola. La tavola era pronta in soli 10 minuti dal momento del disimballaggio della scatola.

Di seguito sono riportate alcune immagini della scheda dopo la saldatura.

Test dell'orologio digitale

Il codice completo è fornito alla fine di questo tutorial, basta collegare i PCB come mostrato nello schema del circuito e caricare il codice in Atmega16. E vedrai l'ora e la data apparire sui dieci display a sette segmenti.

L'ora e la data possono essere impostate utilizzando i quattro pulsanti sulla centralina come mostrato nel video sotto riportato.