Zegar cyfrowy z termometrem 1

Transkrypt

1 Zr yrowy z trmomtrm 1 Buow i zs ziłni Srm urzązni (rys. 1) jst mikrokontrolr U2. Jst to ukł irmy tml - T89C2051, w nszym zstosowniu jst on tktowny zrm 12Mz (rzontor kwrowy X1). Jst to uproszzon wrsj ukłu 8051, zon z nim prormowo w młj 20- pinowj ouowi, posiją 2kB pmięi prormu typu Flsh-PEROM (Prormml n Ersl R Only Mmory), 128 jtów pmięi RM, w lizniki zsomirz 16-itow, prormowny port szrowy, rozuowny systm przrwń orz 15 linii wjśi-wyjśi. U K4 K1 K2 K3 R1 R2 DS1820 CZUJNIK TEMP. ~230V ~230V RESET SET UP DOWN 68k R5 R6 R7 R8 R3 T1 M1 D4 TRFO 14V/20V 4 C4 24p F1 250m-T D5 R4 220R 12MHz X1 C1 4700u/35V C5 24p 1 C2 100n D3 1N V BT1 3,6V U1 Vin GND 2 R9 22R 1N4007 U2 89C2051 RST VCC P3.0 P1.7 P3.1 P1.6 XTL2 P1.5 XTL1 P1.4 P3.2 P1.3 P3.3 P1.2 P3.4 P1.1 P3.5 P1.0 GND P3.7 U3 D2 B C E1 E2 E V 74HC Y0 14 Y1 13 Y2 12 Y3 11 Y4 10 Y5 9 Y6 7 Y7 LM V +5V D1 1N4007 C6 4u7 tntl +5V 3 C3 100n R26 R27 R28 R29 T9 BC557 R17 T8 BC557 R16 T7 BC557 R15 T6 BC557 R14 T5 BC557 R13 T4 BC557 R12 T3 BC557 R11 T2 BC557 R10 T18 T19 T20 T21 D6 D7 D8 D9 R25 220R R41 220R R24 220R R40 220R R23 220R R39 220R R22 220R R38 220R R21 220R R37 220R R20 220R R36 220R R19 220R R35 220R R18 220R R34 220R 510R/0,5W R30 510R/0,5W R31 510R/0,5W R32 510R/0,5W R33 T17 T16 T15 T14 T13 T12 T11 T10 T22 BD649 T23 BD649 T24 BD649 T25 BD649 h NODY WYŚWIETLCZ KTODY WYŚWIETLCZ D V Rys. 1. Shmt iowy płytki zr Do linii P3.0 mikrokontrolr połązony zostł zujnik tmprtury U4. Jst to ukł proukowny przz irmę Dlls DS1820. Pomimo, ż tn ukł jst zmknięty w młj ouowi TO-92, to wrw pozorom m rzo uż możliwośi. Zwrty w nim 9- itowy ryzni wyklirowny z użą okłnośią prztwornik nloowo-yrowy

2 Zr yrowy z trmomtrm 2 umożliwi pomir tmprtury w zkrsi o 55 o +125 C z rozzilzośią 0,5 C. Poniwż w nszym ukłzi o wyświtlni tmprtury użyto wóh pozyji wyświtlz, otni zkrs mirzonyh tmprtur zostł ornizony o +99 C. Tmprtur jst wyświtln z zęśi ułmkowj, yż ni jst potrzn ż tk uż okłność. Jst to jk njrzij wystrzją o pomiru tmprtury powitrz. Mikrokontrolr z zujnikim komunikuj się z pośrnitwm mistrli 1-przwoowj. Dwukirunkow trnsmisj nyh oprt jst n tzw. szzlinh zsowyh (n. tim slots). Szzółow n ukłu DS1820 orz mistrli 1-przwoowj zwirją krty ktloow prount, n postwi któryh zostły npisn opowini proury prormu strująo opowiziln z ozyt tmprtury z zujnik. Rzystor R5 wymusz wysoki poziom loizny n linii nyh ukłu DS1820, zś ioy D4 i D5 zzpizją wjśi P3.0 mikrokontrolr i linię nyh zujnik przz pojwinim się synłów zinukownyh w przwozi zujnik przkrzjąyh zkrs npięi zsiljąo. Do linii P3.1..P3.3 połązon zostły przyiski strują. W stni spozynku n t wjśi pown są stny wysoki poprzz rzystory poiąją R6..R8. Niśnięi np. przyisku K1 (SET) spowouj pojwini się stnu niskio n linii P3.1, stn tn jst ozytywny w prormi strująym orz opowinio intrprtowny. Przyisk K4 (RESET) połązony zostł o linii RST mikrokontrolr i umożliwi ręzn wyzrowni mikrokontrolr. Ni zstosowno tryyjno ukłu zrująo RC, yż przy whnih npięi zsiljąo mikrokontrolr (przłązni z zsilni tryjno n siiow i owrotni) ukł tki ni ęzi ziłł prwiłowo powoują przypkow zrowni mikrokontrolr. W zszi poni synłu RESET powinno yć potrzn jyni jnorzowo pozs pirwszo włązni ukłu, jnk pozs użytkowni urzązni moż zrzyć się potrz ręzno wyzrowni mikrokontrolr np. w przypku łkowito rozłowni trii potrzymująj zsilni i zwiszni się mikrokontrolr. Pirwotni wrtość rzystor R4 wymuszjąo stn niski n wjśiu RST wynosił, l pozs pró z prototypm okzło się, ż pozs włązni zsilni siiowo nstępują przypkow zrowni mikrokontrolr spowoown zkłónimi inukownymi w przwoh łąząyh płytę z przyiskim RESET. Dlto l pwnośi poprwno unkjonowni urzązni zmnijszono wrtość to rzystor o 220Ω. Zsilni zr zpwni zsilz skłjąy się z trnsormtor siiowo o moy 20V ostrzjąo npięi ~14V, mostk prostownizo M1, konnstor iltrująo C1 orz stiliztor U1 (7805). Konnstory C2 i C3 osprzęją wjśi i wyjśi stiliztor w zkrsi wysokih zęstotliwośi, liminują możliwość jo wzuzni się. Zsilz ostrz stilizowno npięi +5V o zsilni zęśi mikroprosorowj ukłu orz npięi nistilizowno, któr jst używn o zsilni no wyświtlzy. Npięim +5V zpośrnio zsilny jst ukł U3, który wykorzystywny jst jyni pozs zsilni zr z sii 230V. Pozostł ukły, w szzólnośi mikrokontrolr U2 i zujnik U4 zsiln są przz ioę D1 npięim około 4,2V, potrzymywnym w zsi zniku zsilni siiowo npięim z trii (BT1) oniw NiC o npięiu znmionowym 3,6V i pojmnośi 300mh. Pozs zsilni z sii tri NiC jst ołowywn z źrół +5V przz ioę D3 i rzystor R9. W ukłzi molowym zostł zmirzony milimpromirzm włązonym w szr z trią NiC poór prąu pozs ołązono zsilni siiowo który wyniósł zlwi 3,5m, ntomist pozs zsilni z sii tri jst ołowywn iąłym prąm około 6m. Do linii P3.7 mikrokontrolr oprowzon jst inormj o stni zsilni siiowo. Gy npięi n konnstorz C1 przkrz 9V, zyli y jst zsilni z sii,

3 Zr yrowy z trmomtrm 3 trnzystor T1 jst nsyony poją n linię P3.7 stn niski. Ntomist y nstąpi znik zsilni siiowo i npięi n C1 spni poniżj 9V, wty npięi oprowzon n zę T1 przz zilnik R1-R2 spni poniżj 0,6V powoują ztkni T1. Wówzs n linii P3.7 pojwi się stn wysoki wymuszony przz rzystor R3. Stn n linii P3.7 jst nlizowny przz prorm strująy, który wyłąz strowni wyświtlzm orz pomir tmprtury ornizją się jyni o omirzni zsu iżąo. Dzięki tmu poór prąu z rzrwowo źrół zsilni jkim jst tri BT1 jst rzo mły. Do wyjść portu P1 (lini P1.0 o P1.7) mikrokontrolr zostły połązon wzmniz wyjśiow strują ktomi (..h) wyświtlzy. Rzystory R10..R17 ornizją prąy z trnzystorów T2..T9, ntomist rzystory R18..R25 ornizją i ustlją prą z trnzystorów wyjśiowyh moy T10..T17. Rzystory R34..R41 mją z zni przyspiszyć ztykni trnzystorów wyjśiowyh poprzz przyspiszni oprowzni łunków z z trnzystorów. W projki prototypu pozątkowo ni przwizino tyh rzystorów, jnk przprowzon próy prktyzn wykzły, ż trnzystory ni nążją łkowii się ztkć przy szykim skwnyjnym przłązniu koljnyh pozyji wyświtlz i w ki występowło zjwisko niłkowito wyszni smntów sąsiująyh z smntmi zplonymi. Zsę ziłni wzmnizy strująyh ktomi njłtwij przślzić n jnym wzmnizu, np. strująym smntm : y n wyjśiu P1.0 mikrokontrolr U2 pojwi się niski (ktywny) stn loizny, prą płynąy przz rzystor R10 i złąz B-E trnzystor T2 spowouj jo przjśi z stnu ztkni o stnu przwozni i wystrowni poprzz rzystor R18 zy trnzystor T10, który to z koli równiż przjzi w stn nsyni. Prorm strująy mikrokontrolr poją opowini kominj stnów niskih i wysokih n port P1 powouj wystrowni kto ktywnj pozyji wyświtlz, zplją opowini smnty tworzą yrę. Wyjśnini wym powó tkio skomplikowni wzmnizy strująyh ktomi wyświtlzy. Ktoś móły powizić, ż zmist tyh wszystkih trnzystorów i rzystorów prośij yłoy zstosowć ukł slony zwirjąy 8 tkih wzmnizy, np. ULN2803. Jst to jnk łęny tok myślni, yż wszystki to typu ukły mją ornizni mksymlno sumryzno prąu wszystkih wyjść o 0,5, w nszym ukłzi sumryzny prą wynosi około 1. Ponto n stopnih wyjśiowyh tkih slonyh wzmnizy występuj spk npięi około 1V, o powoowłoy nipotrzn strty moy. Lini P3.4 i P3.5 mikrokontrolr połązon są o wjść i B multiplksr U3 74HC138, który w tym wypku pruj jko kor: 2-ity n 1 z 4. Ukł zostł tk połązony, ż n jnym z ztrh wyjść Y0..Y3 pojwi się stn niski zlżni o rprzntji inrnj n wjśih i B. N pozostłyh wyjśih pnuj wty stn wysoki. Dmultiplksr zostł zstosowny z wzlęu n młą lizę linii wyjśiowyh mikrokontrolr T89C2051. Z wyjść multiplksr strown są ukły wyjśiow strują nomi wyświtlzy, któryh pirwszym oniwm są trnzystory T18..T21. Rozptrzymy sytuję, y o wjść i B multiplksr pon są stny niski (loizn zr), wty n wyjśiu Y0 pnuj stn niski, zś n pozostłyh (zyli Y1..Y3) stn wysoki. Stn niski n wyjśiu Y0 powouj, ż trnzystor T18 jst ztkny, przz o trnzystor wyjśiowy Drlinton T22 przwozi zięki polryzji jo zy prąm przz rzystor R30. Npięi któr pojwi się wty n wyjśiu 1 wynosi około 15V. Pozostł trnzystory T19..T21 są nsyon powoują, ż potnjły z trnzystorów wyjśiowyh T23..T25 są liski zru, tym smym n wyjśih 2..4 npięi są równiż liski zru. W ukłzi zstosowno wyjśiow trnzystory Drlinton, yż sumryzny prą poirny przz ktywną pozyję wyświtlz przy zplonyh wszystkih smnth (wyświtlon yr 8) wynosi około 1. Dioy D6..D9 wrz z ioą Znr D10 tworzą

4 Zr yrowy z trmomtrm 4 ukł ornizjąy npięi wyjśiow pown n noy wyświtlz o około 15V. Dzięki tmu jsność świni wyświtlz jst nizlżn o rzzywistj wrtośi npięi zsiljąo 230V i ilośi zplonyh smntów. Wyświtlz zr o wysokośi yr 20m zostł zuown w opriu o zkupion otow płytki o oznzniu VT2631/20. Kży z smntów jnj yry skł się z 15 io LED o śrniy 5mm. Dwi mnijsz płytki (VT2631/7) o wysokośi yr 7m posłużyły o zuowni wyświtlzy symolu stopni Clsjusz, jn smnt skł się z 5 io LED. Shmt lokowy ło wyświtlz przntujmy n rys ,,,,,, h K Rys. 2. Shmt lokowy wyświtlz Jk możn zuwżyć n powyższym shmi, ni zostły zmontown ioy smntu pozyji wyświtljąj zisiątki ozin. Smnt tn ni yły niy wykorzystywny. Pooni postąpiono z młymi 7m wyświtlzmi symolu C. N rys. 3 przstwiono shmty iow kżo z smntów poszzólnyh pozyji wyświtlz: yry 20m, wukropk i yry 7m. ) ) )... K... Rys. 3. Shmty iow poszzólnyh smntów wyświtlzy: ) smnt yry 20m, ) smnt wukropk, ) smnt yry 7m Rzystory 56Ω ornizją prą zostły tk orn, y wrtość hwilow prąu płynąo przz ioy wynosił około 50m, o przy zstosowniu wyświtlni skwnyjno j śrnią wrtość prąu wynosząą 12,5m. Dj to wystrzjąo orą j-

5 Zr yrowy z trmomtrm 5 sność świni wyświtlz, zś iąły przpływ prąu 50m w przypku zniku multiplksowni (zwiszni się mikrokontrolr przy łkowitym rozłowniu trii BT1 i powroi zsilni siiowo) ni spowouj uszkozni io. W łym wyświtlzu wykorzystno łązni 453 ioy LED φ5mm o zrwonj rwi świni orz 93 rzystory o wrtośi 56Ω. Połązni pomięzy poszzólnymi smntmi wykonno przy użyiu przwoów w izolji. Główn płytk zr wykonn zostł n lmini jnostronnym i m wymiry 132x127mm. Umiszzon n nij zostły wszystki lmnty przstwion n shmi z rys. 1 z wyjątkim trnsormtor siiowo, zpiznik, zujnik tmprtury i przyisków strująyh. Rys. 4 przstwi płytkę rukowną o strony lmntów z zznznim położni wszystkih lmntów. Rys. 4. Płytk rukown o strony lmntów Btri BT1 zostł przykljon o płytki rukownj i połązon z nią złązm 2- stykowym. Umożliwi to ołązni trii w rzi koniznośi. Połązni z zujnikim tmprtury orz klwiszmi strująymi wykonno przy użyiu jnorzęowo złąz. Przwoy łązą płytkę z trnsormtorm siiowym i wyświtlzm zostły przylutown n stł. Poniwż w trnzystorh T22..T25 wyzil się łązn mo około 3W, zostły przymoown o ritor. Pooni postąpiono z stiliztorm U1, w nim moż wyzilć się mo około 1,5W. Kży z rzystorów R30..R33 z wzlęu n rk rzystorów o moy 0,5W złożono z wóh równoll połązonyh rzystorów 1kΩ/0,25W. Przylutown on zostły w olłośi kilku milimtrów o płytki, yż po-

6 Zr yrowy z trmomtrm 6 zs pry nrzwją się. Ukł U2 zmontowno w postw, poniwż pozs pisni i tstowni prormu zhoził konizność jo wilokrotno wyjmowni w lu zprormowni w prormtorz. W płyt prototypowj ni przwizino mijs n rzystory R34..R41, lto zmontowno j o strony lutowni. Konizność zmontown tyh rzystorów wyniknęł pozs uruhmini urzązni, o zym npisno wzśnij. Dotkowo w szr z przwom zsiljąym ukł DS1820 włązono rzystor 33Ω, zzpizjąy lktronikę zr, w szzólnośi trię NiC, prz skutkmi przypkowo zwri w przwozi zujnik. Rzystor tn zostł przylutowny o strony śiżk, po uprznim przięiu śiżki w mijsu zznzonym n poniższym rysunku. Elmntu to ni nlży się oszukiwć n wzśnijszym shmi iowym, yż i jo umiszzni zroził się już po zmontowniu i uruhominiu ukłu. Rys. 5 przstwi mozikę śiżk o strony lutowni. Płytk prototypow zostł wykonn poprzz nnisini rysunku śiżk n lmint przy użyiu pisk woooporno i wytrwini w wonym roztworz FCl 3. Rys. 5. Mozik śiżk płytki rukownj Zuown urzązni yłoy łkowii zwrtośiow z opowinio prormu strująo. Pisni i uruhmini prormu w smlrz jst rzo zsohłonn, lto w tym przypku użyto kompiltor język C, przystosowno spjlni o mikrokontrolrów roziny Wykorzystno w tym lu rmową wrsję (z orniznim wilkośi kou o 2kB) kompiltor µvision/51 irmy Kil Sotwr. Zintrowny z kompiltorm ur znkomii ułtwi uruhmini prormu.

7 Zr yrowy z trmomtrm 7 Prorm powstwł tpmi, njpirw ył to prosty prorm tstująy poprwność pry wyświtlz. Już wty zuwżono konizność zmontowni otkowyh rzystorów R34..R41. Nstępni zostły on proury opowiziln z omirzni zsu i ustwini zr przy użyiu przyisków. N końu npisn zostły proury opowiziln z komunikję z zujnikim tmprtury. Poniwż w ukłzi ni przwizino możliwośi okłno ostrojni zęstotliwośi nrtor kwrowo przy użyiu konnstor o zminnj pojmnośi, korkt wynikją z niokłnośi nrtor zostł rozwiązn n roz prormowj. Cozinn o ozini 4:59 okonywn jst korkt skun o wrtość ustloną oświzlni. Zr z zrową wrtośią tj korkty zostł uruhomiony n 24h, po zym porównno ohyłkę omirzno zsu z okłnym zrm w komputrz, synhronizownym intrntowym zrm tomowym. W nszym przypku zuowny zr śpiszył się o 15 skun n oę, wię wprowzono ujmną korktę wynosząą 15 sk. W skompilownym kozi wynikowym jst kilk istotnyh stłyh, któr możn zmoyikowć stosowni o potrz użytkownik. Są on zpisn w pliku.hex po nstępująymi rsmi: 0312h wrtość oowj korkty zsu (omyślni 15 skun = 0F1h w kozi U2) 0439h zs trwni yklu wyświtlni zs+tmprtur (omyślni 10 skun = 0h) 043Fh zs wyświtlni zsu w yklu zs+tmprtur (omyślni 7 skun = 07h) Szzólni istotn jst prwiłow orni wrtośi korkty zsu, któr m wpływ n oową okłność omirzni zsu. Prmtry thnizn i użytkow orz instrukj osłui Urzązni hrktryzuj się nstępująymi prmtrmi thniznymi i użytkowymi: Rozj pry: iął Znmionow npięi zsilją: V/50Hz Poór moy: 20V Bzpiznik: 250m-T (zwłozny) Pojmność zstosownj trii NiC: 300mh Poór prąu przy zsilniu tryjnym: 3,5m Częstotliwość nrtor kwrowo: 12MHz Rozj zujnik tmprtury: ukł slony z prztwornikim /C Połązni z zujnikim: 3-przwoow, trnsmisj szrow Dłuość przwou zujnik: 10m, mksymlni około 50m. Wysokość yr wyświtlz: 20m Typ wyświtlz: 7-smntowy LED, wyświtlni skwnyjn Ilość yr: 4 yry + wukropk + wskźnik C Kolor świni wyświtlz: zrwony Częstotliwość wyświtlni skwnyjno: 156,25Hz Try pry: 24-ozinny Dokłność omirzni zsu: ±1 skun/oę Rozzilzość wyświtlni zsu: 1 minut Zkrs pomiru tmprtury: C Rozzilzość wyświtlni tmprtury: 1 C

8 Zr yrowy z trmomtrm 8 Nprzminn wyświtlni zsu i tmprtury: wskzni zsu: 7 skun, wskzni tmprtury: 3 skuny Przyiski strują: SET ustwini zr UP zwiększni wyrno wskzni DOWN zmnijszni wyrno wskzni RESET wryjn zrowni mikrokontrolr Zr przznzony jst o pry iąłj, lto powinin yć n stł połązony o sii zsiljąj 230V. Przrwy w zsilniu trwją pon 3 oy moą spowoowć przrwni omirzni zsu w wyniku łkowito rozłowni wwnętrznj trii NiC i konizność ręzno wyzrowni mikrokontrolr. W prkty tk sytuj ni powinn wystąpić, poniwż ż tk łui przrwy w zsilniu ni zrzją się. Zr wyposżony jst w uhwyty umożliwiją zwiszni o n śini. Czujnik tmprtury powinin yć umiszzony n zwnątrz uynku w mijsu ni nsłonznionym, y pomir ni ył złszowny przz ipło pohłnin z promini słonznyh. Osłu urzązni w zszi orniz się o okrsowj korkty omirzno zsu. Z wzlęu n użą okłność zr, w prkty potrz tkij korkty ęzi zhozić 2 rzy w roku, pozs zminy zsu z zimowo n ltni, i owrotni. Pozs normlnj pry wyświtlz nprzminn wskzuj iżąy zs i tmprturę. Dłuość trwni ło yklu wskzni zsu i tmprtury zostł n stł ustlon w prormi n 10 skun, przy zym zs wyświtlny jst przz 7 skun, zś tmprtur przz 3 skuny. Pozs wyświtlni zsu wskzni ozin i minut ozilon są wukropkim mijąym z zęstotliwośią 1Hz, zś pozs wyświtlni tmprtury z prwj strony wyświtlz wyświtlny jst symol stopni Clsjusz. Niznzą zr zisiątk ozin pozs wyświtlni zsu orz zisiątk stopni Clsjusz pozs wyświtlni tmprtury są wyszn w lu zwiększni przjrzystośi wskzń. Tmprtury ujmn synlizown są znkim wyświtlnym prz wrtośią zmirzonj tmprtury. W przypku rku komunikji mikrokontrolr z zujnikim tmprtury, np. w przypku przrwni przwou zujnik, n wyświtlzu zmist tmprtury wyświtln są w znki Prorm strująy mikrokontrolr zostł tk npisny, y przypkow krótkotrwł niśnięi owolno przyisku strująo ni spowoowło zminy wskzń n wyświtlzu. Do osłui zr użytkownik m o yspozyji nstępują przyiski: SET UP Niśnięi to przyisku przz o njmnij 2 skuny włąz prourę ustwini iżąo zsu. Dwukropk przstj mić, zś mini z zęstotliwośią 2Hz pozyji ozin synlizuj, ż używją przyisków UP i DOWN możmy zminić ih wrtość. Koljn niśnięi przyisku SET spowoują włązni ustwini minut, skun orz wyjśi z proury ustwini zsu i powrót o normlnj pry. Ustwini skun pol n ih wyzrowniu (owolnym klwiszm UP lu DOWN), przy zym jśli wskzni skun w hwili niśnięi klwisz UP lu DOWN yło 30, to iżą minuty zwiększn są o 1. W prourz ustwini iżąo zsu jnokrotn niśnięi to przyisku zwiększ wyrną pozyję o 1. Przytrzymni przyisku przz o njmnij 1 skunę spowouj włązni yklizno zwiększni wyrnj pozyji o około ¼ skuny.

9 Zr yrowy z trmomtrm 9 DOWN W prourz ustwini iżąo zsu jnokrotn niśnięi to przyisku zmnijsz wyrną pozyję o 1. Przytrzymni przyisku przz o njmnij 1 skunę spowouj włązni yklizno zmnijszni wyrnj pozyji o około ¼ skuny. Ponto jnozsn niśnięi przyisków UP i DOWN pozs normlnj pry zr (wyświtlni zsu i tmprtury) włąz skunnik. N wyświtlzu pozyj ozin zostni wyszon, ntomist z mijsu minut ęą wyświtln iżą skuny. Wyłązni to tryu pry i powrót o wyświtlni zsu i tmprtury nstępuj poprzz hwilow niśnięi owolno przyisku strująo. Przyisk RESET, o któro ostęp zostł lowo utruniony, służy o wyzrowni wwnętrzno mikrokontrolr. Potrz tk moż wystąpić w przypku łkowito rozłowni wwnętrznj trii NiC pozs łuotrwłj przrwy w zsilniu z sii 230V. Urzązni zzpizon jst wkłką zpiznikową 250m zwłozną. W przypku koniznośi wyminy przplonj wkłki nlży zwróić uwę y użyć wkłki o tyh smyh prmtrh. Ni nlży stosowć wkłk zzwłoznyh, yż moą ulć przplniu w momni włązni npięi zsiljąo przz uży hwilowy impuls prąowy łowni konnstor iltrująo zsilz.