Rellotge de paret digital en un PCB mitjançant microcontrolador AVR atmega16 i ds3231 rtc

Cada rellotge digital té un cristall al seu interior per fer un seguiment del temps. Aquest cristall no només està present al rellotge, sinó que també està present en tots els sistemes informàtics en temps real. Aquest cristall genera polsos de rellotge, que són necessaris per als càlculs de temps. Tot i que hi ha altres maneres d’obtenir impulsos de rellotge per obtenir una precisió i una freqüència més altes, però la forma més preferida és fer servir el cristall per fer un seguiment del temps. Aquí farem un DS3231 RTC IC per construir un rellotge de paret digital basat en Atmega16. El DS3231 RTC té un cristall altament precís al seu interior, de manera que no es necessita cap oscil·lador de cristall extern.

En aquest Projecte de rellotge digital, s’utilitzen deu pantalles de 7 segments de 0,8 polzades d’ànode comuns per mostrar l’hora i la data. Aquí s’utilitzen set pantalles de segments per mostrar l’hora, el minut, la data, el mes i l’any. El nostre disseny de PCB també té opcions per mostrar segons i temperatura, que es poden visualitzar afegint més unitats de visualització.

Components necessaris

1. Microcontrolador AVm ATmega16
2. IC DS3231 RTC
3. Pantalla de 7 segments d'ànode comú de 0,8 polzades (la seva pantalla de mida més gran que la de 0,56 polzades)
4. Polsador
5. Botó cel·la 3v
6. Regulador de tensió 7805
7. Condensador de 1000uf
8. Zumbador (opcional)
9. Transistors BC547 i BC557
10. Condensador de 10uf
11. Resistència de 100 ohms
12. 1k resistència
13. 10k resistència
14. Tauler PCB
15. Filferros de pont
16. Burgstips
17. Adaptador d'alimentació

L'usuari també pot utilitzar Atmega32, ha de configurar-se al compilador abans de generar hexadecimal.

Diagrama del circuit i explicació

Hi ha dues parts d’aquest circuit de rellotge de paret digital, una és la part de visualització que té 5 parells de 7 segments en cinc taules PCB diferents i una altra és una part de la unitat controlada que s’encarrega d’obtenir el temps des del xip RTC i enviar les dades i el temps a Pantalla de 7 segments. Com que hem utilitzat 10 pantalles de 7 segments, no podem connectar cada pantalla amb un port IO separat. Així, doncs, aquí s’utilitza la tècnica de multiplexació per connectar set segments amb menys pins de microcontrolador.

Els pins LED a, b, c, d, e, f, g, h de pantalla de set segments estan connectats a PORTB de atmega16 paral·lel. Aquí hem utilitzat 10 pantalles de 7 segments, de manera que necessitem 10 pins de control connectats a PORTD, PORTA i PORTC.

El RTC DS3231 amb cristall intern està connectat al pin SDA i SCL de PORTC perquè aquest xip funciona en la comunicació I2C. El mètode d’interfície d’aquest xip és el mateix que el DS1307. Hem utilitzat DS1307 amb Arduino, Raspberry Pi i 8051 MCU. Es pot utilitzar el mateix codi tant per DS3231 com per DS1307.

Es connecten dues resistències de tracció de 10 k a la línia SDA i SCL. Una cèl·lula de moneda de 3v s’utilitza per alimentar el xip RTC per controlar el temps, fins i tot quan la font d’alimentació principal està apagada. Sempre que es torni a alimentar el temps, es començarà a mostrar a la pantalla de set segments. Ara tenim alguns botons per configurar el temps a PORT A; el procés complet s’explica al vídeo que es dóna al final. S’utilitza un regulador de voltatge de 5v per convertir el voltatge d’entrada a 5v. Totes les connexions es mostren al diagrama de circuits següent:

Per a un tauler de visualització, s’utilitzen dues pantalles de set segments i 2 LED. Així doncs, aquí tenim cinc taulers de visualització diferents per mostrar l'hora en hores i minuts (HH-MM) i la data en DD-MM-AA.

Disseny i fabricació de PCB per al rellotge digital

Per a aquest projecte de rellotge de paret basat en Atmega16, hem dissenyat dos PCB. Una és per a la unitat de control que s’utilitza per controlar totes les operacions del projecte i la segona part és per mostrar l’hora i la data en pantalles de set segments. La part de visualització conté cinc parells de pantalla de 0,8 polzades de set segments. Així doncs, en muntar 5 peces disposem del rellotge digital complet. Per a pantalles multiplex de 7 segments, la línia de dades dels 5 PCB es connectarà al mateix port de la unitat de control i la línia de control es connectarà a diferents pins de la unitat de control.

A continuació es mostren les vistes superior i inferior dels dissenys de PCB d’un tauler de visualització que consta de dues pantalles de set segments:

A continuació es mostren les vistes superior i inferior dels PCB de la unitat de control

Aquí us adjuntem el fitxer Gerber per a les dues taules:

• Fitxer Gerber per a la unitat de control basada en Atmega16
• Fitxer Gerber per al tauler de visualització de set segments

Comanda del PCB mitjançant PCBGoGo

Hi ha molts serveis de fabricació de PCB disponibles en línia, però com he utilitzat PCBGoGo anteriorment en un dels meus altres projectes, em va semblar barat i sense problemes en comparació amb altres proveïdors.

Aquests són els passos per demanar PCB a PCBGoGo:

Pas 1: accediu a www.pcbgogo.com, inscriviu-vos si és la primera vegada. A continuació, a la pestanya Prototip de PCB introduïu les dimensions del PCB, el nombre de capes i el nombre de PCB que necessiteu.

Pas 2: continueu fent clic al botó Cita ara . Se us dirigirà a una pàgina on definiu uns quants paràmetres addicionals si cal, com ara el material utilitzat espaiat entre pistes, etc. Però la majoria dels valors per defecte funcionaran bé. L’únic que hem de tenir en compte aquí és el preu i el temps. Com podeu veure, el temps de construcció és de només 2-3 dies i només costa 5 dòlars per al nostre PSB. A continuació, podeu seleccionar un mètode d’enviament preferit en funció del vostre requisit.

Pas 3: l'últim pas és carregar el fitxer Gerber i procedir al pagament. Per assegurar-se que el procés sigui fluït, PCBGOGO verifica si el fitxer Gerber és vàlid abans de procedir al pagament. D'aquesta manera, podeu assegurar-vos que el vostre PCB sigui amigable amb la fabricació i us arribi com a compromès.

Ara PCBGoGo trigarà uns 10 minuts a 1 hora a revisar el fitxer Gerber. Un cop finalitzada la revisió, podeu procedir al pagament.

Muntatge del PCB

Després d’ordenar el tauler, em va arribar després d’uns dies, tot i que el missatger en una caixa ben empaquetada i ben etiquetada i com sempre, la qualitat del PCB era impressionant. Comparteixo poques imatges de les taules següents perquè les jutgeu.

Vaig engegar la barra de soldar i vaig començar a muntar el tauler. Com que les petjades, els coixinets, les vies i la serigrafia són perfectament de la forma i mida adequades, no vaig tenir cap problema en muntar el tauler. El tauler estava llest en només 10 minuts des del moment de desembalar la caixa.

A continuació es mostren poques imatges del tauler després de la soldadura.

Prova del rellotge digital

Es dóna un codi complet al final d’aquest tutorial, només cal que connecteu els PCB com es mostra al diagrama del circuit i pengeu el codi a Atmega16. I veureu l'hora i la data que apareixen a les pantalles de deu segments.

La data i l'hora es poden configurar mitjançant el botó de quatre pulsacions de la unitat de control, tal com es mostra al vídeo que es mostra a continuació.