Проектування мікроконтролерних пристроїв | Електронний навчально-методичний посібник

Цифровий годинник

В основі практичної частини курсової роботи лежить проект цифрового годинника.

Основною функцією годинника є відображення поточного часу та дати. В залежності від реалізації, час та дата можуть відображатися одночасно (LCD-дисплей 1602, 2004 та Nokia 5110) або дата може змінювати час при натисненні на кнопку (4-розрядний 7-сегментний індикатор). Налаштування дати та часу повинно здійснюватися за допомогою тактових кнопок.

Результат виконання додаткових функцій, визначених індивідуальним завданням, має відображатися разом з датою та часом (якщо пристрій індикації це дозволяє) або ж зʼявлятися після натиснення на відповідну кнопку.

В якості основи для проектованого пристрою використовується годинник реального часу (ГРЧ) – інтегральна мікросхема, яка дозволяє відстежувати та зберігати поточний час. В залежності від індивідуального завдання, в якості ГРЧ використовується DS1302, DS1307 або DS3231.

Типова схема підключення ГРЧ DS1302 до мікроконтролера:

Схема підключення DS1302

Переглянути документацію

Бібліотека

Типова схема підключення ГРЧ DS1307 до мікроконтролера:

Схема підключення DS1307

Переглянути документацію

Бібліотека

Типова схема підключення ГРЧ DS3231 до мікроконтролера:

Схема підключення DS3231

Переглянути документацію

Бібліотека

Живлення

Живлення пристрою може здійснюватися різними способами (залежно від індивідуального завдання):

від акумуляторної батареї (АКБ);
від джерела живлення 5 В;
від джерела живлення 9 В;
від джерела живлення 12 В;

Для забезпечення живлення від АКБ необхідно додатково реалізувати схему заряджання та захисту акумулятора, а враховуючи, що напруга живлення пристрою знаходиться в межах 5 В, варто додати також вузол підвищення напруги, оскільки на виході АКБ напруга буде варіюватися в межах 3.5 – 4.2 В.

Типова схема заряджання та захисту АКБ на базі TP4056:

Схема заряджання та захисту на TP4056

Переглянути документацію

В якості мікросхеми для підвищення напруги до потрібних 5 В можна використати ME2108, XL6009, MT3608 або SX1308.

Типова схема підвищення напруги на базі ME2108:

Схема підвищення напруги на ME2108

Переглянути документацію

Типова схема підвищення напруги на базі XL6009:

Схема підвищення напруги на XL6009

Переглянути документацію

Типова схема підвищення напруги на базі MT3608:

Схема підвищення напруги на MT3608

Переглянути документацію

Типова схема підвищення напруги на базі SX1308:

Схема підвищення напруги на SX1308

Переглянути документацію

Для забезпечення живлення пристрою від джерела з напругою 9 та 12 В необхідно забезпечити зниження рівня напруги до необхідних 5 В. Для цих цілей зазвичай використовуються стабілізатори напруги. Вони можуть бути розраховані на певне значення вихідної напруги або ж мати можливість це значення змінювати (регульовані стабілізатори).

Для проектів, що живляться напругою 12 В рекомендується застосувати стабілізатор напруги LM7805, для 9 В – AMS1117.

Типова схема стабілізатора напруги на базі LM7805:

Схема стабілізатора напруги на LM7805

Переглянути документацію

Типова схема стабілізатора напруги на базі AMS1117:

Схема стабілізатора напруги на AMS1117

Переглянути документацію

Для проектів, що використовують в якості джерела живлення акумулятор або напругу 5 В рекомендується використовувати гніздо USB Type-C для живлення/заряджання. Для живлення пристроїв від 9 або 12 В використовується розʼєм живлення 5,5 х 2,1 або 5,5 х 2,5 мм:

Розʼєм живлення 5,5 х 2,1

Засоби індикації

Засоби індикації використовуються в проекті для відображення часу та дати, а також інших даних (за необхідності). В залежності від індивідуального завдання, в якості засобу індикації може використовуватися чотирьохрозрядний семисегментний індикатор, LCD-дисплей типу Nokia 5110, символьні LCD-дисплеї типу 1602 або 2004.

Чотирьохрозрядний семисегментний індикатор використовується для відображення числових даних, оскільки його елементи мають обмежену кількість сегментів для побудови символів (сім), хоча і здатні відображати деякі літери. Додатково на таких індикаторах можуть розміщуватися розділяючі знаки: крапка для відображення дробових знаків або двокрапка для розділення часу на години і хвилини (хвилини і секунди).

Чотирьохрозрядний семисегментний індикатор

Для підключення такого типу засобу індикації зазвичай використовується регістр зсуву типу 74HC595.

Регістр зсуву 74HC595

Переглянути документацію

Підключення індикатора

Символьні LCD-дисплеї типу 1602 та 2004 використовуються для відображення даних у вигляді тексту, чисел та інших символів, використовуючи позиційний принцип: кожен дисплей має певну кількість рядків (2 або 4), які у свою чергу містять комірки для символів (16 або 20). Завдяки цьому дані можна виводити у потрібну позицію на дисплеї вказавши номер рядка та комірки в ній.

LCD-дисплей 1602

Підключення дисплею до мікроконтролера може здійснюватися або напряму, або з використанням спеціального адаптера (залежно від індивідуального завдання). Типова схема підключення символьного LCD дисплею 1602 або 2004:

Схема підключення LCD-дисплею 1602

Переглянути документацію на 1602

Переглянути документацію на 2004

Підключення дисплею

Для спрощення підключення символьного дисплею до мікроконтролера часто використовується I2C адаптер на базі мікросхеми PCF8574A.

LCD-дисплей 2004 з I2C-адаптером

Переглянути документацію на PCF8574

Підключення дисплею

Графічні LCD-дисплеї дозволяють крім символів відображати також будь-яку графічну інформацію, оскільки зображення формується у вигляді окремих точок (пікселів). Прикладом є LCD-дисплей типу Nokia 5110.

LCD-дисплей Nokia 5110