Простой таймер на PIC16F628A. Схема и описание

Особенность индикации данного устройства состоит в том, что используется отдельный регистр сдвига(74HC4094 ) для каждого семисегментного индикатора. Последовательный выход из первого регистра может быть подключен к входу второго, и так далее. Чтобы заполнить все индикаторы нужно послать особую комбинацию последовательных данных.

Преимущество такого подхода в том, что не требуется обновлять сегменты все время, на самом деле надо просто заполнить данные в регистрах и все. Это приводит к тому что дисплей начинает ярче светиться, устраняется эффект мерцания и освобождаются ресурсы микроконтроллера, которые могут быть доступны для другой, более важной работы. Кроме того, только три линии данных нужны чтобы контролировать этот дисплей, что очень полезно, если мы не имеем достаточно портов ввода/вывода. Обратная сторона такого подхода заключается в том, что сегменты потребляют больше тока, чем в мультиплексном режиме. На схеме вы также можете увидеть пьезозуммер, стабилизатор напряжения (220В -> 5В) и реле.

Сегменты связаны хаотично и это потому, что печатную плату проще таким образом развести. Вы можете подключить сегменты так, как вам нравится, но в "таблицу сегментов" в исходном коде должны быть внесены соответствующие изменения.

Управление устройством:
- Две кнопки используются для установки времени обратного отсчета с 10 секунд шагом;
- Третья кнопка (старт/стоп) для запуска и остановки;
- Когда отсчет завершается таймер выключает нагрузку и включает звуковой сигнал;
- Первый две кнопки отключены во время процедуры обратного отсчета;
- Последнее установленное время сохраняется в EEPROM. EEPROM будет хранить настройки после выключения питания и при включении питания таймер будет отображать ранее сохраненное время;
- Микроконтроллер будет уходит в режим сна после двух минут бездействия, а потребляемый ток снижается до менее чем 5 мА;
- Нажав на кнопку старт/стоп, он будет просыпаться.

Установка фьюз битов микроконтроллера

Я взял на вооружение многие из описанных им методик, в частности, нанесение фоторезиста «мокрым» методом, использование ламинатора, а также канцелярских зажимов. Но больше всего в видео меня поразила лампа из ультрафиолетовых светодиодов с таймором. Такая лампа засвечивает фоторезист за 21 секунду, тогда как у меня при использовании настольной лампы с УФ-лампочкой на это уходит 15 минут , и это еще если фоторезист свежий. В общем, я захотел себе такое же устройство. Далее будет описан процесс его изготовления и полученные результаты.

Важно! Смотреть на ультрафиолет не полезно для глаз . Не советую делать это слишком долго, а в идеале рекомендую использовать соответствующие защитные очки.

Почему бы просто не взять готовое?

Дмитрий описал свой проект в небольшой статье и выложил все исходники на GitHub . Однако Дмитрий разводил плату в Sprint Layout, который стоит денег. Меня не сильно прельщала перспектива покупки и изучения данного ПО, особенно учитывая, что оно не поддерживает используемый мной на десктопе Linux. Кроме того, не похоже, чтобы Sprint Layot чем-то превосходил кроссплатформенный и открытый KiCad .

Плюс к этому мне лично не сильно понравился внешний вид устройства Дмитрия. Впаивать Arduino Nano, использовать громоздкий экранчик 1602 и строить сэндвич из нескольких плат разного размера мне не хотелось. Уж если и делать какое-то устройство в домашних условиях, почему бы не сделать его таким, как нравится именно тебе, верно?

В общем, я прикинул, что это достаточно прикольный и не сложный проект, который мне проще повторить с нуля. И действительно, на изготовление устройства у меня ушло всего лишь несколько вечеров. Плюс к этому, в процессе родился занятный побочный проект. Так что, о принятом решении мне жалеть не пришлось.

Ультрафиолетовые светодиоды довольно просто найти на eBay. Лично я покупал . Пакетик с сотней светодиодов вместе с доставкой обошелся мне в 220 рублей (3.90$).

Светодиоды я решил расположить в виде матрицы 10 на 10, рассчитанной на питание от 5 В. Плата была без труда разведена в KiCad. В каждом из рядов был использован один резистор для ограничения тока и 10 светодиодов, соединенных параллельно. Сопротивление резистора было подобрано так, чтобы светодиоды светили достаточно ярко, а резистор при этом не перегревался. Я остановился на сопротивлении 27 Ом.

Вот что у меня получилось в итоге:

Плата имеет размер 10 x 15 см. В обозримом будущем я вряд ли буду делать платы бо льшего размера, а значит такая матрица сможет равномерно засветить любую из моих поделок. Углы у платы пришлось немного подрезать, так как иначе она не помещалось в моей ультразвуковой отмывочной ванне. Да и то, плату пришлось класть в ванну ребром, отмывая ее сначала с одной стороны, затем со второй. Так что, да, сейчас для меня 10 x 15 см — это предел.

Для засветки фоторезиста в домашних условиях, решил использовать сканер формата А4, который у меня благополучно «скон-чался», да и приобрести бу-шный для этой цели, например можно, начиная от 100 целковых (пачка сигарет дороже стоит, а неисправный и так могут отдать).
В общем решил вдохнуть в сканер "вторую жизнь", тем более, что там стоит кварцевое стекло, которое очень хорошо пропускает ультрафиолет (простое оконное, как нам известно - максимум 10%). Ещё преимущества данного способа - это равномерный прижим платы к стеклу крышкой сканера и постоянное расстояние до источника ультрафиолета, благодаря которому стаёт и постоянным время засветки, которое можно зафиксировать простым таймером.
В итоге вот что получилось:

Рисунок 1.
Приспособление для засветки ПП с фоторезистом.

Разобрал сканер, выкинул внутренности и установил на их место четыре лампы. Использовал для этой цели фурнитуру от обыкновенных люминесцентных ламп, только лампы установил УФ (все это продаётся в магазинах хоз. товаров). Может быть вполне хватило бы и двух ламп, платы всё равно не очень большие в основном, но, как говорится - запас не тянет, поэтому решил, что делать, так уж делать с видом на будущее (для платы формата А4), поэтому и установил четыре, да и время засветки в этом случае будет меньше.
Для управлением процессом засветки используюсь таймером с обратным отсчётом времени, который собрал на микроконтроллере PIC16F628. В итоге весь процесс засветки данной конструкции занимает 30-40 секунд....

Рисунок 2.
Конструкция устройства.

Кто-то может быть скажет, что можно было бы собрать таймер внутри сканера и не заморачиваться с корпусом. Не спорю, вполне кому-то подойдёт и этот вариант, но вдруг мне таймер будет нужен отдельно, для каких то других целей, поэтому решил делать его в собственном корпусе и в виде отдельной законченной конструкции.

Рисунок 3.
Схема таймера.

В интернете, если чуть покопаться, выложено много различных схем всевозможных таймеров. Я остановился на этой схеме, просто у меня PIC16F628 был в наличии, и я решил пустить его в дело.
Может быть Вам понравится другая схема таймера - это Ваш выбор, я просто рассказываю сам процесс, ну и даю описание своих конструкций.

Рисунок 4.
Схема таймера, силовая часть.

Рисунок 5.
Таймер в корпусе.

Рисунок 6.
Силовая часть.

Рисунок 7.
Платы и соединения.

Максимальное время, которое можно установить на таймере - 12 ч 00 м 00 с. После установки времени и нажатии кнопки "Пуск/Стоп" - включается нагрузка и начинается отсчёт времени в обратном порядке от установленного. За 10 секунд до окончания времени - подается короткий звуковой сигнал на «пищалку».
Когда остается 3 секунды до завершения времени - включается «пищалка» до окончания времени. По окончанию времени нагрузка выключается, время на таймере устанавливается то, которое было установлено в начале кнопками.

Теперь кратко опишу сам процесс изготовления печатных плат при помощи фоторезиста. Всё, что описано выше, предназначалось для упрощения данного процесса.
Для работы я использую плёночный негативный фоторезист. Негативный, значит шаблон для его засветки нужно печатать в негативе, то есть те места, где будут дорожки - должны быть прозрачные, а там, где дорожек (фольги) быть не должно - наносится тонер. Если Вы будете использовать позитивный фоторезист, то естественно фотошаблон нужно будет печатать в позитиве.

Распечатываем шаблон через программу для проектирования плат в негативе на прозрачной пленке (я применяю пленку "LOMOND" для струйных принтеров) на струйном принтере. Пробовал на лазерном, только получалось как-то блекло, черноты не было, и платы получались не совсем качественные.
Говорят, что можно гораздо улучшить качество таких плат, если напечатать на лазерном принтере два шаблона на плёнке, затем вырезать их и совместить (т.е. сделать из двух - один).
Ещё можно распечатать рисунок платы лазерным принтером на обычной бумаге. Чем тоньше бумага, тем лучше. Далее, для повышения контрастности (если она не достаточна) на доли секунды погрузить его в банку с растворителем (например автомобильный 647). Дать ему подсохнуть, и потом пропитать подсолнечным маслом, чтобы сделать прозрачным для ультрафиолета, правда я так не пробовал.

Подготавливаем заготовку нашей будущей платы по размерам чуть больше, чем требуется. Затем фольгу необходимо подготовить для приклеивания фоторезиста.
Как всё это делается - нет смысла повторяться, так как этот процесс описан на десятках сайтов. Просто наберите в поисковике "изготовление пп с помощью фоторезиста", и у Вас выскочит куча вариантов, после прочтения пары из них, у Вас наметится вариант, который подойдёт именно для Вас.

Будем считать, что плата уже подготовлена и фоторезист наклеен (или нанесён из баллончика) на нашу плату.
Прикладываем шаблон к плате. Как правило шаблон прилегает к плате плотно. И кладем на стекло сканера с УФ лампами. Засвечиваем. Убираем засвеченную заготовку в темное место и готовим раствор для проявления, в качестве которого я пользуюсь кальцинированной содой (продается в хоз. магазинах применяется для смягчения воды и стоит копейки).
Для этого чайную ложку соды с горкой, растворяем в литре воды (если плата большая), или ложку без горки в 0,5 литре воды.
Берем нашу плату из тёмного места, снимаем верхнюю защитную плёнку с фоторезиста и кладем её в наш раствор с разведенной содой и ждем примерно секунд 30. Потом берем кисточку и начинаем ей водить по нашей плате для того, что бы ускорить процесс смывания фоторезиста с ненужных нам участков. Там где фоторезист смылся, поверхность меди светлая и блестящая. После того как смыли весь ненужный фоторезист, вытаскиваем плату из раствора соды и промываем под струей воды.

Рисунок 8.
Печатная плата, подготовленная для травления.

После того как промыли, просушиваем плату. Осматриваем. Может такое случится что есть протравы (там, где фоторезист не был хорошо приклеен). Используем маркер для рисования печатных плат. Где необходимо ретушируем. На фото №8 видно, что там, где фоторезист не качественный, (срок годности у моего уже вышел) те места подретушированы чёрным маркером.

В прикреплении ниже, собраны файлы для изготовления таймера. Исходник, прошивка, пп.

Архив для статьи.

Техзадание довольно простое, но адаптированное под нужды фоторезистивной технологии:
- пределы выдержки 00м 05с -99м 55с;
- управление как лампами, так и компрессором для вакуумного прижима;
- световая и звуковая индикация режимов работы;
- простота управления;
- имеющиеся в наличии или недорогие комплектующие.

По мотивам ТЗ была нарисована примерная схема, и началась доводка устройства на макетке, окончательная схема которого на рисунке ниже:Собственно, все очень просто, ATMega8 или ATMega8L в качестве управляющего элемента, несколько кнопок, четырехразрядный индикатор в динамической индикации и горстка резисторов и транзисторов. В качестве силовых элементов я применил симисторы, включенные через оптосимисторы. Это, конечно вопрос сугубо личный, они у меня были, я их и поставил. Там можно применить и реле, в общем - что есть. Включение оптосимисторов по даташиту, никаких изысков. Единственное, при желании можно исключить RC-цепочку (39 Ом + 0,1мкФ), ее отсутствие не смертельно. Питание схемы тоже максимально простое, транс, диодный мост, электролиты, кренка на 5 вольт. Pullup на кнопки тоже по желанию, ноги порта к плюсу притянуты, на макетке я отлаживал без внешних резисторов. Ну что еще по схеме? Резисторы в базах - плюс-минус какие есть, токоограничивающие по сегментам - в зависимости от индикатора. Кому-то 510 Ом будет ярко, а у меня 150 Ом, так яркости не хватает, индикаторы старые, неяркие. Бузер со встроенным генератором, на 5 вольт. Транзисторы npn на ток порядка 100мА - ВС547, ВС847, КТ3102, КТ315. Питание - трансформатор ТП-112-18, диодный мост на 1А. Вот с симисторами я немножко поволновался - ВТ136 не выдержал пылесоса (1300W), пришлось менять на ВТ140. Для тех котов, кто тоже поставит симисторы и будет использовать пылесос, должен отметить, что радиатор надо ставить побольше, а не то можно обжечь лапы (шутка, лапами к этому радиатору лезть не стоит, с электричеством шутки плохи). Больше 10-ти минутной выдержки мой радиатор не потянет, но поскольку я планирую для этих целей использовать вентилятор, я не сильно переживаю.

Ну теперь по функционалу и работе. Управление выполняется пятью кнопками, из них три - это изменение/установка выдержек, две остальных - включение компрессора и запуск таймера. При запуске таймера включаются и компрессор и подсветка, но компрессор можно принудительно включить в режиме ожидания чтобы подготовить плату с шаблоном к засветке. Для этого и пришлось выводить отдельную кнопку "воздух" для управления компрессором. В режиме ожидания кнопками плюс/минус выбираются сохраненные установки (я сделал три, больше просто нет смысла). При нажатии кнопки "уст" начинают мигать минуты, кнопками плюс/минус меняется значение минут с шагом в 1 минуту (от 0 до 99); второе нажатие "уст" сохраняет значение минут и начинают мигать секунды, их значение меняется таким же образом, но с шагом 5 сек (от 0 до 55). Шаг в 5 секунд был выбран как наиболее оптимальный - при шаге в 1 сек и 10 сек уже не очень комфортно изменять значения. При шаге в 1 сек слишком медленно, а при шаге в 10 - слишком быстро меняются значения. Третье нажатие кнопки "уст" сохраняет значение секунд и таймер переходит в режим ожидания, показывая свежеизмененную выдержку. Запуск таймера происходит по нажатию кнопки "пуск". При этом включается компрессор и засветка, на индикаторе происходит обратный отчет и мигает децимальная точка между минутами и секундами. После окончания выдержки засветка и компрессор выключаются, на экране загорается надпись "OFF" и звучит прерывистый сигнал бузера до тех пор, пока повторно не нажмется кнопка "пуск", после чего таймер опять переходит в режим ожидания, показывая значение выбранной выдержки. Из недостатков работы таймера следует отметить погрешность в 1,5-2 секунды при выдержке в 10 минут. Но поскольку это не часы, то я не стал что-либо с этим делать, для меня такая погрешность некритична.

Печатные платы таймера делались "под себя" на двух односторонних платах - основная с контроллером, питанием и симисторами, и плата с индикатором, кнопками и светодиодами - на переднюю панель. Кстати, если светодиоды не нужны, вместо них нужно поставить резисторы номиналом 510-1000 Ом, иначе оптопары работать не будут. Платы соединяются плоским 20-ти пиновым шлейфом. Применены как SMD, так и DIP компоненты. Внимание! На плате ATMega8 в SMD корпусе, а в схеме распиновка для DIP корпуса! Не перепутайте! Все это я рассчитываю поставить в установку для засветки, корпус как таковой не планировался. Прошивки для индикаторов как с ОК, так и с ОА. При прошивке нужно установить фьюзы на внутренний генератор 8 MHz (впрочем можно и на внешний кварц такого номинала, соответствующие ножки контроллера я не трогал). Прошивки состоят из двух файлов - Flash и EEPROM. Если программа-прошивальшик шьет только одним файлом, это не смертельно, все будет работать и так, но при первом включении нужно будет каждую из предустановок вручную "погонять" для приведения в должный вид.И, естественно, фотки.
Платы в сборе:
Таймер в режиме ожидания:
И в работе (выдержка 2 мин, прошло 10 сек):
Файлы:
Печатная плата в формате SL5.0
Прошивки МКВсе вопросы - в Форум. Раздел:

Данный проект представляет собой лампу на основе светодиодной УФ ленты с таймером. Диапазон таймера от 1 до 9999 секунд (~2.8 часа). Как показала практика для засветки фоторезиста вполне хватает 90-120 секунд.

Для проекта понадобится:

Некоторые замечания:

1. Обратите внимание, что для работы нужен индикатор конкретной модели: kem-5461ar. Если индикатора для данной модели нет придется переопределить цифры в коде, как это сделать см. "Разбор кода"
2. Так же лучше взять не очень высокие электролиты, так как их можно "положить" на плату как можно увидеть на фото ниже.
3. Микроконтроллер прошивается после распайки всех компонентов на плату, для этого предусмотрены контакты: MISO, SCK, MOSI

Питание "лампы" 12V. Вся логика работы завязана на МК atmega8а. Питание для микроконтроллера и индикатора 3.3V, подается через стабилизатор напряжения AMS1117 3.3V.
С помощью энкодера задается время экспонирования, затем по нажатию нижней кнопки запускается процесс засветки при этом управление через энкодер отключается. При истечении времени засветка прекращается. Верхняя кнопки - сброс. Сброс реализован просто замыканием контакта reset на землю.

Процесс разработки:

Вклеиваем ленту в рамку для фотографий:

Прототип я собирал на базе atmega8515 и все кнопки обрабатывались внешними прерываниями, но с переходом на младшую модель пришлось отказаться от одного прерывания, т.к. у atmega8 их 2 против 3 у 8515.

Проверка прототипа на обычной ленте:

С процессом разработки все стандартно: травим плату, сверлим отверстия, распаиваем компоненты начиная с SMD и заканчивая экраном и энкодером. Дополнительно на энкодер припеваем конденсаторы 104 (100nF) для того, что бы избежать дребезга контактов при срабатывании кнопок.

Разбор кода:

Проект можно скачать с github . Проект написан на C с использованием CVAVR.
Итак, если нужный индикатор найти не удалось необходимо изменить значения в данном массиве:

// Цифры для kem-5461ar unsigned char numbers = { //PB7...PB0 //FBGCDpDEA 0b11010111, //0 0b01010000, //1 0b01100111, //2 0b01110101, //3 0b11110000, //4 0b10110101, //5 0b10110111, //6 0b01010001, //7 0b11110111, //8 0b11110101, //9 0b00100000 //- };

Указанный массив представляет собой маску для порта B. Как можно понять из комментария к коду, здесь биты расположены от пина7 порта B до пина 0 порта B (//PB7...PB0). Так же в комментарии указано, какой пин какой сегмент зажигает (//FBGCDpDEA): 7-F, 6-B и т.д. Включение сегмента осуществляется подачей 5v на ногу. На примере "0" видно, что не горят сегменты G и Dp (точка). Порт B конфигурируем как выход:

// Port B initialization DDRB=(1<

За переключение разрядов отвечают биты 0-3 порта C. Конфигурируем порты следующим образом:

// Port C initialization DDRC=(0<

Создаем маску для включения разряда:

// Разряды. unsigned char digit = { 0b11111101, // 1 разряд слева. 0b11111011, // 2 разряд слева. 0b11110111, // 3 разряд слева. 0b11111110 // 4 разряд слева. };

Теперь что бы отображать все 4 числа на индикаторе нужно просто каждый цикл передавать на порт C один из элементов массива digit, например: PORTC = digit;, где step разряд, который нужно зажечь, а на порт B подать элемент нужный элемент массива numbers: PORTB = numbers, где digitByNumbers число от 0 до 10 - цифра, 11 - знак дефиса.

У микроконтроллера atmega8a есть возможность обрабатывать два внешних прерывания. Для этого нужно подключиться к ногам PD2, PD3. Внешние прерывания используются для работы с энкодером. На PD2 подключен контакт энкодера отвечающий за поворот. Срабатывание этого прерывания означает что энкодер был повернут. Что бы определить в какую сторону был повернут энкодер считываем значение с другого контакта. высокий или низкий уровень на этом контакте говорит о направлении вращения:

// External Interrupt 0 service routine interrupt void ext_int0_isr(void) { // Считываем значения порта D4 и если уровень высокий, // отнимаем единицу, если низкий, прибавляем единицу. if(PIND.4) { if(digitByNumbers < 9) { digitByNumbers++; } } else { if(digitByNumbers > 0) { digitByNumbers--; } } }

Второе прерывание отвечает за кнопку на энкодере и двигает разряды позволяя задавать 4-х значные числа. Переменная digitNumber в данном случае номер разряда:

// External Interrupt 1 service routine interrupt void ext_int1_isr(void) { if(digitNumber == 0) { digitNumber = 3; } else { digitNumber--; } }

Последние, что нужно сделать, включить внешние прерывания прерывания и разрешить их #asm("sei") . Включаем прерывания устанавливая в регистры GICR, MCUCR, GIFR следующие значения:

// External Interrupt(s) initialization // INT0: On // INT0 Mode: Rising Edge // INT1: On // INT1 Mode: Falling Edge GICR|=(1<

И наконец прерывание по таймеру. Таймер включается при нажатии на кнопку старт. Т.к. для обработки кнопки старт внешних прерываний не хватило, проверяем постоянно уровень на ноге микроконтроллера и в случае его изменения включаем таймер.