Итак, «сердцем» устройства является микроконтроллер фирмы Atmel ATmega8-16PU (в DIP корпусе), тактируемый внутренним кварцем на 8 мегагерц. Отсчет времени ведется микросхемой RTC (Real Time Clock) DS1307 фирмы MAXIM. Это часы реального времени с последовательным интерфейсом (I2C) и организацией памяти 64х8. Ее отличительные способности: 

• Подсчет реального времени в секундах, минутах, часах, датах месяца, месяцах, днях недели и годах с учетом високосности текущего года вплоть до 2100 г.

• 56 байт энергонезависимого ОЗУ для хранения данных

• 2 проводной последовательный интерфейс 

• Программируемый генератор прямоугольных импульсов

• Автоматическое определение отключения основного источника питания и подключение резервного

• Потребление не более 500 нA при питании от резервной батареи питания при температуре 25?C

• Возможность поставки в промышленном диапазоне температур: от -40°C до +85°C (Ind)

• Исполнение в 8-ми выводных корпусах DIP или SOIC

Микросхема DS1307 – экономичные часы реального времени с последовательным интерфейсом, которая содержит часы-календарь с представлением информации в двоично-десятичном коде и 56 байт энергонезависимого статического ОЗУ. Адрес и данные передаются по двунаправленной двухпроводной последовательной шине. Информация о реальном времени и календаре представляется в секундах минутах, часах, дне, дате, месяце и годе. Если текущий месяц содержит менее 31 дня, то микросхема автоматически определит количество дней в месяце с учетом високосности текущего года. Часы работают или в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM (до полудня/ после полудня). DS1307 содержит встроенную схему контроля уровня основного источника питания и при его недопустимом значении автоматически переключается к резервной батареи. Поэтому при отключении часов от сети время и дата не «сбиваются»

Сбор температуры ведется датчиком DS18B20 фирмы Dallas. Он выполнен в корпусе TO-92. Его отличительные особенности:

• Точность ±0.5°C от -10°C до +85°C 

• Настраиваемое пользователем разрешение от 9 до 12 бит 

• Данные передаются посредством 1-проводного (1-Wire) последовательного интерфейса 

• 64-битный уникальный и неизменяемый серийный номер 

• Многоточечное считывание 

• Рабочее напряжение от 3.0В до 5.5В 

• Вариант датчика с запиткой с линии данных (DS18B20-PAR, т.н. паразитное питание) 

• TO-92, 150mil 8-контактный SOIC, или 1.98мм x 1.37мм корпус с шариковыми выводами (±2.0°C) 

Микросхема DS18B20-это термометр с цифровым вводом/выводом, работающий с точностью ±0.5°C. Данные считываются через 1-проводную последовательную шину в дополнительном от 9 до 12 битном (программируется пользователем) коде с ценой младшего разряда от 0.5°C до 0.0625°C. При использовании в качестве термостата, DS18B20 отличается наличием во внутренней энергонезависимой памяти (EEPROM) программируемых пользователем уставок по превышению температуры (TH) и по понижению температуры (TL). Внутренний регистр флага будет выставлен, когда уставка пересечена. Это будет исполнено, когда измеренная температура больше чем TH или меньше чем TL. Если термостатирование не требуется, два байта энергонезависимой памяти (EEPROM) зарезервированные для уставок могут быть использованы для энергонезависимого хранения информации общего назначения. Каждая микросхема DS18B20 имеет уникальный и неизменяемый 64 битный серийный номер, который используется как узловой адрес датчика. Это позволяет множеству микросхем DS18B20 сосуществовать на одной 1-Wire шине. Микросхема DS18B20 может быть локально запитана от 3.0В до 5.5В или она может быть сконфигурирована таким образом, чтобы быть запитанной посредством 1-Wire  линии данных. DS18B20 предлагается в ТО-92, 150mil, 8-контактном SOIC, и 1.98мм х 1.37мм корпусе с шариковыми выводами (изготовленном методом перевёрнутых кристаллов). Микросхема в корпусе с шариковыми выводами рассчитана на точность ±2.0°C. 

Принципиальная схема часов.  

Как уже оговаривалось ранее, он построен на микроконтроллере ATmega8-16PU, имеющий программную память 8 кб. Для работы устройства необходимо загрузить в него коды из файла «I2C DS1307 часы на ATmega8.hex», приложенного к статье. При программировании также необходимо установить FUSE-биты. 

При программировании следует учесть, что биты - инверсные (как в PonyProg). Температура, измеряемая датчиком U3, и часы отображается на двухстрочном 16 символьном ЖКИ индикаторе WH1602, который построен на базе HD44780. Таким образом допускается замена на любой другой индикатор, сделанный на аналогичной микросхеме. Всего в часах предусмотрено четыре кнопки: «Вверх», «Вниз», «Ввод» и «Меню». Первые две в режиме отображения служат для переключения стилей (об этом чуть позже). Кнопкой «Меню» включается режим установок. Для всех микросхем, включая термодатчик, рекомендую установить панели. 

Питается прибор любым стабилизированным источником питания, рассчитанный на выходное напряжение 5В и выходной ток не менее 200мА (это для варианта ЖКИ с подсветкой, без подсветки соответственно допускается меньше). Часы-термометр собран на макетной плате 100 мм х 35мм. Печатная плата не имеет законченного дизайна и каждому необходимо придумывать свой. Плата ЖКИ модуля устанавливается «бутербродом» , т.е. она практически закрывает печатную плату часов.

Термодатчик  U3 рекомендую установить в самом верху печатной платы, но не над модулем ЖКИ, ибо термодатчик улавливает тепло, исходящее от ЖКИ и, соответственно, показания становятся неточными. Резисторы R1-R4 служат для «подтяжки» шины к высокому потенциалу, поэтому их значения лучше не менять. Динамик  LS1 можете использовать любой (к примеру, я использовал от старой материнской платы компьютера). Кварц X2 тоже был взят от старой материнской платы, однако, с ним нужно быть внимательным. Мне попадались неисправные кварцы, да и при демонтаже можно его испортить, соответственно, точность хода часов уменьшается.  Поэтому все-таки лучше купить новый.  Батарею BAT1 и панель под нее тоже можно взять с материнской платы.  Примерное расположение деталей может быть как на рисунке.

Фотография готового устройства. 

Внешний вид печатной платы.

При первом включении происходит инициализация всех устройств. Включение сопровождается коротким гудком, что означает, что программа МК запущена.  В строке «время» появляется что-то вроде такого: 00:00:80. Это означает, что микросхема часов реального времени работает, но необходимо произвести установку времени и даты. Если появляется такое: @@:@@:@@, то это значит, что микросхема часов не «определилась», поэтому необходимо произвести проверку монтажа. Если термодатчик ds18b20 не установлен, то в графе «температура» постоянно будет отображаться 0С. Как производить установку. Нажимаем кнопку «Меню». Появляется надпись как на рисунках. 

Нажимая кнопки «Вверх» и «Вниз» производите корректировку сначала года, потом месяца, дня, часов и минут, нажимая кнопку «Ввод». После ее нажатия автоматически переключается на следующий пункт. Стоит отметить, что как только Вы произведете установку времени, то секунды автоматически обнулятся. Теперь пришло время сказать кое-что про стили. Наверное, это и есть изюминка моего устройства. Т.к. текстово-цифровые индикаторы позволяют загружать до 8 символов, то почему бы этим не воспользоваться? Восемь символов мало, чтобы разместить в нем все числа, однако если применить метод «символ по кусочкам», то выходит очень даже не плохо. Для этого я нарисовал на бумаге все числа, составленные из 8 кусков. На сегодняшний день таблица символов выглядит как на рисунках ниже.

• Стиль 1. Самый простой и, в то же время, более полный. В верхней графе отображаются часы в формате ЧЧ:ММ:СС и температура в Цельсиях., а в нижней графе-дата в формате ДД:ММ:ГГ и температура в Фаренгейтах. 

Этот стиль установлен по умолчанию и при включении часов всегда запускается именно этот стиль.

• Стиль 2. Отображаются только часы, т.к. данный шрифт занимает все две строки по 16 знакомест. 

• Стиль 3. Отображается только дата. 

• Стиль 4. Отображается температура в Цельсиях и Фаренгейтах.  

Программа написана на Бейсике Bascom-AVR фирмы MCSelec. Занимает она 63% всего объема памяти МК, что дает большой потенциал для модернизации и доработки устройства, добавив, например, будильник. Также, при использовании русифицированного ЖКИ можно произвести «русификацию» часов, изменив английские надписи на русские. Стоит также отметить, что данная конструкция поможет начинающим радиолюбителям в освоении микроконтроллеров и языка программирования бейсик Bascom-AVR, т.к. в программе использованы самые распространенные функции и команды. В статье так-же приложен проект в ISIS Proteus, симулирующий работу часов. Однако, по непонятным причинам, показания термометра в Proteus являются неточными. Поэтому лучше не полагаться на эмулированный девайс. Работая уже почти четыре месяца, часы показали свою надежность и точность хода. Тем более, что схема настолько проста, что любой начинающий радиолюбитель сможет собрать его.  

Автор - Филатов Артур (aka Gryphon).

P.S.

1. Плата, bascom & proteus

2. Фото

3. bascom на 2 датчика