TIMER DIGITALE Multiuso

Transcript

1 TIMER DIGITALE Multiuso con Microcontrollore PICF Realizzazione di un preciso temporizzatore digitale multiuso (in formato HH:MM:SS) utilizzando il microcontrollore della Microchip PICF. MANUALE TECNICO E ISTRUZIONI (per firmware ver. ) 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

2 INTRODUZIONE Nel progettare questo TIMER DIGIALE ho tenuto conto delle seguenti caratteristiche:. Possibilità di alimentazione anche a batteria (quindi un Timer portatile che può essere utilizzato nelle più svariate condizioni). Precisione (specialmente nei tempi corti). Visualizzazione, oltre ai Minuti e alle Ore, anche dei Secondi (per quanto detto al punto precedente). Segnale acustico potente a fine conteggio. Facilità d uso da parte dell utente Detto questo, con l aiuto del PICmicro F, ho realizzato il Timer descritto in questo articolo, in grado di programmare ritardi da un secondo fino a 00 ore con visualizzazione su sei display (in formato HH:MM:SS). 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

3 LO SCHEMA ELETTRICO Nella pagina successiva è riportato lo schema elettrico completo del Timer ma per chiarezza esso è stato diviso in due parti distinte (che fanno capo ad altrettanti PCB dedicati): in questo modo chiunque può utilizzare un diverso tipo di display nel caso non si avessero a disposizione quelli utilizzati nel progetto (SA-0- oppure MANA, entrambi display ad Anodo Comune). 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

4 D C M + Vcc M + Batt 9v D N00 R K D N00 IN + C 00u - v U OUT 0 + COM C u - v C 0. R 0k S ORE R VRa0 = V x R 0k R + R =,V R 0k R 0k S MIN. R 0k S SEC. R 0k S FUNC. R R9 0k 0k S START S STOP RA0 C D 0. N MCLR RA RA RA 0 RA 9 RA + 0 U PICF RB RB RB RB RB RB RB RC0 RC RC RC RC RC RC RC M ICSP M M M M DS 9 Com R In Out 00 In Out 00 In Out 00 In Out 00 In Out 00 In Out 00 In Out 0 00 Gnd R U ULN00 R R R R R R k k k k k k Q BC 9 AC AC DP 0 DS Q BC 9 AC AC DP 0 DL DL DS Q BC 9 AC AC DP 0 DS Q BC 9 AC AC DP 0 DL DL DS 9 AC AC DP Q BC 0 DS Q BC 9 AC AC DP 0 SA0- x Display AC D C C Hz INTERRUPT Line INT GND 9 GND RA RA R k R 0 Q FXT90B B M + Reset GND Input Freq. Hz 0 Clock Reset U CD00 GND 0. Q Q Q Q Q Q Q9 Q0 Q Q Q Q 9 J J (J) DISPLAY BOARD BUZ Autoscillante Uso Futuro B A M Output Freq. GND Reset + Hz C 0. C p TP 9.0 khz (Pin ) XT 9.0 khz C 0p 9 Osc R 0 Osc k R M (Pin ) Osc U HC00 Reset Q Q Q Q Q Q9 Q0 Q Q Q 9 R0 k Q BC Author: Valter Narcisi - San Benedetto del Tronto (AP) A EXTERNAL MODULE Oscillator 9.0 khz with MHC00 Project: Year: Timer Digitale Multiuso con F (Full Schematic) 0/0 DWG no. Rev.: Scale: Size: Sheet: A : of Note: multiuso con PICmicro.html Tutti i diritti riservati

5 LA BASE DEI TEMPI Per ottenere una base dei tempi molto precisa, ho utilizzato un quarzo da 9,0 khz della ITT e un integrato CDHC00 (la versione C/MOS a bassa potenza ed alta velocità) in configurazione oscillatore/divisore. Inoltre è stato utilizzato anche un CD00 (sostituibile in questo progetto anche con un CD00) come ulteriore divisore. Ho ottenuto così una frequenza finale di Hz, base dei tempi molto stabile e precisa. Questa frequenza giunge al pin RB0/INT del microcontrollore, piedino programmato per ricevere i segnali esterni per generare l INTERRUPT. In questo modo, il PICmicro invia DUE richieste di INTERRUPT ogni secondo: con la prima si spengono i quattro led lampeggiati (quelli che separano le Ore dai Minuti e i Minuti dai Secondi) mentre con la seconda si aggiorna il conteggio e la visualizzazione del tempo. Utilizzando una Base dei Tempi esterna, ho potuto recuperare una porta I/O che ho utilizzato per la gestione BATTERIA/RETE (ovvero per segnalare al micro quale delle due alimentazioni è in funzione cosicché è possibile una gestione al risparmio della corrente assorbita nel caso il circuito sia alimentato solo dalla Batteria in Tampone da 9 Volt). Per l oscillatore (vedi l integrato HC00) ho utilizzato un circuito già pubblicato sul mio sito e visibile alla pagina web il suo connettore va innestato direttamente sulla morsettiera M (FREQ. IN.) del Timer. Nello schema della pagina precedente, è stato riportato l intero circuito: il modulino oscillatore esterno è visibile nella parte sinistra in basso (vedi tratteggio di colore rosso): il modulo è settato per ottenere in uscita (piedino del connettore M) una frequenza pari a Hz. Questa frequenza giunge al piedino 0 del CD00 (vedi U) dal quale esce divisa ancora per volte (grazie al ponticello J presente sul pin ) e questo segnale con frequenza di Hz, come accennato, viene applicato sul piedino RB0/INT del microcontrollore (vedi pin di U). Naturalmente, è sempre possibile utilizzare una diversa base dei tempi da collegare al pin del connettore M e settare opportunamente i ponticelli J J per ottenere la frequenza di Hz (inserire sempre e solo UN PONTICELLO perché, in caso contrario, il chip CD00 andrebbe fuori uso!). 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

6 D C M + Vcc M + Batt 9v D N00 R K D N00 IN + C 00u - v U OUT 0 + COM C u - v C 0. R 0k S ORE R 0k R 0k R 0k S MIN. R VRa0 = V x =,V R + R R 0k S SEC. R 0k S FUNC. R R9 0k 0k S START S STOP 0 9 RA0 MCLR RA RA RA RA RA D N C U PICF RB RB RB RB RB RB RB RC0 RC RC RC RC RC RC RC M ICSP M Multiplexer M Display Segment D C B C Hz INTERRUPT Line INT GND GND 9 RA RA Uso Futuro B A M Freq. input Hz Q Q Q Clock Q Q Q U Q9 CD00 Q0 Reset Q Q Q Q GND J J (J) Author: Project: R0 k Valter Narcisi - San Benedetto del Tronto (AP) BUZ Autoscillante Q BC Year: Timer Digitale Multiuso con F - MAIN 0/0 A Size: DWG no. Rev.: Scale: Sheet: A : of Note: multiuso con PICmicro.html Tutti i diritti riservati

7 I DISPLAY Come già accennato, per dare l opportunità a tutti di utilizzare un diverso tipo di display (ma sempre ad Anodo Comune) ho preferito realizzare a parte la scheda Display. Il circuito, come detto in precedenza, utilizza display del tipo SA0- o MANA. Se optate per un colore diverso, anche i MAN0A (verde), i MAN0A (arancione) e i MAN0A (giallo) vanno bene. La scheda Display alloggia anche la coppia dei LED separatori. A tal proposito, se volete ridurre i punti luminosi di questi ultimi, createvi una mascherina nera con due piccoli fori (anche del nastro isolante va benissimo) e posizionatela sopra le coppie dei LED in modo tale che appaiano due piccoli puntini luminosi. Il chip ULN00 è stato inserito per poter spingere al massimo la luminosità dei Display (rimangono accesi solo per ms) e contemporaneamente salvaguardare l integrità del PICmicro. E stata prevista anche la funzione di TEST per i display (vedi più avanti nel paragrafo COMANDI E FUNZIONAMENTO). 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

8 D M Multiplexer R R R R R R k k k k k k Q BC Q BC Q BC Q BC Q BC Q BC D C 9 AC AC DP DS 9 SA0 AC AC DP DS DL 9 AC AC DP DS 9 SA0 AC AC DP DS DL 9 AC AC DP DS 9 SA0 AC AC DP DS Display (AC) SA0- x C DL DL B M Segments In In In In In In In 9 Com U ULN00 Gnd Out Out Out Out Out Out Out 0 R R 00 B R 0 R k Q FXT90B Author: Valter Narcisi - San Benedetto del Tronto (AP) A Project: Year: Timer Digitale Multiuso con F - DISPLAY 0 Size: DWG no. Rev.: Scale: Sheet: A : of A Note: multiuso con PICmicro.html Tutti i diritti riservati

9

10 ALIMENTAZIONE e COLLEGAMENTI L intero circuito richiede un alimentazione MINIMA di Volt (collegata al connettore M), ma per ottimizzare il funzionamento sulla porta RA0 del micro, si richiede almeno un alimentazione di - volt (consiglio di non superiore i V poiché oltre, lo stabilizzatore scalderebbe eccessivamente). Comunque, per sicurezza, ho inserito anche un diodo N (vedi D) che cortocircuita verso il positivo qualsiasi tensione superiore ai volt che dovesse presentarsi sul piedino RA0 del micro. Per rendere il Timer portatile ho previsto anche il collegamento con una batteria in tampone da 9 V al Ni-Cd (da collegare al connettore M). Se si utilizza una normale pila alcalina da 9V non ricaricabile, eliminare la resistenza R da 00 ohm. Va detto che le normali pile da 9V ricaricabili non hanno una grande autonomia in caso di Black-Out, quindi se ne consiglia l uso solo se effettivamente necessario. Con una normale pila alcalina da 9V l autonomia è assicurata per molto tempo, ma solo per temporizzazioni brevi. Inoltre da notare che, nel caso si utilizzi il Timer solo con la batteria in tampone, durante il conteggio le cifre sono spente e vengono accese solo per UN secondo ogni CINQUE. 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

11

12 IL BUZZER Per il buzzer, ho utilizzato il tipo auto-oscillante per non complicare troppo la scrittura del firmware: questo buzzer è comunque molto potente e per fare in modo che il suono emesso sia forte e chiaro, è possibile collegarlo direttamente vicino al pannello frontale (dopo aver praticato sullo stesso un piccolo foro da - millimetri). Tuttavia, anche lasciato sul circuito stampato, il suono emesso risulta udibile anche a qualche metro di distanza. Il buzzer segnala numerose situazioni: la scansione audio delle cifre (il classico toc ad ogni secondo, peraltro escludibile), i tre beep finali di fine conteggio, il segnale all'accensione o del reset e i brevissimi beep alla pressione di ogni pulsante. IL PIEDINO RC (Uso futuro) Noterete, vedendo lo schema elettrico, che il pin del microcontrollore (vedi RC) risulta ancora non collegato: ma lo sarà presto visto che è allo studio un'ulteriore funzione per poterlo sfruttare in futuro (non vi rimane altro che tornare su questa pagina per verificare l'esistenza di eventuali aggiornamenti!). Se comunque volete sfruttare subito questo pin, sappiate che su di esso è presente un livello alto (+ Volt) durante la fase di conteggio ed un livello basso (0 V) a riposo ovvero durante una pausa (dopo lo STOP). 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

13 COMANDI e FUNZIONAMENTO I comandi del Timer sono sei, riconducibili ai sei pulsanti siglati da S a S. S Programmazione ORE. Funziona solo a conteggio fermo (oppure in pausa): serve per programmare il numero delle ORE (da 0 a 99). Se premuto insieme al pulsante S (FUNCTION) la programmazione delle ORE avviene all indietro. Quando la cifra delle decine di ORE è uguale a zero, essa si spegne automaticamente. S Programmazione MINUTI. Funziona solo a conteggio fermo (oppure in pausa): serve per programmare il numero dei MINUTI (da 0 a 9). Se premuto insieme al pulsante S (FUNCTION) la programmazione dei MINUTI avviene all indietro. S Programmazione SECONDI. Funziona solo a conteggio fermo (oppure in pausa): serve per programmare il numero dei SECONDI (da 0 a 9). Se premuto insieme al pulsante S (FUNCTION) la programmazione dei SECONDI avviene all indietro. S Pulsante FUNCTION (SHIFT). Questo pulsante ha una doppia funzione: se premuto insieme a S, S o S, la programmazione delle cifre avviene a ritroso mentre se è premuto insieme al pulsante S (START) abilita/disabilita la scansione audio delle cifre (il classico "toc" che scandisce i secondi). S Pulsante START. Anche questo pulsante ha una doppia funzione: se premuto quando il display segnala l'orario 0:00:00, si attiva il TEST dei display (visualizzazione in sequenza della cifra sui display, per controllarne l integrità dei segmenti) mentre se è premuto quando il display segna un qualsiasi orario diverso da 0:00:00, si AVVIA IL CONTEGGIO. Per mettere in pausa il conteggio (ed eventualmente, correggerne la programmazione) premere il pulsante STOP, apportare eventualmente le modifiche alla programmazione e premere nuovamente il pulsante START per far ripartire il conteggio. Durante il conteggio, i pulsanti S, S e S non sono attivi sempre (che il dispositivo non venga messo in pausa con il pulsante STOP). Al termine del conteggio e dopo i beep, sul display appare nuovamente il valore programmato, ovvero quello visualizzato sul display durante l'ultima pressione del pulsante START. S Pulsante STOP. La pressione di questo pulsante mette in PAUSA il conteggio (durante la pausa è possibile "correggere" la programmazione e quindi premere il pulsante START per riavviare il conteggio). Se durante la PAUSA si preme nuovamente il punsante STOP, il conteggio viene definitivamente fermato e sul display appare il valore 0:00:00. SCANSIONE AUDIO DEI SECONDI - Per attivare la scansione audio dei secondi, premere e tenere premuto il pulsante FUNCTION e contemporaneamente premere il pulsante START. La continua pressione di questa combinazione di tasti, alterna l attivazione/disattivazione della scansione audio dei secondi. La modalità selezionata rimane in memoria anche quando si preme il tasto STOP e, grazie alla memorizzazione su Eeprom, anche quando si spegne il timer. TEST DEI DISPLAY - Il TEST dei display permette di controllare se tutti i segmenti funzionano alla perfezione. Il TEST è possibile soltanto quando il display visualizza il valore 0:00:00: in questo caso, infatti, alla pressione del pulsante START, si attiva il TEST e i display vengono interamente accesi, uno ad uno in sequenza. Il video seguente visualizza il Test del Display: da notare come nel mio prototipo, ho inserito volutamente il primo display a sinistra difettoso ( segmenti sono bruciati)! 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

14 (Il prototipi completo realizzato dall autore) 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

15 MASTER e PCB Layout Nelle pagine seguenti sono riportati i Master (nelle versioni Mirror side e Copper side) e i Layouts delle schede (i ponticelli sono colorati in rosso e vanno montati per primi). 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

16 MASTER e PCB della scheda MAIN

17 MASTER e PCB della scheda DISPLAY

18 LISTA COMPONENTI (Sez. controllo) Designator Value BUZ Buzzer V - Autoscillante C Condensatore Elettrolitico uf - v C Condensatore 0.u C Condensatore 0.u C Condensatore 0.u C Condensatore Elettrolitico 00uF - v D Diodo N00 D Diodo N00 D Diodo N J...J Connettori Strip vie M Connettore Strip vie M Connettore Strip vie M Connettore vie M Connettore vie M Connettore vie M Connettore vie (solo per programmazione ICSP) M? Connettore vie (Uso Futuro) Q Transistor BC R Resistenza 0k R Resistenza 0k R* Resistenza k (USARE SOLO con batterie ricaricabili 9V) R Resistenza 0k R Resistenza 0k R Resistenza 0k R Resistenza 0k R Resistenza 0k R9 Resistenza 0k R0 Resistenza k S...S Pulsante Unipolare U Stabilizzatore 0 U Circuito Integrato CD00/HBF00 (oppure 00) U Microcontrollore PICF (Microchip) 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

19 LISTA COMPONENTI (Sez. display) Designator R R R R R R R R R9 R0 R R R R R Q Q Q Q Q Q Q U DL DL DL DL DS DS DS DS DS DS M M Value Resistenza k ohm Resistenza k ohm Resistenza k ohm Resistenza k ohm Resistenza k ohm Resistenza k ohm Resistenza 0 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza 00 ohm Resistenza k Transistor BC Transistor BC Transistor BC Transistor BC Transistor BC Transistor BC Transistor FXT90B Circuito Integrato ULN00 DIODO LED Rosso mm DIODO LED Rosso mm DIODO LED Rosso mm DIODO LED Rosso mm Display Anodo Comune SA0- / MANA / LTS Display Anodo Comune SA0- / MANA / LTS Display Anodo Comune SA0- / MANA / LTS Display Anodo Comune SA0- / MANA / LTS Display Anodo Comune SA0- / MANA / LTS Display Anodo Comune SA0- / MANA / LTS Connettore vie Connettore vie 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

20 LA SERIGRAFIA DEL PANNELLO FRONTALE La successiva immagine illustra un esempio di serigrafia per il pannello frontale. 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)

21 MODIFICHE SUCCESSIVE Per evitare di bruciare la porta RA0 del PIC F, consiglio di mettere un ulteriore diodo di protezione (N) in serie al partitore, come visibile nel disegno seguente. Questa piccola modifica può essere fatta facilmente scollegando un capo della resistenza R, saldando su di esso il Catodo del diodo N e inserendo l anodo di quest ultimo sul foro lasciato libero dalla resistenza R. La foto qui a destra illustra come può essere fatta la modifica in modo semplice e rapido: 0 Valter Narcisi San Benedetto del Tronto (AP)