С51 (YSZ-4) Электронные часы-конструктор на микроконтроллере

Конструктор покупался на ebay.com за 1.38 фунтов (0.99+0.39 доставка), что эквивалентно 2.16$. На момент покупки это самая низкая цена из всех предложенных.



 
       Доставка заняла около 3х недель, набор пришел в обычном полиэтиленовом пакетике, который в свою очередь был упакован в небольшой "пупырчатый" пакет. На выводах индикатора был небольшой кусочек пенопласта, остальные детали были без какой либо защиты.
        Из документации только небольшой листочек формата А5 со списком радиодеталей с одной стороны и принципиальной электрической схемой с другой.

1. Принципиальная электрическая схема, используемые детали и принцип работы

Основой или "сердцем" часов является 8-ми разрядный КМОП микроконтроллер AT89C2051-24PU оснащенный Flash программируемым и стираемым ПЗУ объемом 2кб.
      
   Узел тактового генератора собран по схеме (рис.1) и состоит из кварцевого резонатора Y1 двух конденсаторов C2 и С3, которые образуют вместе параллельный колебательный контур.


   Изменением емкости конденсаторов можно в небольших пределах изменять частоту тактового генератора и соответственно точность хода часов. На рисунке 2 показан вариант схемы тактового генератора с возможностью регулировки погрешности часов.


   Узел начального сброса служит для установки внутренних регистров микроконтроллера в начальное состояние. Он служит для подачи после подключения питания на 1 вывод МК единичного импульса длительностью не менее 1 мкс (12 периодов тактовой частоты). 
Состоит из RC цепочки, образуемой резистором R1 и конденсатором C1.


  Схема ввода состоит из кнопок S1 и S2. Программно сделано так, что при одиночном нажатии любой из кнопок в динамике раздается одиночный сигнал, а при удержании двойной.


  Модуль индикации собран на четырехразрядном семисегментном индикаторе с общим катодом DS1 и резистивной сборке PR1.
   Резистивная сборка представляет собой набор резисторов в одном корпусе:



   Звуковая часть
схемы представляет собой схему собранную на резисторе R2 10кОм, pnp
транзисторе Q1 SS8550(выполняющего роль усилителя) и пьезоэлемента LS1.




   Питание подается через разъем J1 с подключенным параллельно сглаживающим конденсатором C4. Диапазон питающих напряжений от 3 до 6В.

2. Сборка конструктора

  Сборка трудностей не вызвала, на плате подписано, куда какие детали паять. 


Я начал с панельки, так как она единственная не является радиодеталью:


Следующим шагом я припаял резисторы. Перепутать их невозможно, они оба на 10кОм:


     После этого установил на плату соблюдая полярность
электролитический конденсатор, резисторную сборку (также обращая
внимание на первый вывод) и элементы тактового генератора - 2
конденсатора и кварцевый резонатор:


Следующим шагом припаиваю кнопки и конденсатор фильтра питания:


   После этого очередь за звуковым пьезоэлементом и транзистором. В
транзисторе главное установить правильной стороной и не перепутать
выводы:

В последнюю очередь припаиваю индикатор и разъем питания:


Подключаю к источнику напряжением 5В. Все работает!!!

3. Установка текущего времени, будильников и ежечасового сигнала.

       После включения питания дисплей находится в режиме ("ЧАСЫ:МИНУТЫ") и отображает время по умолчанию 12:59. Ежечасный звуковой сигнал включен. Оба будильника включены. Первый установлен на время срабатывания 13:01, а второй – 13:02.

      При каждом кратковременном нажатии на кнопку S2 дисплей будет переключаться между режимами ("ЧАСЫ:МИНУТЫ") и ("МИНУТЫ:СЕКУНДЫ"). 

      При длительном нажатии кнопки S1 происходит вход в меню настроек, состоящее из 9 подменю, обозначенных буквами A, B, C, D, E, F, G, H, I. Подменю переключаются кнопкой S1, значения изменяются кнопкой S2. После подменю I следует выход из меню настроек.


А: Установка показаний часов текущего времени
При нажатии кнопки S2 значение часов изменяется от 0 до 23. После установки часов необходимо нажать S1 для перехода в подменю B.


B: Установка показаний минут текущего времени
При нажатии кнопки S2 значение минут изменяется от 0 до 59. После установки минут необходимо нажать S1 для перехода в подменю С.


C: Включение ежечасного звукового сигнала
По умолчанию включено (ON) – каждый час с 8:00 до 20:00 подается звуковой сигнал. При нажатии кнопки S2 значение изменяется между ON (Вкл.) и OFF (Выкл.). После установки значения необходимо нажать S1 для перехода в подменю D.



D: Включение\выключение первого будильника
По умолчанию будильник включен (ON). При нажатии кнопки S2 значение изменяется между ON (Вкл.) и OFF (Выкл.). После установки значения необходимо нажать S1 для перехода в следующее подменю. Если будильник выключен, то подменю E и F пропускаются.


E: Установка показаний часов первого будильника
При нажатии кнопки S2 значение часов изменяется от 0 до 23. После установки часов необходимо нажать S1 для перехода в подменю F.


F: Установка показаний минут первого будильника
При нажатии кнопки S2 значение минут изменяется от 0 до 59. После установки минут необходимо нажать S1 для перехода в подменю С.


G: Включение\выключение второго будильника
По умолчанию будильник включен (ON). При нажатии кнопки S2 значение изменяется между ON (Вкл.) и OFF (Выкл.). После установки значения необходимо нажать S1 для перехода в следующее подменю. Если будильник выключен, то подменю H и I пропускаются и происходит выход из меню настроек.


H: Установка показаний часов второго будильника
При нажатии кнопки S2 значение часов изменяется от 0 до 23. После установки часов необходимо нажать S1 для перехода в подменю I.


I: Установка показаний минут второго будильника
При нажатии кнопки S2 значение минут изменяется от 0 до 59. После установки минут необходимо нажать S1 для выхода из меню настроек.



Коррекция секунд
В режиме ("МИНУТЫ:СЕКУНДЫ") необходимо удержать кнопку S2 для обнуления секунд. Далее коротким нажатием на кнопку S2 запустить отсчет секунд.

4. Общие впечатления от часов.

Плюсы: 
      + Низкая цена
      + Легкая сборка, минимум деталей
      + Удовольствие от самостоятельной сборки
      + Достаточно низкая погрешность (у меня за сутки отстали на несколько секунд)


Минусы:
      - После отключения питания не держит время
      - Отсутствие какой либо документации, кроме схемы (данная статья частично решила этот минус)
      - Прошивка в микроконтроллере защищена от считывания

5. Дополнительно:

1) На безграничных просторах интернета нашел инструкцияю к этим часам на английском языке и перевел ее на русский. Скачать ее можно здесь