Na stiahnutie

Experimenty s AVR Atmel ATmega8 ma priviedli k myšlienke postaviť si digitálne hodiny. Sedemsegmentových displejov sa mi doma povaľovalo dosť, tak prečo s nimi niečo neskúsiť.

Návodov na hodiny je na internete nepreberné množstvo, len si vybrať. Narazil som na jednoduché hodiny na stránke daqq.eu a schéma i program sa mi zdali dosť jednoduché. Problém bol iba s kryštálom dosť špecifickej frekvencie, ktorý som nemal. Mal som ale kopu iných kryštálov, tak som začal študovať, či by sa nedal niektorý z nich použiť. Zistil som, že to nie je také jednoduché, že tá špecifická frekvencia má svoje opodstatnenie. Táto stránka popisuje TIMERy v AVR pre začiatočníkov a veľmi mi pomohla ich pochopiť.

Pôvodné zapojenie som si upravil pre 6 displejov (chcel som aj sekundy), radikálne som upravil program v C, a nastavovanie hodín som prerobil tak, aby pri stlačení jedného z tlačidiel išli hodiny rýchlejšie.

Pre stručnosť, charakteristiky hodín sú:

• kryštál 4,194304 MHz
• 24-hodinový formát času
• 6 sedemsegmentových displejov s bodkami (riadené multiplexne), displeje sú so spoločnou anódou
• zobrazenie HH:MM:SS
• nastavovanie hodín troma tlačidlami, každé zrýchľuje hodiny inak
• napájanie 5V DC

Schéma zapojenia vyzerá takto:

A program s podrobnými komentármi:

#include "hw.h"
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <stdio.h>

// BTNx is 1 if respective button is pressed TIMER1_COMPA interrupt once per second
#define BTN0() (bit_is_clear(PINC, 0))
#define BTN1() (bit_is_clear(PINC, 1))
#define BTN2() (bit_is_clear(PINC, 2))

// default TIMER1 compare value to get 
#define DEFAULT_OCR1A 16383

volatile unsigned char sec1 = 0;
volatile unsigned char sec10 = 0;
volatile unsigned char min1 = 0;
volatile unsigned char min10 = 0;
volatile unsigned char hour1 = 0;
volatile unsigned char hour10 = 0;
volatile unsigned char activeseg = 0; // indicates active display segment (used for multiplexing)

// display segments configuration
#define _s_A 2
#define _s_B 0
#define _s_C 6
#define _s_D 4
#define _s_E 3
#define _s_F 1
#define _s_G 7
#define _s_dot 5

const unsigned char segs[] =
{
    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F), //0
    _BV(_s_B) | _BV(_s_C), //1
    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_G), //2
    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_G), //3
    _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G), //4
    _BV(_s_A) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G), //5
    _BV(_s_A) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G), //6
    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_C), //7
    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G),//8
    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G),//9

    _BV(_s_A) | _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G), //A
    _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G), //B
    _BV(_s_A) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F), //C
    _BV(_s_B) | _BV(_s_C) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_G), //D
    _BV(_s_A) | _BV(_s_D) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G), //E
    _BV(_s_A) | _BV(_s_E) | _BV(_s_F) | _BV(_s_G) //F
};

int main(void)
{
    // set all PORTB and PORTD pins as output
    DDRB = 0xFF;
    DDRD = 0xFF; 

    // show empty display at the beginning
    PORTB = 0xFF;
    PORTD = 0xFF;

    // TIMER1 configuration
    TCCR1B |= _BV(WGM12); // configure timer 1 for CTC mode
    TIMSK |= _BV(OCIE1A); // enable CTC interrupt
    OCR1A = DEFAULT_OCR1A; // set CTC compare value
    TCCR1B |= _BV(CS12); // configure prescaler to 256 and start timer

    // TIMER2 configuration
    TIMSK |= _BV(TOIE2); // enable overflow interrupt
    TCCR2 |= _BV(CS21); // configure prescaler to 8 and start timer

    sei(); // enable global interrupts

    // main loop is empty, program logic is done in interrupt vectors
    for (;;)
    {
    }
}

// ISR of interrupt that is normally called once per second
// increases internal time information by 1 second each time
ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{
    // special handling of buttons for user configuration of time
    if (OCR1A == DEFAULT_OCR1A)
    {
        // is some of the buttons pressed?
        // if yes, decrease TIMER1 compare value to make the clock go faster accordingly
        // which invokes this ISR more often than once per second
        if (BTN0())
        {
            OCR1A = DEFAULT_OCR1A / 4096; // fastest
            sec1 = 0;
            sec10 = 0;
        }
        else if (BTN1())
        {
            OCR1A = DEFAULT_OCR1A / 512; // medium
            sec1 = 0;
            sec10 = 0;
        }
        else if (BTN2())
        {
            OCR1A = DEFAULT_OCR1A / 64; // slowest
            sec1 = 0;
            sec10 = 0;
        }
    }
    else if (OCR1A != DEFAULT_OCR1A && !BTN0() && !BTN1() && !BTN2())
    {
        // if previously some of the buttons were pressed and now they are not
        // (TIMER1 compare value is different from default)
        // return TIMER11 compare value to default to make the clock go normally again
        OCR1A = DEFAULT_OCR1A;
    }

    sec1++;

    if (sec1 > 9)
    {
        sec10++;
        sec1 = 0;
    }

    if (sec10 > 5)
    {
        min1++;
        sec10 = 0;
    }

    if (min1 > 9)
    {
        min10++;
        min1 = 0;
    }

    if (min10 > 5)
    {
        hour1++;
        min10 = 0;
    }

    if (hour1 > 9)
    {
        hour10++;
        hour1 = 0;
    }

    if (hour10 == 2 && hour1 == 4)
    {
        hour1 = 0;
        hour10 = 0;
    }
}

// display multiplexing is done in this ISR
// it is called often enough per second for display blinking to be invisible
ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
    if (activeseg == 5)
    {
        activeseg = 0;
    } else {
        activeseg++;
    }

    switch (activeseg)
    {
        case 0:
            PORTD = ~segs[hour10];
            PORTB = 1;
        break;
        case 1:
            PORTD = ~segs[hour1];
            PORTB = 2;

            // blinking dot after 2nd segment
            if ((sec1 & 1) == 0)
            {
                PORTD &= ~_BV(_s_dot);
            } else {
                PORTD |= _BV(_s_dot);
            }
        break;
        case 2:
            PORTD = ~segs[min10];
            PORTB = 4;
        break;
        case 3:
            PORTD = ~segs[min1];
            PORTB = 8;

            // blinking dot after 4th segment
            if ((sec1 & 1) == 0)
            {
                PORTD &= ~_BV(_s_dot);
            } else {
                PORTD |= _BV(_s_dot);
            }
        break;
        case 4:
            PORTD = ~segs[sec10];
            PORTB = 16;
        break;
        case 5:
            PORTD = ~segs[sec1];
            PORTB = 32;
        break;
    }
}

Pri zapisovaní programu do čipu treba zvoliť nastavenia poistiek (FUSES) takto:

• HIGH 0xD9
• LOW 0xED
• SUT_CKSEL: Ext. Crystal/Resonator Medium Freq. Start-up time: 16K CK + 4 ms (toto je súčasť nastavenia LOW fuses)

Balík na stiahnutie obsahuje program v HEX súbore, aj zdroják (solution pre Atmel Studio), schému a zoznam použitých súčiastok.

Ak sa rozhodneš postaviť tieto hodiny a budeš mať nejaký problém, ozvi sa. Poradím, ak budem vedieť.