[Rozwiązano] Zegar LED 5-cyfrowy z timerem i sekundnikiem z diodami 60 LED - jak zbudować?

Witam wszystkich. Forum przeglądam od dawna, ale teraz potrzebuję pomocy. Potrzebuję zegara dla klienta trochę nietypowego. Zegar z segmentów LED powinien mieć 5 cyfr:
- 1 godzinowa,
- 2 minutowe,
- 2 sekundowe.
Ewentualnie:
- 3 cyfry minutowe (999 min.),
- 2 sekundowe.
Nie jest to typowy zegar, raczej timer. Potrzebuję ustawiać jakiś czas i zegar powinien odliczać go do tyłu, czyli do zera. Powinna być możliwość zatrzymania go, uruchomienia ponownie, ewentualnie cofnięcia lub przesunięcia do przodu.
Wyświetlacz 7-segmentowy czerwony, rozmiar cyfr - około 100 mm (plus-minus). Oprócz tego chciałbym do tego zegara zamontować sekundnik w postaci 60 diod świecących. Obudowa i montaż jest po mojej stronie. Przeglądam forum, ale jak są wątki, to stare.
Czy ktoś może pomóc lub podejmie się takiej pracy?

Sama elektronika to nie problem - byle jaki mikrokontroler, układy sterujące LED, przyciski. Gorzej z płytką drukowaną, żeby pomieścić w rzędzie 5 wyświetlaczy LED potrzeba około 35 cm. Do tego 60 diod dookoła to daje płytkę o boku około 45 cm.

Zadanie wyraźnie dla mikrokontrolera. Wystarczy program i sterowniki segmentów. Dłubanie tego licznikami CMOS możliwe, ale nie miniaturowe. Dla początkującego może trochę prostsze niż mikrokontroler.
Dla liczników CMOS musiałby być generator sygnału 1 Hz. Do tego licznik sekund 0-59, dalej licznik minut 0-59, licznik godzin. Licznikom skraca się cykl liczenia. Do każdego licznika dekoder na kod segmentowy. Do tego układy programowania. Start/stop przez odłączenie sygnału 1 Hz. Liczniki muszą być dwukierunkowe.
Fikołek z licznikiem sekund z diod. Tu się nada rejestr przesuwający - 1 logiczna będzie się przesuwać przez 8 kolejnych wyjść i zapalać kolejne diody. Do tego układy resetowania, skracania, programowania wartości.

Ujawnij swoją wiedzę na temat mikrokontrolerów i układów cyfrowych.

Myślę, że segmenty LED i LED-y sekundnika nie muszą być na płytce drukowanej - można je osadzić w płycie konstrukcyjnej i połączyć przewodami. Sporo połączeń: wyświetlacz 7-segmentowy 7+masa (albo zasilanie), x5 wyświetlaczy, to 35 sygnałów, plus 60 do sekundnika. Tu warto rozważyć zastosowanie multipleksowania: zamiast 35+60, 5+7 sygnałów do wyświetlaczy, 6+10 do sekundnika; sterowanie sekundnika mogłoby zawierać CD4017 (10 wyjść, do sterowania 2 wejścia) - to by ograniczyło liczbę sygnałów z mikroprocesora do 20, tyle ma Arduino Nano, więc trzeba jeszcze tę liczbę zmniejszyć, albo użyć większego Arduino. Sekundnik może używać 2 liczników Johnsona (jak CD4017 - do 10, CD4022 - do 8), sterowanych w sumie dwoma sygnałami, do 5 sygnałów do wyświetlaczy też użyć takiego licznika... zostaje 7 sygnałów dla segmentów, 2 do wejść zegarowych liczników, 1 do resetu wszystkich liczników - w sumie 10 pinów Arduino, i pozostaje 10 do przycisków.

Pytanie: multipleksowanie wyświetlaczy 7-segmentowych spowoduje, że każdy będzie świecić przez 20% czasu, przez co świecenie wyjdzie 5x słabsze, czy będzie wystarczające? Jeśli nie, to będzie potrzebne inne rozwiązanie: 5 rejestrów przesuwnych z zatrzaskiem na wyjściach, każdy ma 8 wyjść, do sterowania wyświetlaczami; do ich sterowania potrzeba 3 sygnałów. To więcej elementów, ale za to Arduino nie będzie musiało podawać stale sygnałów sterujących wyświetlacze (w tempie kilkuset bajtów na sekundę), tylko wysyłałoby 40 bitów raz na sekundę. W wersji z tymi rejestrami: 3 piny Arduino do rejestrów, 2 do liczników sekundnika, 121 elementarnych operacji (zmiana 1 bitu) na sekundę.

I kolejne pytanie: jakie prądy i napięcia segmentów i LED-ów sekundnika są potrzebne do uzyskania potrzebnej jasności? Pewnie będą potrzebne tranzystory do wzmocnienia prądu? W wersji z rejestrami (bez multipleksowania segmentów), z multipleksowaniem sekundnika: 35 do segmentów, 16 do sekundnika; dla sekundnika trzeba odwrócić logikę 6 sygnałów, potrzebny będzie 6-krotny inwerter (taki scalak).

Dużo LED-ów, więc typowym podejściem jest połączenie ich w matrycę i sterowanie z mikrokontrolera z multipleksowaniem, upraszczamy elektronikę kosztem niewiele większego skomplikowania programu.

Przykładowy typowy schemat: http://www.nowyelektronik.pl/pdf/10009.pdf - rozszerzenie na więcej cyfr to więcej anod do sterowania.

Można też zrobić sekundnik z rejestrów przesuwających, scalaków przybywa, ale obsługa sekundnika banalnie prosta: http://www.cyfronika.com.pl/kityavt3/avt5002pdf.pdf

Mikrokontroler polecałbym jakiś nowszy programowalny bez wyciągania z płytki (ISP). AT89C2051 stosowali, bo był bardzo tani.

Elektroholik napisał:

Nie jest to typowy zegar, raczej timer. Potrzebuję ustawiać jakiś czas i zegar powinien odliczać go do tyłu, czyli do zera. Powinna być możliwość zatrzymania go, uruchomienia ponownie, ewentualnie cofnięcia lub przesunięcia do przodu.

Potrafisz napisać do tego program?

Kup gotowy układ. https://www.tores.eu/pl/p/Przekaznik-czasowy-wielofunkcyjny-0-999-min-timer/8896

Nie jest taki - ale jest gotowy i mało kosztuje.

Nawet jeśli się nie umie programować, zegar elektroniczny to świetny projekt na początek nauki programowania mikrokontrolerów. Wielu zaczynało od zegara, dla mnie też był to jeden z pierwszych projektów. Nie jest to zbyt trudne, ale trochę trzeba pomyśleć.

Elektroholik napisał:

Potrzebuję zegara dla klienta

Moderowany przez ArturAVS:

3.1.14. Publikowanie wpisów niezgodnych z tematyką danego działu forum lub wątku dyskusji.

Na taką liczbę LED-ów najbardziej optymalnym rozwiązaniem są rejestry przesuwające tak, jak pisał @_jta_. Będzie 5 wyświetlaczy i 60 diod, co daje w sumie około 95 struktur LED do indywidualnego obsłużenia. Załatwia to 12 sztuk 74HC595 sterowanych 3-przewodowym interfejsem sterującym. Trzeba też uwzględnić całkiem spory prąd, mogący wynosić 1 A przy wysterowaniu 100%.
Przy zastosowaniu wystarczająco szybkiego przesyłu, np. fclk = 100 kHz, jeden cykl przekazywania danych wynosi 1 ms. Zakładając częstotliwość przebiegu o zmodulowanej szerokości impulsów 100 Hz dostajemy 10 stopni jasności możliwych do uzyskania, używając tylko interfejsu sterującego.

Myślę (@Elektroholik - jeśli się mylę, to skoryguj), że w sekundniku z 60 LED-ów ma świecić tylko 1 naraz i to załatwią 2 liczniki Johnsona (LJ1 0..9 i LJ2 0..5, sekundy liczymy od 0 do 59, LJ1 zmienia się co sekundę, LJ2 co 10 sekund, każdej kombinacji wyjść jest przypisany LED, który świeci w sekundzie LJ2*10+LJ1); LJ1 sterowałby tranzystorami NPN/N-MOSFET, a LJ2 poprzez inwertery PNP/P-MOSFET, LED-y byłyby włączone między kolektory/dreny w każdej możliwej kombinacji (10N × 6P => 60 kombinacji). Natomiast do segmentów potrzeba 5 np. 74HC595 (albo ich odpowiednika w serii CMOS 4000 - CD4094), i 35 tranzystorów. Aha: segmenty wyświetlacza mają wspólną anodę czy wspólną katodę? Bo od tego zależy, jakie tranzystory: NPN/N-MOSFET, czy PNP/P-MOSFET.

W sumie: CD4017 (LJ1), CD4022 (LJ2), CD4049 (6 × inwerter), 5 × CD4094, 51 tranzystorów wyjściowych; do tego do sygnałów Reset bramki OR (CD4072); i do wszystkich sygnałów z Arduino (może wystarczą 4?) translatory poziomów (to się robi z tranzystora NPN). Sygnały z Arduino: Reset do LJ1, LJ2 (i może do CD4094), Data i Clock (do CD4094), Strobe do CD4094 i jednocześnie Clock do LJ1 (wyświetlamy nowy czas i jednocześnie przesuwamy sekundnik), LJ2 dostaje Clock z LJ1.

_jta_ napisał:

W sumie: CD4017 (LJ1), CD4022 (LJ2), CD4049 (6× inwerter), 5× CD4094, 51 tranzystorów

Można użyć układów serii 74HC mających większą wydajność prądową i uniknąć stosowania tranzystorów.

A myślisz, że wyświetlaczowi z cyfr o wysokości 10 cm to wystarczy? Ale zaczekajmy na konkretne informacje zamiast teoretyzować.

Panowie, wasza wiedza jest za mądra dla mnie. Bawiłem się elektroniką dosyć dawno temu i moje urządzenia bazowały na KD503 i GML026.
Cały zegar nie będzie miniaturowy, gdyż będzie w obudowie okrągłej o średnicy 75 cm i grubości około 16 cm, więc miejsca jest pod dostatkiem. Wyświetlacz i diody sekundnika będą zamontowane w płycie czołowej. Natomiast cała elektronika zamontowana na płytce drukowanej, a połączenia z wyświetlaczami i diodami wyobrażam sobie przewodami. Jak wskazujecie, to będzie tych kabelków trochę, ale spokojnie mogę pobawić się z nimi.
Sekundnik powinien działać tak, że diody zaświecają się od 1 do 60 (do świecącej diody zaświeca się następna, więc pod koniec minuty świecą wszystkie i gasną na początku zaczynającej się minuty).
Zrobiłem szablon tego zegaro-timera i wychodzi, że mogę zamontować wyświetlacz 5" (140×105 mm, 7 segmentów i kropka, 9 podłączeń). Dane wyświetlacza:

Wyświetlacz LED pojedynczy LED1-AS-50102B:
1 cyfra
wysokość cyfry 125 mm (5 cali)
kolor czerwony (635 nm), 24 mcd (20 mA)
wspólna anoda 1,8 V (20 mA)/LED
I (max) segment = 40 mA
I (max) kropka = 20 mA

Co do jasności wyświetlaczy. Trudno mi stwierdzić, czy 20% jasności wystarczy. Zegar będzie używany do nagrań programu w studio. Idealnie gdyby była 100% jasności z możliwością ściemnienia.

Poniżej obrazek, jak zegar mógłby wyglądać (tylko z 5 cyframi).



Miłej niedzieli.

Elektroholik napisał:

Panowie, wasza wiedza jest za mądra dla mnie.

Elektroholik napisał:

Zrobiłem szablon tego zegaro-timera i wychodzi, że mogę zamontować wyświetlacz 5" (140×105 mm, 7 segmentów i kropka, 9 podłączeń).

Nie dostałeś:
1. Schematu ideowego.
2. Płytki drukowanej układu.
3. Ewentualnego programu na mikroprocesor

Elektroholik napisał:

Potrzebuję zegara dla klienta

Post # 6

CYRUS2 napisał:

Kup gotowy układ. https://www.tores.eu/pl/p/Przekaznik-czasowy-wielofunkcyjny-0-999-min-timer/8896

Będzie przynajmniej coś działającego.

Z tego linku mam komunikat "sklep zablokowany". Więc nie wiem, co tam może być i czy choć podobne do tego, co chce Elektroholik.

Elektroholik napisał:

pod koniec minuty świecą wszystkie i gasną na początku zaczynającej się minuty)

Taka drobna uwaga: nie można przez 60 sekund zrobić tak, że na początku nie świeci żadna i co sekundę jedna przybywa, a na końcu świeci 60 - to zajmuje 61 sekund. Ale można zrobić tak, że przez pół sekundy nie świeci żadna, potem przez sekundę jedna... na koniec przez pół sekundy wszystkie 60. Nie widzę, żeby można było w prosty sposób zrobić (ale może ktoś to wymyśli, nie jestem wszechwiedzący) multipleksowanie - chyba wypadnie użyć rejestrów przesuwnych SIPO - oprócz takich z zatrzaskiem (który tu nie będzie potrzebny) z serii CMOS 4000 tylko 4015, z serii 7400 - 74x164, 74x594, 74x595, 74x599, 74x596, 74x673, 74x675 (dwa ostatnie są 16-bitowe, pozostałe 8-bitowe). Seria 7400 na ogół ma prąd wyjścia wystarczający do sterowania LED-ów (takich na 20 mA), seria 4000 raczej za mały. Układów można poszukać na stronach: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_4000-series_integrated_circuits i https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_7400-series_integrated_circuits

Mogłoby to działać tak: w czasie 0 podajemy sygnał zerujący (stan niski na wszystkich wyjściach); w czasach 0,5, 1,5, 2,5 (co sekundę) podajemy sygnał zegarowy, który przesunie bity w rejestrach (musi być 60 bitów - 8 rejestrów 8-bitowych, albo 4 rejestry 16-bitowe), wczytując stan wysoki do pierwszego bitu; potem stan wysoki propaguje się do dalszych bitów. To oznacza, że LED-y muszą być zaświecane stanem wysokim (chyba żeby któryś układ przy zerowaniu ustawiał się w stan wysoki na wyjściach).

A cyfry - chyba rejestry z zatrzaskiem, bez zmian. Są jakieś enkodery (podajesz na wejście wartość liczbową cyfry, a on na wyjściu daje układ segmentów do zaświecenia), ale z ich użyciem układ prostszy nie będzie.

Prąd wyjściowy dla serii 4000: 20 mA da się wyciągnąć (przy zasilaniu 15 V), ale ze sporym spadkiem napięcia, i przy włączeniu większości wyjść przekroczona zostanie dopuszczalna moc. Więc raczej wypada użyć serii 7400.

Coś mi informacje o jasności tych segmentów nie wyglądają zachęcająco: 24 mcd to rozumiem, że jasność segmentu, który ma powierzchnię 8 cm² - czyli wychodzi 30 cd/m², typowy monitor LCD świeci 10× jaśniej.

Elektroholik napisał:

Zegar będzie używany do nagrań programu w studio. Idealnie gdyby była 100% jasności z możliwością ściemnienia.

Autor potrzebuje, żeby zegar można byłoby "kamerować". Wtedy wszystkie multipleksowania, regulacje jasności poprzez modulację szerokości impulsów mogą dać marny skutek na nagraniach (miganie cyfr, różnice jasności etc). Takie duże czerwone 5-calowe wyświetlacze mają napięcie przewodzenia segmentu w granicach kilkunastu woltów.
Przykładowy LED. Potrzebny też byłby jakiś przemyślany panel sterowania, żeby ustawianie czasu nie było mordęgą (enkodery? klawiatura? przyciski?). Sterowanie przewodowe, bezprzewodowe? Prosty na pozór projekt okazuje się jednak dość skomplikowany i Autor może wdepnąć na niezłą minę, biorąc pod uwagę jego małe doświadczenie.

Elektroholik napisał:

Panowie, wasza wiedza jest za mądra dla mnie.

To powinieneś dać ogłoszenie "Zlecę wykonanie zegara".

Dla LED1-AS-50102B podano 24 mcd - jeśli to jest światłość jednego z siedmiu segmentów, to będzie ona odpowiadać oświetleniu przez świeczkę z odległości około 10 cm. Dla OPD-S50010LR | OPD-S50011LR podają 140 mcd na segment - prawie 6× więcej, oświetlenie świeczką z odległości 4 cm. Pytanie: jaka światłość jest potrzebna?

zdziwiony napisał:

Potrzebny też byłby jakiś przemyślany panel sterowania, żeby ustawianie czasu nie było mordęgą (enkodery? klawiatura? przyciski?).

Gotowy chiński minutnik "999 minut" to ma (bajer z "sekundnikiem" nie jest konieczny).

Elektroholik napisał:

Poniżej obrazek, jak zegar mógłby wyglądać (tylko z 5 cyframi).

To jest do zrobienia, od strony elektronicznej niewielkie wyzwanie. Panelem sterowania może być np. pilot do TV, bo umieszczenie z tyłu przycisków czy enkodera byłoby nieco niewygodne.

Nie dzielmy skóry na żywym niedźwiedziu, który jest daleko w lesie: wciąż nie wiemy, czy jasność tego wyświetlacza będzie wystarczająca, czy np. 100x za mała...

Nie jest dla mnie jasne, czy chodzi o studio TV, ale kiedyś w takim studiu była tropikalna temperatura - podgrzewały je żarówki, które dawały potrzebne światło.

Jak studio, to i pewnie nie jest za jasno, ale regulacja jasnością za pomocą modulacji szerokości impulsów to żadne wyzwanie. Jak ktoś się przyłoży, to jest projekt na jeden weekend, wyłączając montaż, bo z tym będzie najwięcej pracy.
Byle Atmelek 8-bit z 8 kB flasha i 20 MHz fclk da radę, nie wspominając o RP pico czy innej bardziej współczesnej platformie 32-bitowej.

acctr napisał:

Jak studio to i pewnie nie jest za jasno, ale regulacja jasnością za pomocą PWM to żadne wyzwanie.

A Kolega kiedyś był w studiu TV podczas emisji programu? Ja byłem, ale dawno temu - nie wiem, może teraz są bardziej czułe kamery...

Pewnie nie regulacja jasności jest potrzebna, a zastosowanie superjasnych LED-ów, żeby przy oświetleniu studia było widać, że one też świecą.

Tym wyświetlaczom, o których była mowa, modulacja szerokości impulsów mogłaby się przydać, gdyby miały być używane w ciemni fotograficznej przy pracy w ciemności.

_jta_ napisał:

A Kolega kiedyś był w studiu TV podczas emisji programu? Ja byłem, ale dawno temu - nie wiem, może teraz są bardziej czułe kamery...

Przecież światło w takim studiu jest ukierunkowane na scenę, a nie na ściany, bo by zwyczajnie przeszkadzało.
Ściany są ciemne i nieoświetlone podczas nagrywania. No chyba że zegar będzie stał na scenie, ewentualnie będzie gdzieś w zasięgu.

Szanowne grono, spieszę wyjaśnić wątpliwości co do zegara.
Zegar ma być do programu Masterchef. Stary zegar analogowy na silnikach krokowych "zużył się" i trzeba zrobić nowy.
Idąc z biegiem czasu wymyślono, że tym razem będzie to zegar cyfrowy. Zegar wisi sobie nad podestem Jury 4-5m tak, żeby wszyscy zawodnicy mogli widzieć upływający czas. Czasami czas jest wstrzymywany. Z reguły to ustawia się jakąś wartość minut i sekund i po starcie zegar cofa się od ustawionej wartości do 0 (odlicza czas do tyłu). W studiu jest jasno, ale nie jak kiedyś było wszystko dopalone dużymi reflektorami, więc nie jest potrzebna wyjątkowa jasność. Ściemnianie zegara jest potrzebne do ustawienia odpowiedniego poziomu lux do całej scenografii. Ale z tym nie ma problemu i sam się tym zajmę. Problem mrugania w obrazku kamer to już byłby problem, więc tego muszę uniknąć.
Sterowanie i ustawianie zegara - tak naprawdę to do tej pory było "kablowe" i pudełko z przyciskami (i tak może pozostać), ale wypadałoby zrobić to pilotem, ewentualnie PC-tem. Do wymyślenia

CYRUS2 napisał:

Kup gotowy układ. https://www.tores.eu/pl/p/Przekaznik-czasowy-wielofunkcyjny-0-999-min-timer/8896

Niestety za prosty, i nie przejdzie.

jarek_lnx napisał:

Przykładowy typowy schemat: http://www.nowyelektronik.pl/pdf/10009.pdf - rozszerzenie na więcej cyfr to więcej anod do sterowania. Można też zrobić sekundnik z rejestrów przesuwających, scalaków przybywa, ale obsługa sekundnika banalnie prosta: http://www.cyfronika.com.pl/kityavt3/avt5002pdf.pdf

Fajna propozycja, tylko trzeba inny program do tego, co potrzebuję, ale baza wyjściowa OK. Wydaje mi się, że zegar wykonany "rzemieślniczo" będzie bardziej niezawodny (co jest ważne) i prostszy w naprawie. Zawsze można podzespoły mieć w szufladzie.

Po przeczytaniu wszystkiego skłaniam się do porady:

jarek_lnx napisał:

To powinieneś dać ogłoszenie "Zlecę wykonanie zegara".

Nie będę ciągnął dalej tematu (chociaż jest fajowo "posłuchać" mądrzejszych) i chciałbym: ZLECIĆ WYKONANIE ZEGARA.
Jak ktoś ma czas i ochotę to na prv.

Miłego

_jta_ napisał:

Taka drobna uwaga: nie można przez 60 sekund zrobić tak, że na początku nie świeci żadna i co sekundę jedna przybywa, a na końcu świeci 60 - to zajmuje 61 sekund.

To komplikuje sprawę, ale jeżeli na końcu będzie świeciło 59, a po sekundzie zaświeci się pierwsza, to minuta znowu będzie miała 60 sekund, a godzina 3600, a nie 3660.
Aby cyfry były bardziej kontrastowe, należy umieścić przed nimi filtr w kolorze LED-ów, tak jak było robione w starych magnetowidach czy zegarach cyfrowych.

Elektroholik napisał:

W studiu jest jasno, ale nie jak kiedyś było wszystko dopalone dużymi reflektorami, więc nie jest potrzebna wyjątkowa jasność.

Ale jednak sprawdź, jak widać segmenty jednej cyfry przy maksymalnym prądzie. Bo jak kiepsko, to trzeba poszukać innych cyfr, które by jaśniej świeciły. Albo składać segmenty z LED-ów o przyzwoitej jasności. Z pewnością można znaleźć LED-y, które nawet przy jasnym oświetleniu będą wyraźnie widoczne (myślę, że takie 1 W dające po 50 lumenów aż nadto wystarczą), ale to już może być spory koszt - zresztą to jeszcze zależy od układu, ile LED-ów wyjdzie na cyfrę.

Elektroholik napisał:

Sterowanie i ustawianie zegara - tak naprawdę to do tej pory było "kablowe" i pudełko z przyciskami (i tak może pozostać), ale wypadałoby zrobić to pilotem, ewentualnie PC-tem.

To może jakieś Raspberry Pi? Pi Zero jest w miarę tanie (około 100 zł, może nieco ponad 100, jak policzy się zasilacz, obudowę, kabelki...), łączność przez WiFi, obudowa o rozmiarach typowej mydelniczki i może być używane samodzielnie, bez komputera w roli programatora (w przeciwieństwie do Arduino).

Ja bym pozostał przy sterowaniu przewodowym, mimo wszystko jest pewniejsze, bo odporne na zakłócenia, a różnica, czy guzik zostanie naciśnięty na pilocie, czy na pulpicie, jest pomijalna. Dodatkowo pilot może się zawieruszyć, a pulpit na drucie nie. Wi-Fi czy inne BT to tylko niepotrzebne komplikowanie układu nieprzekładające się na komfort użytkowania.

Takie coś by Ci się nie przydało? https://pl.aliexpress.com/item/1005003575324793.html

bratHanki napisał:

Takie coś by Ci się nie przydało?

Mam wrażenie, że opis jest całkowicie nie zrozumiały (czytałem po polsku i po angielsku; po chińsku nie umiem).

Aha, pytanie co do sekundnika: czy on ma kolejno zaświecać LED-y, czy kolejno gasić (skoro ma liczyć do tyłu)?

Nawet jak opis nie jest zrozumiały, to mając fizycznie gotowe urządzenie, można bez trudu dojść, co i jak. Jeżeli coś będzie nie tak, to 20 zł da się jakoś przeboleć.