Теплые ламповые часы. Приложение: схема, прошивка.

Итак, у нас имеются теплые ламповые часы на накальных индикаторах ИВ-16, убедительно прошу не путать с газоразрядными! В первой части ссылка я показал, каким образом можно неплохо поразвлечься не выходя из дома. ;) По многочисленным просьбам трудящихся выкладываю схему и прошивку этого извращения. Разумеется, делать конструкцию «как она есть» не имеет ни малейшего смысла, а вот настольный вариант- с питанием от USB порта компьютера или зарядки для телефона- может украсить вашу жизнь и сделать ее теплее (в прямом смысле). Потому- приводимая схема будет в упрощенной версии.

А вот примеров разводки печатной платы не будет. Плату разведите сами- под имеющиеся у вас корпуса и компоненты. «Ведь без мучений не будет развлечений». Я лично рисую в программе SprintLayout, весьма удобна и интуитивно понятна.

Схема получилась объемная, поэтому я ее разбил на три части.
Часть первая: стабилизатор напряжения.
Ничего необычного, ничего интересного. Микросхема NCP1529 в штатном включении. DC-DC преобразователь малой мощности. 5 вольт от USB-порта получает, 3 вольта отдает. В отличие от линейных стабилизаторов типа LM317 совершенно не греется и почти не расходует энергию впустую.
Ссылка на документацию по этому замечательному клопу: ссылка
Три вольта питания выбраны не случайно: штатное напряжение накала сегмента лампы- 3,15 вольта, максимально допустимое- 4,5. Таким образом, индикаторы будут работать в оптимальном режиме- и проживут весь гарантированный производителям срок наработки без отказа (10 000 часов).

Пара замечаний по стабилизатору: конденсаторы обязательно должны быть керамическими, микросхема работает на частоте 1,7 мегагерца, никакие электролиты с фильтрацией помех не справятся. С1- по личному опыту чем больше- тем лучше (особенно если у вас в качестве источника питания зарядка некачественная), но не меньше 4,7 микрофарад, С3 увеличивать нет смысла. Дроссель L1 я применил CD43 (с алиэкспресса), он достаточно маленький, но мощный. Рекомендации по выбору дросселя можно почитать в даташите. На входе схемы нарисован TVS-диод, его можно не ставить, но лучше поставить- сгодится любой на 5 вольт, существуют специализированые TVS-диоды для шин USB. Дешевые китайские зарядки выдают черти знают что, лишняя защита не повредит. По поводу самой микросхемы: существует множество ее клонов, полностью совместимых по ногам. Мне лично китайцы подсунули вместо оригинала аналог М3406, он способен выдавать максимальный ток только 0,8 ампера (оригинал- до 1 ампера), однако- в самом худшем случае схема не потребляет больше 450 миллиампер, так что «клоны» вполне годятся.
Но если вам убеждения не позволяют делать DC-DC преобразователи- можете применить привычный линейный стабилизатор, никому от этого плохо не станет, главное- чтоб на выходе 3 вольта выдавал при токе не менее половины ампера.

Часть вторая: мозги-и-и-и…
Основой является микроконтроллер фирмы Microchip Attiny24а, почему-то не популярный в народе, но свободно продающийся в разных корпусах, я использовал в корпусе SO-14.
Даташиты на него можно почитать тут: ссылка

Файл прошивки можно скачать тут: ссылка

Пара слов по прошивке. Фьюзы можно не трогать. Контроллер с завода идет с прошитыми фьюзами:
Brown-out detection disabled.
Serial program downloading (SPI) enabled.
Internal RC oscillator 8 MHz, start-up time PWRDWN/RESET 6CK/14CK+64ms.
Divide clock by 8 internally.
Единственный фьюз, который стоит прошить: «Watch-dog timer always on», но если вы этого не сделаете- ничего страшного не произойдет, собака по-любому включается в программе.

Я шью программой SinaProg 2.1 посредством программатора USBASP V2.0, купленного на алиэкспрессе. Он умеет шить контроллеры на напряжении 3,3 вольта, что дало мне возможнось некоторой модернизации программы на уже собранном железе. Но есть один неприятный подводный камушек… Иногда контроллер на этом напряжении отказывается инициализироваться и старательно делает вид, что его вообще не существует. Причину такого безобразного поведения я не нашел (да и не особо искал). Если шить при 5 вольтах питания- все без сучка и задоринки. Однако, пять вольт- уже недопустимый для индикаторов уровень напряжения, пара ниточек вполне может перегореть. Поэтому настоятельно рекомендую СНАЧАЛА прошить контроллер, а уже ПОТОМ запаивать индикаторы. Или хотя бы отпаивать «общие» выводы индикаторов от схемы на время прошивки. Разумеется, внешнее питание от схемы на время прошивки в любом случае надо отключать.

Пояснения по схеме: С1, С2, С6, R1, R3, R5 поставить обязательно (конденсаторы- как можно ближе к микросхемам), прочие резисторы и конденсаторы можно не ставить- все входы контроллера «подвязаны», я эту рассыпуху вешаю исключительно «чтоб наверняка».
Кнопкой S1 увеличивается счетчик часов (один раз в секунду) по кругу, кнопкой S2- счетчик минут (один раз в секунду, счетчик секунд микросхемы при этом каждый раз обнуляется) по кругу.
Поскольку ресурс индикаторов всего лишь 10 000 часов- в схеме предусмотрена возможность их гашения выключателем S3. При этом схема продолжит работу, лампочка-точка между индикаторами будет мигать. О лампочке будет ниже, она работает в таком режиме, что практически бессмертна. Если вы не намерены гасить индикаторы- оставьте вывод 13 ни к чему не подключенным.
Если вы не хотите чтоб лампочка-точка мигала, а хотите чтоб горела постоянно- посадите вывод 12 на землю, в противном случае- можете оставить не подключенным.

В качестве первичных часов я применил микросхему DS3231m. Даташит на нее тут: ссылка
Она хороша тем, что не требует внешнего кварцевого резонатора, поскольку имеет встроенный mems-резонатор повышенной (по заверению производителя) точности. Думаю, всяко точнее, чем дешевые китайские кварцы. Кстати, микросхема предусматривает возможность программной подстройки резонатора, но у меня таковой необходимости не возникло. DS3231m бывает в SO-8 и SO-16 корпусах, я использовал восьминогий, но шестнадцатиногий дешевле и шире распространен. Однако, нумерация выводов у него другая- имейте в виду. Микросхема предназначена для работы с «двойным» питанием, переключение между основным и резервным источником выполняет сама. В качестве источника резервного питания лучше всего применить батарею 2032, однако, если вы не хотите заморачиваться с резервным питанием- вместо С2 запаяйте перемычку (не оставьте болтаться в воздухе, а именно перемычку!). Резервная батарея нужна, чтобы ход часов сохранялся, когда отсутствует основное питание. Кушает её только микросхема первичных часов, остальная схема при этом обесточена. На одной 2032 DS3231m может прожить несколько лет.

Часть третья: блок индикации.
Динамическая индикация на этих лампах оказалась невозможной (пробовал и так, и этак- не получилось)- нити накала слишком инертны, поэтому пришлось применить статическую. В основе блока- регистры сдвига 74HC595. Даташита не привожу- по этой микросхеме полным-полно отличных статей, она достаточно древняя, очень удачная, и не выпускал ее только ленивый. Всего применено четыре микросхемы, включенные последовательно- по количеству индикаторов. Я нарисовал две, чтоб было понятно как именно они соединяются. При повторении схемы соблюдайте очередность! Данные (по линии Data) приходят на вход регистра единиц минут, далее с его выхода попадают в регистр десятков минут, потом- в регистр единиц часов, потом- в регистр десятков часов. Не наоборот! Линии Clock и Latch для всех четырех микросхем общие.

К выходам микросхем подключены уже наши лампы, но не просто так, а через ключи на полевых (mosfet) транзисторах. Нить накала кушает на трех вольтах ток примерно в 19 миллиампер. Чисто технически- постоянный ток через любой выход микросхемы- аж 25 мА, но при этом суммарный ток через вывод Vcc или GND микросхемы не должен превышать 70 мА. Таким образом, подключать индикаторы к регистрам напрямую нельзя- все семь сегментов (для отображения цифры 8) микросхема просто не потянет, допустимый ток будет превышен вдвое. В качестве ключиков я применил сдвоенные N-канальные полевички АО6800, но прекрасно подойдут любые другие маломощные мосфеты (например, мои любимые АО3400- очень дешевые).
В качестве ключей также можно применить очень распространенную дарлингтоновскую сборку ULN2003, но в этом случае придется поднять напряжение питания до 4х вольт (увеличив номинал резистора R1 в блоке стабилизатора до 680 КОм).

Нумерацию выводов индикатора я указал для версии с 9 выводами. Поскольку существовали также индикаторы в исполнении с 14 выводами- я указал заодно какой конкретно сегмент к какому выходу подключается. Вместо ИВ-16 можно применить ИВ-9, они отличаются только наличием «точки» под цифрой, этот сегмент висит на втором выводе- он нам не нужен.
Справочный листок на лампу можно почитать тут: ссылка

Отдельно про маленькую лампочку. В качестве лампочки-точки я применил СМН-6.3-20-2, очень распространенная и дешевая индикаторная лампа. Она расчитана на работу с напряжением 6,3 вольта, при этом ток, потребляемый нитью, составляет 20 миллиампер. Это дало мне возможность повесить ее напрямую на ногу контроллера, без ключа. Бонусом я получил то, что при вдвое сниженном напряжении питания яркость нити лампочки полностью совпала с яркостью нитей индикаторов! При этом ресурс лампы расширился до космических масштабов, потому ее гашение не предусмотрено. В крайнем случае недолго и заменить… Если вы будете использовать дарлингтоновские ключи- включите последовательно с этой лампой диод 1n4148, чтобы уравнять яркости. Если вы будете использовать какую-то другую, более мощную лампу- не вешайте ее на ногу контроллера напрямую, а обязательно примените ключ!

Обязательно попытайтесь повторить это дома- чтобы осень стала теплее и уютнее.

P.S. Задля мешканцiв України завантажив прошивку на іншу хмару: ссылка У кого еще проблемы с Яндексом- качайте тут.