Как пользоваться двоичным цифровым циферблатом. Бинарные часы. Как расшифровать показатели бинарных часов. Красный светодиод в левом верхнем углу

И продолжая тему публикуем следующий материал. Эти часы настоящего радиогика (radiogeek - радиофанат, англ.) и отображают время в двоичном коде, в момент когда кнопка нажата. Устройство показывает часы и минуты путём мигания двух светодиодов в последовательности и представляют собой два 4-разрядных двоичных числа. Вот описание того, как читать двоичные числа.

Первое число представляет час, а второе - количество минут. Например, если часы мигают 0010 - 0110, это соответствует 2 - 6, что означает часов "2" и минут "6". То есть 2:30. В устройстве отсутствует индикация "am" или "pm", но, думаем, всем понятно - это 2:30 ночи или дня. Проект предполагает также, что вы имеете опыт работы с поверхностного монтажа электронных компонентов, и, что вам знакомы навыки пайки SMD деталей.

Схема часов

Как определить время

Было сделано много вариантов и экземпляров этих часов - вы видите их на фотографиях. В архиве имеются версии 2.5 и 3.1, которая использует для поверхностного монтажа контроллер ATtiny и мини-USB порт для программирования. В контроллере ATtiny 8 контактов. Этот чип может быть запрограммирован для выполнения различных функций. У ATtiny есть внутренние часы, и подключенные светодиоды запрограммированы на мигание для отображения времени.

Электронные компоненты схемы

• Atmel микроконтроллер ATtiny85
• 2 SMD светодиода поверхностного монтажа
• 2 SMD резистора 50 Ом
• Маленькая SMD кнопка
• CR2032 3-х вольтовая батарея типа "Таблетка"
• Минидержатель для аккумулятора

Пайка часов

Для этого процесса была использована тостерная печь, для оплавления припоя на мелких SMD компонентах, таких как светодиоды и резисторы, и затем используется обычный паяльник чтоб припаять более крупные компоненты, такие как гнездо, кнопка, и держатель батареи.

Итак, часы собраны, но ATtiny еще не знает, как управлять светодиодами. Поэтому мы должны запрограммировать его. Существует несколько вариантов, когда дело доходит до программирования ATtiny. Вы можете сделать быстрый макет схемы и использовать специальные устройства программирования ATtiny, или, если вы можете сделать отличный Arduino программатор, так что в дальнейшем можете легко запрограммировать любые контроллеры.

Поскольку чип очень маленький, то чтоб запрограммировать его, пришлось добавить мини-USB порт, который подключается к необходимым контактам. На другой конец вешаем обычный USB-кабель, так что все, что вам нужно сделать, это подключить часы к программатору. Ну а ремешок выбирайте сами - хоть кожаный, хоть силиконовый. Корпус же здесь не нужен вообще - пусть все видят, что это часы настоящего радиоманьяка!

Обсудить статью ЧАСЫ РАДИОГИКА

Длится уже много веков. За это время каких только способов определения ни было придумано изобретательными людьми - начиная с зависящих от положения Солнца в небе до электронных. Последний писк моды на данный момент - это часы бинарные, совсем непривычные на первый взгляд. Так что же это и как по загорающимся точкам определить, который час? Давайте разберемся в этой интересной новинке получше.

Что такое бинарные часы?

Популярность этих хронометров растет с необыкновенной скоростью. Впрочем, чему тут удивляться, стоит только взглянуть на эту новинку. Оригинальный внешний вид, стильный дизайн, необычный принцип работы - все это позволяет людям с нестандартным видением мира выделиться из толпы.

На своем экране, в отличие от механических или электронных, бинарные наручные часы имеют не стрелки и цифры, а разноцветные светящиеся точки (которые в некоторых моделях мигают).

Вся необычность принципа их действия заключается в том, что вместо привычной для нас десятеричной время здесь указано в в которой все цифры записываются только с помощью нулей и единиц. Именно так работает вся компьютерная техника, потому у программистов и тех, кто тесно связан с информационными технологиями, не должно возникнуть сложностей с пересчетом.

Как они появились?

Первый раз часы бинарные вышли в свет в 2008 году. Именно тогда фирма Anelace представила свою инновационную разработку всему миру. Однако появлению стильных наручных часов с LED-экраном предшествовали годы усовершенствований, проб и ошибок.

Модели-прототипы бинарных часов, созданные еще в начале 20-го века, были огромными махинами с электронными лампами (как, впрочем, и первые компьютеры). Тогда для человека они почти не представляли практического интереса.

С развитием технологий все более широкое распространение получили светодиоды, и в конструкции бинарных часов они заняли место обычных ламп.

Прошли годы, и необычной системой заинтересовался один японский профессор медицины. Его пациентами были пожилые люди, имеющие проблемы с памятью и мозговой деятельностью. Профессор включил в занятия по их реабилитации и часы бинарные в качестве развивающей головоломки. Результат оказался просто ошеломительным!

Зачем такие сложности?

Первый вопрос, который возникает при взгляде на бинарные часы: как пользоваться ими? Поначалу таким вот странным способом может показаться глупой причудой, которая понравится только или совсем уж сдвинутым на почве технологий фрикам, или гениям. Обычно ведь часы нужны для того, чтобы лишь мельком взглянуть на них и узнать время, а с бинарными хронометрами такой фокус не пройдет. Можно даже опоздать на встречу, пока пытаешься считать с них показания.

И все же стоит только отбросить всякие предрассудки, как становится понятно: вещь это исключительно полезная, прежде всего для тренировки и развития ума. Чтобы привыкнуть к бинарным часам, нужно гораздо меньше времени, чем кажется на первый взгляд, а многообразие видов не даст расслабиться.

Преимущества

Какую пользу приносят своему владельцу часы бинарные по сравнению с обычными? Ну, для начала, это отличная возможность перед всеми знакомыми (да и просто прохожими) прослыть очень умным и оригинальным человеком. Особенно если на их расспросы ничего не уточнять, а делать загадочный вид в стиле «вам, простым смертным, не понять».

А если говорить серьезно, то бинарные часы - это сразу несколько полезных гаджетов в одном.

1. Часы. Естественно, по ним можно определять время, иначе какие же это часы?
2. Игра-головоломка. Позволяет устроить себе развлечение в любой момент, когда заблагорассудится. К тому же разные модели таких часов основаны на немного отличающихся друг от друга системах счисления, что делает их еще интереснее.
3. Особенно полезен этот гаджет для профилактики старческих умственных отклонений, но и молодым людям он станет отличным мозговым тренажером.
4. Ультрамодное и современное украшение с инновационным дизайном. И да, эти часы светятся в темноте.

Настройка

Бинарные наручные часы не имеют в своем механизме ни циферблата, ни стрелок. Вместо этого вся информация о и времени выводится на LED-экран с помощью светодиодов. Из-за этого перед пользователем встает насущный вопрос: а как настроить бинарные часы?

Система кодировки может различаться в разных моделях бинарных часов, однако есть некоторые основные моменты, о которых стоит помнить. Обычно у таких хронометров есть 1 или 2 режима: время и, реже, дата, переключающиеся кнопкой. Для настройки нужной величины чаще всего сначала нужно нажать кнопку Set ("Установка"). Мигающие индикаторы покажут, что вы делаете все правильно. Кнопка Select ("Выбор") позволяет переключиться от установки часов к минутам и секундам, а также от месяца к числу.

Чтобы правильно выставить на часах нужные значения, стоит освоить основной принцип двоичной системы счисления. «Вес» каждого разряда можно определить, умножив предыдущий на 2. Получим следующий ряд: 1, 2, 4, 8, 16, 32. Например, чтобы число 110101 перевести в привычный нам вид, нужно сложить «вес» каждого из значимых разрядов. Получим 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 53.

Поскольку разные фирмы производят несколько различающиеся между собой бинарные часы, инструкция к ним поможет разобраться во всем более подробно.

Какие бывают бинарные часы?

Как и большая часть электронных гаджетов, часы бинарные - вотчина японцев и китайцев. Сейчас их производит множество фирм, модели различаются по качеству, однако все их можно разделить на несколько групп по виду отображаемой информации.

• Хронометры с двумя рядами светодиодов. Один ряд показывает часы, второй - минуты. Кроме того, на экране есть 2 индикатора времени суток (AM и РМ).
• Часы со светодиодами, расположенными в 6 рядов (по 2 на часы, минуты и секунды). Показывают время в формате HH:MM:SS. Чтобы узнать по ним время, нужно записать показания каждого столбика по порядку, предусмотренному этим форматом.

• Экран часов может напоминать спидометр с двумя окружностями: внешней, показывающей часы, и внутренней, которая определяет минуты.
• В некоторых часах имеется по 2 дорожки - справа (часы) и слева (минуты).

Есть и более навороченные варианты бинарных часов. Какой из них выбрать, зависит только от вашего желания и финансовых возможностей.

Пожелав собрать бинарные часы, я так и не нашел приемлемой готовой конструкции в сети. Большинство часов обладали серьезным недостатком – при отключении питания, настройки времени сбивались. По счастливой случайности, незадолго до этого, я начал осваивать язык Си и микроконтроллеры AVR. Итак, было решено подкрепить полученные знания практическим опытом, а заодно изобрести велосипед. А еще я очень люблю зеленые мигающие светодиоды.

Схема

RTC

Проблему сохранения текущих настроек прекрасно решают часы реального времени (RTC). Мой выбор пал на микросхему DS1307 .

По заверениям производителя, при отключении питания, она может сохранять время и дату в течении 10 лет, потребляя энергию одной лишь литиевой батарейки типа CR2032. Т.е часы продолжают тикать, сохраняя приемлемую точность хода. Время не сбивается, снова включив часы, мы получаем реальное время на циферблате, а не время на момент выключения. Микросхема общается с микроконтроллером через «квадратную шину» I 2 C, сообщая точное время и принимая новые его значения.

Сердце устройства

Выбор микроконтроллера Mega32a был продиктован следующими факторами:
Достаточное количество портов, чтобы не использовать динамическую индикацию, которую я не люблю, в первую очередь из-за того, что она раздражает зрение (мигание с высокой частотой в любом случае неестественно). С ней я познакомился, играясь с микроконтроллерами PIC на языке Proton PICBasic, и если есть возможность не использовать динамическую индикацию, я предпочту так и сделать.
Относительно низкая стоимость в 130 рублей (Mega16a, например, стоит столько же), а со скидкой так вообще 104 рубля.
Четкий QPF-44 корпус, с удобным расположением выводов


Порт «А» отображает секунды, порт «В» - минуты и порт «С» - часы. Очень удобно то, что можно присвоить портам значения времени, принятые из DS1307, без каких – либо изменений. К порту «D» подключены кнопки (пины 3 – 7), пины 0 и 1 работают как линия тактирования (SCL) и линия последовательной передачи данных (SDA) соответственно. Микросхема RTC настроена так, что выдает на своей седьмой ноге импульсы с частотой 1 герц. Эта нога подключена к 3-му пину порта «D». Сам этот порт сконфигурирован на вход, и на всякий случай включены внутренние подтяжки к плюсу питания, продублированные SMD резисторами снаружи. Такие действия в полной мере защищают от всяких неожиданностей.

Светодиоды

Светодиоды я выбрал в матовом корпусе с низкой светимостью. Сначала были опробованы яркие диоды в прозрачном корпусе, но даже при токе в 3 мА они слишком ярко и неравномерно светили, что опять таки вызывало дискомфорт. При падении напряжения на диоде в 2 вольта, напряжении питания 5 вольт и резисторе 1 кОм, значение тока, текущего через диод будет равно (5 – 2)/1000 = 3 мA. Это значение было подобрано эмпирически, а яркость свечения отлично подходит для полутемной комнаты. Если планируется устанавливать часы под прямой солнечный свет, то номинал резисторов следует уменьшить, вплоть до 200 ом, для более яркого свечения (спасибо кэп).

Кнопки

На отдельной плате с кнопками, предусмотрен «предохранитель» (он убережет нас от случайного выстрела в голову), в виде еще одной кнопки Bt6. Время можно редактировать, предварительно зажав ее.

Софт

Печатная плата

Плата выполнена по Великой Космической Лазерно – Утюжной Технологии на одностороннем текстолите. При изготовлении верхней платы, использовалась обычная бумага (неудачный эксперимент).


Существует много вариаций этой технологии. На мой взгляд, вот этот самый лучший:
1. Выпиливаем нужного размера кусок текстолита.
2. Шкурим торцы, избавляясь от вредных заусенцев.
3. Смазываем будущую плату чистящим порошком или зубной пастой и жесткой стороной губки драим ее до блеска.
4. Окунаем наш кусок на пару десятков секунд в слабый раствор теплого хлорного железа, до появления равномерной, матовой, бардово-коричневой поверхности. При вытаскивании из раствора, жидкость должна полностью смачивать поверхность.
5. Смываем каку, аккуратно сушим, не прикасаясь к поверхности пальцами, или чем другим жирным. Сразу кладем на чистую бумагу медью вниз, чтобы избежать попадания пыли или волос.
6. Распечатываем отзеркаленный рисунок на тонкой(!) глянцевой бумаге, можно вырезать из журнала, например. Не прикасаемся к рисунку руками. Аккуратно вырезаем, кладем рисунком вниз.
7. Прикладываем к подготовленному куску текстолита, проглаживаем через 1-2 слоя чистой бумаги, выставив утюг на максимальную температуру. Секунд 10 должно быть достаточно, ибо если передержать, дорожки расплющатся и затекут друг на друга. Тонер должен полностью прилипнуть к меди.
8. Отмачиваем под струей теплой воды, можно оставить в воде на 10 минут. Аккуратно отдираем, соскребаем бумагу. Мне в этом помогает старая зубная щетка. Удаляем оставшиеся кусочки бумаги иголкой. Тонер остается на текстолите.
9. Нагреваем на водяной бане крепкий раствор хлорного железа, бросаем туда нашу плату и бултыхаем в течении нескольких минут (по правилу Вант-Гоффа, при увеличении температуры на 10 градусов, скорость реакции увеличивается в 2 раза. Медь исчезает прямо на глазах. Можно и не греть, но ждать придется дольше.
10. Как только вся ненужная медь исчезла, выключаем газ, вытаскиваем (например пинцетом) плату, пытаемся отмыть плиту и пальцы от хлорного железа. Смываем его с платы проточной водой.
11. Берем ацетон (жидкость для снятия лака) и оттираем тонер. Можно попробовать соскрести его шкуркой или губкой.
12. Сверлим отверстия.
13. Лудим. В качестве флюса использую ЛТИ, и вам советую, однако после лужения и пайки этот флюс нужно обязательно смыть (тем же ацетоном, а лучше смесью спирто-бензин 1:1), т.к. ЛТИшка обладает некоторой проводимостью.
Все работы обязательно проводить в проветриваемом помещении, в процессе
выделяется много вредных паров.


Платы соединяются между собой PBS и PLD разъемов. Первые соединяются с верхней платой при помощи тонкого монтажного провода, его можно выковырять, например, из старого LPT кабеля или переходника.


Вторые припаиваются к нижней плате, причем штырьки, ведущие к клавиатуре загибаются (см. фото).

Печатные платы в формате SprintLayout5.0 прилагаются. На фотографиях есть пару косяков, но они уже исправлены в приложенных файлах.

Прошивка микроконтроллера

Для этого дела был собран программатор USBasp , который можно увидеть на фото сверху. Довольно приятная штука, прост в использовании и можно всегода носить его с собой в кармане(надеюсь, никто так делать не станет). Для прошивки mega32 придется установить джампер «Slow SCK».
Фьюзы:
Low fuse = 0xC4
High fuse = 0xD9
Наш микроконтроллер тактируется от внутреннего RC генератора с частотой 8 МГц. Пришлось отключить JTAG интерфейс на PortC, иначе некоторые светодиоды не будут светиться.
На плате предусмотрен ISP10 разъем, для быстрой прошивки/отладки.

Лицевая панель

Выполнена из алюминиевой пластины, шириной 40 мм и толщиной 1,5 мм. В ней просверлены 18 отверстий диаметром 5 мм, и 4 отверстия диаметром 3 мм для крепления стоек.


Сначала был распечатан шаблон и наклеен на пластину. Далее, были просверлены пилотные отверстия сверлом 1,5 мм, после чего уже сверлами нужных диаметров были просверлены основные отверстия.


В завершении, пластина была загнута, ошкурена мелкой шкуркой и отполирована пастой ГОИ.
Шаблон прилагается к приложенным файлам в виде файла layout5.0

Красный светодиод в левом верхнем углу

Повторяет импульсы, генерируемые DS1307 на 7-ой ноге, т.е. мигает каждую сегунду. Маленький p-канальный MOSFET транзистор работает в ключевом режиме, открываясь и закрываясь в такт импульсам. Сначала я хотел сделать фоновую подсветку (как Ambilight), для чего был слеплен КМОП инвертор на комплиментарной паре транзисторов(чтоб уж наверняка). Но мне не понравилось. Для одного светодиодика вполне достаточно одного транзистора, можно использовать даже pnp типа bc857. Я использовал бескорпусные mosfet irlml6402 или irlml6302.

Файлы

Исходники, hex-файл, печатные платы, схемы, схема в proteus и фьюзы заключены вот в эту картинку в виде архива. Я не доверяю файлохранилищам, своего сервера у меня пока нет, поэтому, на мой дилетантский взгляд, самым надежным местом для хранения будет Хабр. Пользователи windows могут добраться до файлов открыв сохраненную картинку с помощью WinRar.
Да, вот эта картинка.

Видео

Заключение

Источник питания можно использовать любой, способный выдать 5 вольт при токе в 70 мА. USB-порт вполне для этого подойдет. Главное, чтобы питание было «чистым», и не превышало 5 вольт. Питая часы от DC-DC преобразователя из на микросхеме mc34063 с уровнем помех ~50 мВ, я заметил глюки при установке времени. Сейчас устройство питается от свича, висящего рядом. Он выдает строго 5 вольт. По хорошему, нужно еще сделать защиту от дурака в виде диода, и какой-нибудь линейный стабилизатор на 3.3 - 5 вольт.
Отсутствие в часах функций будильника и отображения даты вполне обосновано: и то и другое присутствует в телефоне, а значит, пользоваться ими в бинарных часах с большой долей вероятности никто не будет (спасибо дядюшке Оккаму за этот вывод).

В 2008 году британская компания Anelace впервые выпустила бинарные наручные часы с LED экраном. Это событие нашло бурный отклик среди молодежи. Сегодня бинарные часы выпускают не только производители компьютерной техники, но и ювелирные фабрики.

Как выбрать

Где купить

Как пользоваться

Достоинства бинарных часов

Они привлекают внимание, многие люди будут восторгаться вашими «арифметическими способностями». Кроме того, бинарные часы представляют дизайн, несут технологичный «стиль будущего». Настенные (настольные) бинарные часы способны стать частью вашего интерьера.

Возможно, кто-то еще помнит, как выглядели панели управления первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Сегодня их можно увидеть только на архивных фотографиях. Длинные ряды лампочек, которые мелькали на первый взгляд хаотично – завораживали энтузиастов электроники тех лет.

Представленная в данной статье конструкция бинарных часов поможет воссоздать атмосферу прежних лет.

Принципиальная схема простых бинарных часов показана на рисунке 1. Схема построена на базе микроконтроллера ATmega48. В схеме часов нет внешнего модуля реального времени (RTC), что в свою очередь несколько снижает стоимость устройства.

При возможном сбое питания от внешнего источника, отсчет времени поддерживается встроенной батарей типа CR2032, при этом светодиоды отключаются. Для обнаружения питающего напряжения от внешнего блока питания используется схема с транзистором VT1 (BC847).

Если на клеммах разъема питания есть напряжение, то оно проходит через диод D1 в результате чего транзистор входит в состояние насыщения, а на вход PC0 микроконтроллера подается логический ноль, который запускает работу светодиодов.

Индикация текущего времени (часы, минуты и секунды) реализована с помощью трех линеек светодиодов. Управление светодиодами происходит методом мультиплексирования, что снижает потребление электроэнергии и уменьшает количество используемых выводов микроконтроллера.

Просмотр осуществляется только в формате 24 часа. Для отображения количества минут и секунд необходимо 6 светодиодов, а для часов 5 светодиодов.

Микроконтроллер ATmega48V-10AU способен работать при пониженном питании вплоть до 1,8В, что является большим преимуществом. Кроме того, ATmega48V-10AU потребляет меньший ток. Частота тактового сигнала стабилизируется кварцевым резонатором на 4 МГц, который одновременно является эталоном для отсчета времени.

Установка текущего времени (часы и минуты) осуществляется с помощью кнопок SW2 и SW1 соответственно. Счетчик секунд обнуляется при нажатии на любую из кнопок.

Стоит отметить, что эти кнопки неактивны при работе от резервной батареи, чтобы предотвратить возможность непреднамеренного изменения времени. Часы собраны на односторонней печатной плате размером 103мм×67мм.

При программировании микроконтроллера, необходимо установить работу микроконтроллера от внешнего кварцевого резонатора 4 МГц и отключить деление тактовой частоты на 8 (этот бит называется CKDIV8).

После правильной сборки часы начинают работать сразу и должны показать 00:00:00.

Питание схемы осуществляется от источника питания с напряжением +5 В. Резервное питание – батарея типа CR2032 не является обязательной, она только поддерживает отсчет времени после пропадания питания от сети.

Потребление тока от батареи составляет около 1,5 мА. При емкости аккумулятора порядка 200 мАч, ее должно хватить на 5 и более дней работы микроконтроллера, что является достаточным в типичных ситуациях.

Как уже упоминалось, отображение времени осуществляется в двоичной системе исчисления. Старшие биты расположены слева, а младшие справа. На часах намерено нет подписи часов, минут и секунд, чтобы людям непосвященным было сложно угадать принцип работы часов.