Предлагаемый таймер - попытка автора найти компромисс между сложностью устройства и его функциональными возможностями. Задачу удалось решить, заставив сравнительно дешевый микроконтроллер PIC12C508A с помощью всего одного входного и трех выходных сигналов управлять многовыводным ЖКИ и определять состояние большого числа органов управления.
Прибор очень экономичен и может работать автономно, подавая звуковой сигнал окончания заданной выдержки. Предусмотрено и управление внешним исполнительным устройством, от которого таймер может получать и питание. В последнем случае его возможности значительно расширены. Минимальная продолжительность выдержки - 1с, максимальная - 100 час.
Принципиальная схема таймера изображена на рис. 1. На элементе DD1.1 собран кварцевый генератор. С выхода элемента DD1.2, снижающего влияние входной цепи микроконтроллера DD3 на генератор (оно особенно заметно при напряжении питания менее 3,5 В) сигнал частотой 32768 Гц поступает на вход встроенного в микроконтроллер DD3 таймера/счетчика.
(нажмите для увеличения)
Коды программы, которую следует с помощью программатора занести в память микроконтроллера, приведены в таблице. После включения питания, действуя по этой программе, он настроит линии своего порта ввода/вывода GP2 и GP3 на работу в качестве входов, a GPO, GP1, GP4 и GP5 - выходов и переведет встроенный таймер/счетчик в режим счета импульсов, поступающих на вход GP2. Отсчет времени идет по прерываниям, генерируемым при переполнениях счетчика. Поэтому точность выдержки не зависит от стабильности встроенного в микроконтроллер тактового генератора частотой 4 МГц.
(нажмите для увеличения)
На выход GP0 микроконтроллер выдает сигнал, предназначенный для общего электрода (СОМ) ЖКИ HG1. Сдвиговый регистр длиной 32 разряда на микросхемах DD4-DD7 служит для формирования сигналов, подаваемых на сегменты всех разрядов индикатора, а также сигналов опроса кнопок SB1- SB 12 и переключателя конфигурации S1. Нужные для этого коды поступают в последовательном виде на вход D микросхемы DD4 с выхода GP1 микроконтроллера. На выходе GP4 их сопровождают импульсы сдвига. Необходимо отметить, что подобное применение сдвигового регистра с совмещением функций управления индикатором и опроса органов управления стало возможным благодаря значительной инерционности ЖКИ. Кратковременные "лишние" импульсы на его выводах не вызывают искажения отображаемых индикатором символов.
Для опроса органов управления на выходах сдвигового регистра DD4-DD7 образуется последовательность "бегущий ноль". В результате в тактах, соответствующих нажатым кнопкам или замкнутым контактам переключателя S1, логический уровень на входе GP3 микроконтроллера низкий, а в остальных - высокий. При низком логическом уровне на выводе 10 микросхемы DD6 микроконтроллер анализирует сигнал, вырабатываемый детектором понижения напряжения питания DA1 и приходящий на вход GP3 через элементы DD1.3, DD1. 4 и диод VD3.
Сигнал окончания выдержки, сформированный микроконтроллером на выходе GP5, поступает на выход прибора (контакт 2 розетки XS1) через защитный резистор R4. Этот же сигнал управляет генератором на микросхеме DD2, настроенным на 4200 Гц - резонансную частоту пьезоизлучателя НА1. В результате таймер подает звуковой сигнал. Звук можно отключить, замкнув контакты S1.7.
В автономном режиме прибор питает гальваническая батарея GB1. Обмотка реле К1 обесточена, и его разомкнутыми контактами К1.2 переключатель S1 (за исключением упомянутой выше группы контактов) отключен от входа микроконтроллера. Это сделано для уменьшения приблизительно на 0,5 мА потребляемого прибором тока, который в данном случае не превышает! мА (плюс еще 2 мА при работе звукового генератора). Цена экономии - таймер работает автономно в единственном режиме: обратный отсчет времени - в секундах, сигнал об окончании выдержки - непрерывный длительностью 1 мин., до истечения которой он может быть прекращен нажатием на любую кнопку. Нажатия кнопок в этом режиме сопровождаются короткими звуковыми сигналами.
Если подать на контакты 1 и 3 розетки XS1 напряжение 5 В от внешнего источника, реле К1 сработает, отключив батарею и подключив к микроконтроллеру переключатель S1. Диоды VD1, VD2 уменьшают напряжение на обмотке реле К1 до допустимого значения. Они же предотвращают переключение таймера на внешнее питание при неправильной полярности последнего
Теперь, замкнув контакты S1.1, можно вести счет времени в минутах, а с помощью S1.2 изменить его направление с обратного на прямое (показания индикатора в процессе счета будут увеличиваться). Следующие четыре группы контактов управляют форматом сигнала окончания выдержки. S1.3 делает сигнал непрерывным или прерывистым, S1.4 снимает или устанавливает ограничение длительности сигнала, S1.5 инвертирует его (звуковой сигнал, если он включен, будет звучать во время выдержки и прекратится по ее истечении). А при замкнутых контактах S1.6 принудительное отключение сигнала окончания выдержки произойдет только с запуском нового цикла ее отсчета нажатием на кнопку "Старт".
Назначение контактов S1.7, о котором было сказано выше, остается неизменным. С помощью S1.8 отключают "звуковое сопровождение" нажатий клавиш и соответствующие короткие импульсы на контакте 2 розетки XS1.
Так как микроконтроллер анализирует состояние переключателя S1 только один раз (сразу после включения питания), чтобы задействовать внесенные во время работы прибора изменения, нужно выключить и вновь включить питание.
При внешнем питании генератор звукового сигнала заблокирован открывшимся транзистором VT1. Если в блокировке нет необходимости, транзистор и резисторы R1 и R3 не устанавливают.
Сразу после включения прибора во все разряды индикатора выведены нули, а десятичные точки мигают, указывая, что таймер ждет ввода значения выдержки. После введения каждой цифры точка в соответствующем разряде мигать перестает. Попытки ввести в третий разряд цифры 6-9 останутся безуспешными. Здесь должна быть цифра, не превышающая 5. Максимальное значение, которое можно задать (9959), соответствует 99 мин. 59 с или 99 час 59 мин в зависимости от выбранной единицы счета (секунда или минута). Если при вводе допущена ошибка, следует нажать кнопку SB 11 ("Уст.") и ввести нужное значение заново.
Таймер начинает отсчет выдержки с нажатием кнопки SB12 ("Старт"). О том, что отсчет идет, свидетельствуют изменяющееся раз в секунду или минуту значение на индикаторе и непрерывно "бегущая" по его разрядам точка. Чтобы остановить таймер, достаточно еще раз нажать кнопку "Старт". При идущем счете прибор реагирует только на нее. Кнопка "Уст." действует, только когда счет остановлен.
Если до завершения счета напряжение питания снизилось до 2,8 В, во всех разрядах индикатора будут включены десятичные точки. Когда счет не идет, о падении напряжения нижеуказанного предупредит выведенная на индикатор надпись
- стилизованное "low battery" ("батарея разряжена"). Работа таймера при меньшем напряжении не гарантирована и зависит от свойств установленных в нем экземпляров микросхем. Громкость звукового сигнала резко уменьшается уже при напряжении 3,5 В.
Таймер собран на двусторонней печатной плате. На рис. 2 показана ее сторона, на которой размещены индикатор HG1, кнопки SB1- SB12 (TS-A3PS-130 или аналогичные), выключатель SA1 и звуковой излучатель НА1. Все остальные элементы установлены на обратной стороне, показанной на рис. 3, а батарея GB1 (три гальванических элемента типоразмера АА) - в контейнере вне платы.
Вместо микроконтроллера PIC12C508A подойдут без изменения программы PIC12C508, PIC12C509 или PIC12C509A. Реле К1 - РЭС60, исполнение РС4.569.435-04 или РС4.569.435-09. Кварцевый резонатор ZQ1- в малогабаритном цилиндрическом корпусе. Учтите, резонаторы большого размера плохо работают при пониженном напряжении питания.
При налаживании прибора постоянный резистор R8 временно заменяют переменным номиналом 100 кОм и с его помощью подбирают частоту звукового сигнала по максимальной громкости. Измерив введенное сопротивление переменного резистора, устанавливают вместо него постоянный ближайшего номинала. Для устойчивой работы кварцевого генератора во всем интервале изменения питающего напряжения может потребоваться подборка резистора R5.
Автор: А.Ермаков, г.Нижний Новгород