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Progetti Elettronici
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CRONOMETRO DECIMALE con PIC16F886
(1/10 second Digital Stopwatch with PIC16F886 Microcontroller)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
In questa pagina propongo la realizzazione di un preciso cronometro decimale (1/10 sec. Stopwatch) nel formato MM:SS.d in grado di cronometrare tempi fino a 1 ora con risoluzione di 100 ms.
Per questo progetto ho preferito utilizzare i display a 7 segmenti anziché il modulo LCD: in questo modo le cifre risultano più grandi e leggibili.
I pulsanti sono 3: START STOP e RESET , saldati direttamente sul circuito stampato ma ovviamente è possibile utilizzarne altri più grandi collegandoli con degli spezzoni di filo al circuito sfruttando le piazzole esistenti (in tal caso, i 3 pulsanti sul circuito stampato possono essere rimossi).
Grazie ad una morsettiera dedicata, è anche possibile collegare al cronometro DUE fotocellule per rilevare lo START e lo STOP in automatico (il RESET è sempre manuale).
Il cronometro è molto preciso: i miei due prototipi, dopo 1 ora di funzionamento senza interruzioni, erano ancora precisi al decimo di secondo (come riferimento, ho preso il sito Cronometro.co) ma è importante utilizzare un quarzo di buona qualità come, ad esempio, quelli della Citizen o della ECS ed usare, per C4 e C5, dei buoni condensatori ceramici a disco di tipo NPO/COG.
LO SCHEMA ELETTRICO [ TORNA ALL'INDICE ]
La figura successiva riporta lo schema elettrico completo del CRONOMETRO DECIMALE (cliccare sulla figura per ingrandirla).
Il circuito è abbastanza semplice perché tutto il lavoro è svolto da un microcontrollore della Microchip, il PIC16F886.
L'idea di base è semplice: un quarzo esterno da 40 kHz genera il segnale di clock per il Timer1 il quale gestisce il conteggio del tempo. Il clock di sistema per il microcontrollore, invece, è quello interno (ma settato a 8 MHz) e serve per far lavorare il micro in tutte le altre situazioni (visualizzazione delle cifre sul display, gestione dei pulsanti, ecc.): in questo modo ho evitato anche l'utilizzo del quarzo di sistema.
Di seguito, lo schema a blocchi del TIMER 1 e le parti utilizzate per il conteggio del tempo.
La gestione dei segmenti del Display è affidata al Port B mentre il Multiplexer è gestito da una parte del Port A.
I display a 7 segmenti sono del tipo HDN1131-O (Orange, Super-Red, del tipo a basso consumo, necessari per non sovraccaricare eccessivamente le uscite del micro) e possono essere sotituiti perfettamente dal modello TDSL5150. In ogni segmento, quando acceso, scorre una corrente inferiore ai 10 mA.
Per le altre informazioni, fare riferimento al seguente datasheet:
Le resistenze R19 e R20 sono dimensionate per far scorrere nei LED una corrente di circa 10-12 mA e per non sovraccaricare le uscite del micro, consiglio di non diminuirne il valore.
REALIZZAZIONE PRATICA [ TORNA ALL'INDICE ]
Nelle immagini successive sono visibili il Board Layout (Disposizione dei componenti sul PCB), il Master (Bottom layer), le caratteristiche della scheda e l'elenco dei componenti.
Come sempre, per l'assemblaggio della scheda, si inizierà ad inserire i ponti (sulla disposizione dei componenti sono quelli di colore rosso), quindi le resistenze e i diodi e via via tutti gli altri componenti: vivamente consigliati gli zoccoli sia per il micro che per i 5 display.
Per quanto riguarda i condensatori ceramici a disco siglati C4 e C5, come accennato in precedenza, devono essere di tipo NPO e, possibilmente, nuovi (quindi da evitare i recuperi da surplus e via dicendo).
Per i LED separatori, è necessario utilizzare il tipo da 3 mm, limandone eventualmente le pareti e, se presenti, i bordi. Poi, prima di montarli, andrebbero "rivestiti" con un pezzo di guaina termo-restringente (vedi foto successive) grazie alla quale i LED, una volta accesi, simuleranno alla perfezione i puntini luminosi di separazione.
E' possibile utilizzare anche i LED "a punto" da 2 mm (vedi foto successive): per questi non è necessario nessuna modifica ma è comunque consigliabile applicare ad ogni LED un pezzo di termo-restringente così da "restringere" il campo di diffusione alla sola superficie del LED stesso: anche in questo modo si simulano alla perfezione i puntini separatori (nella foto a destra, il particolare del prototipo realizzato dall'autore).
Le resistenze R1 e R2 non sono critiche e possono essere utilizzati valori da 150 ohm fino a 1k5.
COLLEGAMENTI [ TORNA ALL'INDICE ]
Nell'immagine seguente sono schematizzati i collegamenti della scheda.
I comandi di START e STOP possono essere inviati anche da remoto tramite switches, fotocellule o altri attuatori con contatti di tipo Normalmente Aperti (Normally Open, N.O.) da collegare alla morsettiera M2 (Remote Control). Se gli attuatori remoti hanno un diverso tipo di uscita, bisognerà prevedere un piccolo circuito di adattamento (interfaccia): gli attuatori inviano i comandi START e STOP nel momento in cui i loro contatti si chiudono.
Tutto il circuito va alimentato con una tensione stabilizzata compresa tra 9 e 12 V: l'assorbimento del circuito si aggira intorno ai 70-80 mA ma consiglio di scegliere un alimentatore in grado di erogare almeno il doppio per evitare che scaldi eccessivamente durante un uso intensivo del cronometro.
COMANDI E USO [ TORNA ALL'INDICE ]
Il cronometro rileva tempi nel range compreso fra "00:00.0" e "59:59.9".
L'uso del cronometro è molto semplice ed intuitivo.
- All'accensione, dopo il TEST dei DISPLAY, il cronometro visualizza il valore '00:00.0'.
- Per avviare il conteggio, premere il pulsante START .
- Per fermare il conteggio (e leggere il tempo) premere il pulsante STOP .
- Per far ripartire il conteggio, premere di nuovo il pulsante START e così via.
- Per azzerare il Display, premere il pulsante RESET .
- Quando il conteggio supera il valore ’59:59.9’ il cronometro riparte da zero ('00:00.0')
(N.B. - Durante il conteggio, il pulsante RESET non ha alcun effetto: per azzerare il display è necessario prima fermare il cronometro premendo il pulsante STOP ).
Il cronometro può essere avviato anche da remoto per mezzo di attuatori da collegare alla morsettiera M2 (Remote Control): i loro contatti devono essere di tipo Normalmente Aperto (N.O. - Normally Open) e l'impulso di comando sarà inviato al cronometro quando essi si chiuderanno.
Il RESET del display può essere fatto solo manualmente premendo il pulsante RESET .
Per avviare manualmente il TEST DEI DESPLAY, tenere premuto il pulsante RESET e premere contemporaneamente il pulsante STOP (se si effettua il test durante un conteggio, quest'ultimo sarà resettato).
LE FOTO DEL PROTOTIPO [ TORNA ALL'INDICE ]
Come già accennato, per il collegamento alla rete elettrica è necessario un piccolo alimentatore stabilizzato da 9-12 V in grado di erogare almeno 200-300 mA: lo spinotto dell'alimentatore va inserito sulla parte posteriore del contenitore (dove è stato predisposto anche un interruttore di accensione).
Di seguito, alcune foto del prototipo finale (racchiuso in un elegante contenitore plastico) ed i video.
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Nel manuale PDF (che potete scaricare cliccando sul link riportato qui sotto) troverete gli schemi, i disegni per realizzare il PCB, lo schema dei collegamenti, l'elenco dei componenti e altro.
Per tutte le altre richieste (firmware HEX, domande, suggerimenti, ecc.) utilizzare la sezione COMMENTI.
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Scarica il manuale tecnico e le istruzioni del Cronometro (3 MB) Scarica il Datasheet del Microcontrollore PIC16F886 (4.3 MB) |