ČÍSLICOVÉ HODINY A TEPLOMĚR S MATICOVÝM DISPLEJEM

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV MIKROELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF MICROELECTRONICS

ČÍSLICOVÉ HODINY A TEPLOMĚR S MATICOVÝM DISPLEJEM DIGITAL CLOCK AND THERMOMETER WITH MATRIX DISPLAY

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

MICHAL KERNDL

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2011

Ing. JOSEF ŠANDERA, Ph.D.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav mikroelektroniky

Bakalářská práce bakalářský studijní obor Mikroelektronika a technologie Student: Ročník:

Michal Kerndl 3

ID: 120696 Akademický rok: 2010/2011

NÁZEV TÉMATU:

Číslicové hodiny a teploměr s maticovým displejem POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Seznamte se s metodou propojení elektronických modulů přes hranu. Navrhněte číslicové hodiny s teploměrem, řízené radiovým signálem DCF77. Jako zobrazovač použijte aktivní maticový LED displej s organizací 8x32 diod. Navrhněte schéma zapojení a sestavte obslužný program pro procesor PIC. Realizujte funkční vzorek zapojení. DOPORUČENÁ LITERATURA: Podle pokynů vedoucího práce Termín zadání:

7.2.2011

Termín odevzdání:

Vedoucí práce:

Ing. Josef Šandera, Ph.D.

2.6.2011

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D. Předseda oborové rady

UPOZORNĚNÍ: Autor bakalářské práce nesmí při vytváření bakalářské práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č.40/2009 Sb.

Licenční smlouva poskytovaná k výkonu práva uţít školní dílo uzavřená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a příjmení:

Michal Kerndl

Bytem:

Mohelno 475, 67575

Narozen/a (datum a místo):

22.5.1989 Třebíč

(dále jen „autor“) a 2. Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií se sídlem Údolní 244/53, 602 00 Brno jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D. (dále jen „nabyvatel“)

Čl. 1 Specifikace školního díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): □ disertační práce □ diplomová práce  bakalářská práce □ jiná práce, jejíž druh je specifikován jako … (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP:

Číslicové hodiny a teploměr s maticovým displejem

Vedoucí/ školitel VŠKP:

Ing. Josef Šandera, Ph.D.

Ústav:

Ústav mikroelektroniky

Datum obhajoby VŠKP:

13. – 14.6.2011

VŠKP odevzdal autor nabyvateli v:  tištěné formě

–

počet exemplářů 2

 elektronické formě –

počet exemplářů 2

2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická. Článek 2 Udělení licenčního oprávnění 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti  ihned po uzavření této smlouvy □ 1 rok po uzavření této smlouvy □ 3 roky po uzavření této smlouvy □ 5 let po uzavření této smlouvy □ 10 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/ 1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona. Článek 3 Závěrečná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami.

V Brně dne: 2.6.2011 ……………………………………….. Nabyvatel

………………………………………… Autor

Abstrakt: Tato práce se zabývá návrhem číslicových hodin s teploměrem, řízených radiovým signálem DCF77 a teplotním čidlem SMT160. Jako zobrazovací jednotka je použit modul maticového displeje o velikosti 8x32. Výstupem této práce je navržené schéma spolu s deskou plošného spoje potřebnou pro realizaci funkčního zařízení. Toto zařízení bylo realizováno a prakticky odzkoušeno.

Abstract: There is suggestion of obtaining exact time and temperature in this work, based on DCF signal and SMT160 temperature sensor. This project is based on LED matrix display wich is ready-to-connect module. Layout of this work is designed schematic and board layout wich can be used to produce working prototype. This prototype have been created and tested in practice.

Klíčová slova: LED Displej, přesný čas, měření teploty, použití mikroprocesoru, DCF, SMT160.

Keywords: LED Display, exact time, temperature measurement, microcontroller usage, DCF,SMT160.

Bibliografická citace díla: KERNDL, M. Číslicové hodiny a teploměr s maticovým displejem. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2011. 44 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Josef Šandera, Ph.D.

Prohlášení autora o původnosti díla: Prohlašuji, že jsem tuto vysokoškolskou kvalifikační práci vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce, s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dne 2.6.2011 …………………………………. Michal Kerndl

Poděkování: Děkuji vedoucímu semestrálního projektu Ing. Josefu Šanderovi PhD., za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc při zpracování této práce. Dále bych chtěl poděkovat Ing. Jiřímu Starému, v jehož laboratoři byla deska osazena.

Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav mikroelektroniky POPISNÝ SOUBOR ZÁVEREČNÉ PRÁCE Autor:

Michal Kerndl

Název závěrečné práce:

Charakterizace technologického procesu

Název závěrečné práce ENG:

Digital clock and thermometer with matrix display

Anotace závěrečné práce:

Tato práce se zabývá návrhem číslicových hodin s teploměrem, řízených radiovým signálem DCF77 a teplotním čidlem SMT160. Jako zobrazovací jednotka je použit modul maticového displeje o velikosti 8x32. Výstupem této práce je navržené schéma spolu s deskou plošného spoje potřebnou pro realizaci funkčního zařízení. Toto zařízení bylo realizováno a prakticky odzkoušeno.

Anotace závěrečné práce ENG:

There is suggestion of obtaining exact time and temperature in this work, based on DCF signal and SMT160 temperature sensor. This project is based on LED matrix display wich is ready-to-connect module. Layout of this work is designed schematic and board layout wich can be used to produce working prototype. This prototype have been created and tested in practice.

Klíčová slova:

LED Displej, přesný čas, měření teploty, použití mikroprocesoru, DCF, SMT160.

Klíčová slova ENG:

LED Display, exact time, temperature measurement, microcontroller usage, DCF,SMT160.

Typ závěrečné práce:

bakalářská

Datový formát elektronické verze:

formát pdf

Jazyk závěrečné práce:

český

Přidělovaný titul:

Bc.

Vedoucí závěrečné práce:

Ing. Josef Šandera, Ph.D.

Škola:

Vysoké učení technické v Brně

Fakulta:

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Ústav:

Ústav mikroelektroniky

Studijní program:

Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika

Studijní obor:

Mikroelektronika a technologie

OBSAH

ÚVOD ........................................................................................................................ 10 TEORETICKÁ ČÁST ................................................................................................ 11 1

ČASOVÝ SIGNÁL DCF77 .................................................................................. 11 1.1 1.2

KÓDOVÁNÍ ČASOVÉ INFORMACE......................................................................... 11 FORMÁT PŘIJATÝCH DAT ................................................................................... 12

2

MODUL PRO PŘÍJEM SIGNÁLU DCF77 ........................................................... 13

3

TEPLOTNÍ ČIDLO SMT160 ................................................................................ 14 3.1

4

MODUL MATICOVÉHO LED DISPLEJE............................................................ 16 4.1

5

ZAPOJENÍ MIKROPROCESORU ............................................................................ 19

ZÁKLADNÍ DESKA PROJEKTU ........................................................................ 20 6.1

7

ZAPOJENÍ DISPLEJE .......................................................................................... 16

MIKROPROCESOR PIC ..................................................................................... 18 5.1

6

PRINCIP MĚŘENÍ A METODA VÝPOČTU................................................................. 15

STABILIZACE NAPÁJECÍHO NAPĚTÍ ...................................................................... 20

PROGRAMÁTOR ASIX PRESTO A PROGRAMOVACÍ PROSTŘEDÍ .............. 21

PRAKTICKÁ ČÁST .................................................................................................. 22 8

NÁVRH SCHÉMATU A VÝROBA DESKY ......................................................... 22

9

OSAZENÍ DESKY PLOŠNÉHO SPOJE ............................................................. 25 9.1 9.2 9.3

PÁJENÍ TQFP POUZDRA MIKROPROCESORU ....................................................... 26 PÁJENÍ MODULU DISPLEJE ................................................................................. 26 RUČNĚ DOPÁJENÉ SOUČÁSTKY ......................................................................... 27

10 OBSLUŢNÝ PROGRAM ..................................................................................... 28 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7

PŘERUŠENÍ A POČÁTEČNÍ NASTAVENÍ.............................................................. 29 DEFINICE PROMĚNNÝCH, KONSTANT A FUNKCÍ ................................................. 29 FUNKCE PRO ZOBRAZENÍ NA MATICOVÉM DISPLEJI ............................................ 29 HLAVNÍ SMYČKA PROGRAMU .......................................................................... 30 FUNKCE OBVODU SMT160 ............................................................................ 31 UKÁZKA TESTOVÁNÍ TLAČÍTKA ........................................................................ 31 DEKÓDOVÁNÍ SIGNÁLU DCF........................................................................... 32

-8-

11 ZÁVĚR ................................................................................................................ 33 12 SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ ........................................................................ 34 13 SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ............................................... 35 14 SEZNAM PŘÍLOH ............................................................................................... 36 14.1 14.2 14.3

SEZNAM OBRÁZKŮ......................................................................................... 36 SEZNAM TABULEK ......................................................................................... 37 SEZNAM PŘÍLOH ............................................................................................ 37

15 PŘÍLOHY ............................................................................................................ 38 15.1 15.2 15.3

FOTOGRAFIE PRŮBĚHU OSAZOVÁNÍ................................................................. 38 FOTOGRAFIE REALIZOVANÉHO ZAŘÍZENÍ .......................................................... 39 SOUPISKA SOUČÁSTEK .................................................................................. 40

-9-

Úvod Cílem této práce byl návrh a realizace číslicových hodin, synchronizovaných pomocí signálu DCF77 s teplotním čidlem SMT160. Bylo vytvořeno schéma zapojení spolu s návrhem desky, podle kterého byla deska na zakázku vyrobena. Deska byla poté osazena metodou povrchové montáže. Dále byl zhotoven obslužný program v prostředí MikroC v jazyce C++ pro mikroprocesor PIC. Pro zobrazení byl využit již vytvořený modul maticového LED displeje o velikosti 8x32, který je připojen k hlavní desce pomocí hranového spojení. Práce je členěna na dvě části, v první z nich je popsán funkční princip jednotlivých elementů, kterých bylo využito k realizaci funkčního zařízení, v praktické části práce je pak popsána samotná realizace prototypu, spolu s popisem obslužného programu.

- 10 -

TEORETICKÁ ČÁST 1 Časový signál DCF77 Radiová stanice DCF77 je stanice vysílající dlouhovlnný časový signál, podle kterého lze jednoduše a efektivně synchronizovat čas a datum. Časová informace je zakódována a vysílána na dlouhých vlnách o frekvenci 77,5 kHz pomocí vysílače poblíž Frankfurtu nad Mohanem. Tento vysílač disponuje výkonem 50 kW a 150m vysokou všesměrovou anténou. Dosah tohoto vysílače je přibližně 1500-2000 km. Časový signál zajistí přesnost i při změně času z letního na zimní a naopak. Vysílaný čas je synchronizován velice přesnými atomovými hodinami, relativní nepřesnost tohoto signálu je za více než sto dní 2.10-13. 1.1

Kódování časové informace

Kódování dat je realizováno pulzně šířkovou modulací, pomocí poklesu amplitudy nosné frekvence o 25% na začátku každé sekundy. Pokud tento pokles trvá 100ms jedná se o log. 0, pokud 200ms je přenášena log. 1. Vždy je přenášen čas a datum platné pro následující minutu kódované v BCD kódu. V poslední vteřině minuty se impuls nepřenáší, aby byl rozpoznatelný začátek nové minuty z důvodu synchronizace. Grafické znázornění jednotlivých bitů je popsáno na Obr. 2 a v Tab. 1. Paritní bity doplňující předcházející sekvence bitů na sudý počet jedniček jsou sudou paritu a zajišťují kontrolu správnosti přijaté časové informace. Prvních 14 bitů bylo až do nedávna nevyužitých, od roku 2009 se na nich však přenáší kódovaná předpověď počasí pro jednotlivé regiony v Německu, pro dekódování těchto dat je však třeba komerčního čipu.

Obr. 1: Modulace DCF signálu [9]

- 11 -

1.2

Formát přijatých dat

Každý bit je přenášen jednu vteřinu, příjem celé časové informace trvá 58 vteřin, 59. Bit se z důvodu synchronizace nevysílá. Hlavní přenášené informace jsou zakódovány BCD kódem a lze je snadno přepočítat na příslušnou dekadickou hodnotu. Přiřazení jednotlivých bitů signálu je patrné z Obr. 2, speciální bity jsou pak popsány v Tab. 1.

Obr. 2: Formát přenášené časové informace [9] Tab. 1: Přiřazení speciálních bitů signálu Název bitu

Význam

M

Minutová značka (vždy 0).

R

Použití záložní antény.

A1

Oznámení změny SEČ na SELČ nebo naopak 1h před změnou.

Z1, Z2

Časová zóna (rozdíl oproti UTC).

A2

Oznámení přestupné sekundy, 1h před změnou.

S

Startovací bit (stále 1).

P1 – P3

Kontrolní bity sudé parity

- 12 -

2 Modul pro příjem signálu DCF77 Pro příjem časového signálu byl využit komerčně prodávaný modul od firmy Conrad Electronic s.r.o., který je velice jednoduchý a dobře dostupný. Tento výrobek je hotový přijímač s feritovou anténou určený pro připojení k aplikační desce pomocí svorkovnice. Příkon modulu je 3mA a provozní napětí je v rozmezí 2 – 15V.

Obr. 3: Modul pro příjem signálu DCF77

Protože je výstup z tohoto modulu na pinech 3 a 4 výstupem z otevřeného kolektoru, je třeba použít zdvihací odpory. V zapojení bylo využito neinvertovaného výstupu a LED diody pro indikaci činnosti. Tento modul je velice citlivý na zdroje rušení. Modul je také třeba nasměrovat pro příjem nejsilnějšího signálu směrem na Frankfurt a umístit jej nejlépe k oknu.

Obr. 4: Zapojení modulu pro příjem DCF signálu

- 13 -

3 Teplotní čidlo SMT160 Jako teplotní čidlo byl použit jednoduchý převodník teploty na střídu obdélníkového signálu s označením SMT160-30-92. Výstupem je obdélníkový signál o frekvenci 1-4 kHz, jehož střída se mění lineárně s teplotou. Teplota je převedena na střídu výstupního logického signálu dle vzorce (1). DC  0,32  0,0047  t

(1)

Kde t je teplota (°C) a DC je střída výstupního signálu. Po úpravě tohoto vztahu získáme jednoduchý vztah pro výpočet teploty, který je využit v obslužném programu. Tento obvod je připojen digitálním výstupem přímo na pin mikroprocesoru. Spotřeba obvodu je menší než 1mW, jeho hlavní předností je nízká cena a dobrá dostupnost. Parametry obvodu jsou popsány v Tab. 2, možnosti pouzder obvodu pak na Obr. 5. V praktické části je využito pouzdro TO-92 a obvod je připojen jako modul pomocí kabelu a konektoru aby lépe snímal okolní teplotu, nikoliv teplotu okolních součástek. Tab. 2: Parametry obvodu SMT160 [10] Parametr

Hodnota

Teplotní rozsah

-45 – 160 °C

Absolutní přesnost

±0,7 °C

Linearita výstupu

0,2 °C

Spotřeba

< 1 mW

Digitální výstup

TTL, CMOS kompatibilní

Obr. 5: Pouzdra obvodu SMT160 [12]

- 14 -

3.1

Princip měření a metoda výpočtu

Po úpravě vzorce (1) je jasné že je třeba využít operaci dělení, což může být první problém u některých mikroprocesorů. Použitý mikroprocesor má dostatečnou paměť a rychlost, a proto je přepočet střídy na teplotu jednoduchou záležitostí. Pokud by však byl využit mikroprocesor nižší třídy, bylo by třeba určitých kompromisů, které by snížily přesnost výpočtu. Na Obr. 6 je znázorněn výstupní signál, vyznačena je pak perioda T, která může být v rozmezí od 0,25 do 1ms. TH je doba kdy je signál v log. 1 a TL je doba trvání log. 0.

Obr. 6: Výstupní signál obvodu SMT160 [10]

Po úpravě vzorce (1) získáme vzorec (2) pro výpočet teploty, v programu je potom nutné správně nadefinovat proměnné typu „float“ aby dělení neprobíhalo celočíselně.

(2) Jedním ze způsobu jak změřit střídu je vzorkování přesně jedné periody a výpočtu teploty dle vzorce. Tato metoda je však velice náročná na rychlost vzorkování a rychlost mikroprocesoru. Z toho důvodu je jednodušší vzorkovat signál v pravidelných intervalech nebo brát určitý počet vzorků. V obslužném programu je využita metoda snímání 2000 vzorků aktuálního stavu příslušného vstupního bitu, a poté vypočtení střídy podělením počtu stavů kdy byl signál v log. 1 počtem stavů log. 0. Teplota je pak vypočítána pomocí vztahu (2). Nevýhoda této metody je však dána tím, že nikdy nelze měřit přesně stejný počet impulzů, proto je zde určitá chyba měření, nicméně při dostatečné rychlosti a počtu vzorků lze tuto chybu minimalizovat.

- 15 -

4 Modul maticového LED displeje Pro zobrazení informací o přesném čase spolu s teplotou bylo využito modulu plošného LED displeje s organizací 8x32, tento displej je řešen jako modul, který je určen pro povrchovou montáž a je spojen se základní deskou metodou hranového spojení. Toto řešení má mnoho výhod, tímto spojením vzniká např. možnost vést spoje i pod tímto displejem, je však nutné použít kaptonovou pásku pro izolování modulu od desky. Tento displej má dobrou čitelnost i z větší vzdálenosti a jeho aktivita je poznat i při denním světle.

Obr. 7: Maticový LED displej 8x32

4.1

Zapojení displeje

Tento displej je složen z pole LED diod, které jsou ovládány pomocí řídící elektroniky umístěné na základní desce. Protože je velikost displeje 8x32 diod, bylo by statické připojení displeje nemožné z důvodu potřebného počtu pinů mikroprocesoru. Proto je zapotřebí použít multiplexní metodu dekodérem 1 z 32, který je realizován čtyřmi obvody 74HC138. Tento dekodér je jednoduché spojení čtyř dekodérů 1 z 8, které jsou ovládány třemi vstupy, sloužícími jako „enable“. Pravdivostní tabulka obvodu je uvedena níže (Tab. 3). Nejvyššího jasu by bylo dosaženo režimem obnovování po řádcích, tento režim by však vyžadoval stále 32 pinů mikroprocesoru nebo využití posuvných registrů, což by byla jistá komplikace při tvorbě programu. Displej by byl také energeticky náročnější, z toho důvodu bylo využito režimu obnovování po sloupcích, což je pro tuto aplikaci dostačující. Na modulu jsou použity červené LED diody v pouzdrech 0603 s typickou svítivostí 12,5mCd při proudu 20mA. Pro výběr aktivního dekodéru pak slouží výstupy E1-E3, které jsou vybírány BCD kódem. Celkové zapojení dekodéru je uvedeno na Obr. 8. Výstupem dekodéru je log. 0, je tedy nutné jako spínací prvky použít tranzistory PNP, jejichž nejdůležitějším parametrem je napětí Uce, které ovlivňuje rozsah napětí při kterém je zařízení schopno pracovat. V zapojení jsou použity tranzistory BC856 spolu z rezistory 4k7. Schéma zapojení displeje je zřetelné z celkového schématu projektu, které je k práci přiloženo jako příloha ve formátu A3.

- 16 -

Tab. 3: Pravdivostní tabulka dekodéru 74HC138 [13] Výstupy

Vstupy ¬E1

¬E2

E3

A0

A1

A2

¬Y0

¬Y1

¬Y2

¬Y3

¬Y4

¬Y5

¬Y6

¬Y7

1

X

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

1

X

1

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

1

X

X

0

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Obr. 8: Realizace dekodéru 1 z 32 [1] Tab. 4: Pravdivostní tabulka pro výběr dekodéru [1] E3

E2

E1

Aktivní dekodér

1

0

0

Dekodér 1 (IC2)

1

0

1

Dekodér 2 (IC3)

1

1

0

Dekodér 3 (IC4)

0

1

1

Dekodér 4 (IC5)

- 17 -

5 Mikroprocesor PIC Při výběru mikroprocesoru byl kladen důraz na rychlost mikroprocesoru, dostatečnou paměť programu a dostatečný počet portů. Po konzultaci s vedoucím byl použit mikroprocesor PIC16F877A, který je zástupce střední třídy mikrokontrolerů od firmy Microchip. Jedná se o typ IPT, který je určen pro povrchovou montáž ve 44 vývodovém pouzdře TQFP. Disponuje pěti porty, které lze nastavit jako vstupní nebo výstupní, pamětí EEPROM o velikosti 256B, která je vestavěna přímo v mikroprocesoru. Tento model má tři časovače, 15 zdrojů přerušení a sběrnice I2C a USART, které však nejsou v tomto projektu využity. Výhodou mikrokontrolerů PIC je také shodný výstup pinů, tudíž by bylo možné osadit výkonnější model bez větších úprav. Základní zapojení pak zůstává stejné a základní deska lze jednoduše rozšířit např. o Ethernetové či USB rozhranní.

Obr. 9: Pouzdro TQFP a označení pinů mikrokontroleru PIC16F877A [11]

- 18 -

5.1

Zapojení mikroprocesoru

Mikroprocesor je napájen stabilizovaným napětím 5V a je zapojen dle katalogového zapojení což je patrné ze schématu v příloze. Pro naprogramování se využívá konektoru ICSP. Pro odvození taktu procesoru byl nejprve využit krystal o frekvenci 8MHz, nicméně ukázalo se, že jeho frekvence je nedostačující pro obnovování displeje a proto byl nahrazen krystalem o frekvenci 10MHz. Na celý port D jsou zapojené řádky displeje, tento port tedy musí být nastaven jako výstupní. Piny 0, 1, 2 portu E jsou připojeny na „enable“ dekodéru, piny 0,1, 2 portu C jsou zapojeny jako adresní vstupy dekodéru, tyto porty tedy musí být také nastaveny jako výstupní. Port B je pak nastaven jako vstupní, protože na pin 0 je zapojen modul DCF a na pin 1 pak SMT160. Port A je také nastaven jako vstupní protože na pinech 0 a 2 jsou připojeny tlačítka, které jsou aktivní na log. 0 a jejich mechanické zákmity jsou ošetřeny v programu.

Obr. 10: Zapojení mikroprocesoru

- 19 -

6 Základní deska projektu Základní desku tohoto projektu lze rozdělit na tři části, kterými jsou modul napájení, část s mikroprocesorem a řídící elektronika maticového LED displeje, který je na horní stranu desky připájen metodou hranového spojení. Toto spojení je realizováno tak, že na modulu displeje je odfrézovaná hrana do poloviny prokovů, které jsou vyplněny pájkou. Následné roztavení pájky má za následek připájení jednotlivých prokovů na plošky na desce. 6.1

Stabilizace napájecího napětí

Celá deska je napájena pomocí běžného transformátoru na usměrněné napětí 9V, které je dále stabilizováno obvodem 7805, který je zapojen v běžném zapojení dle katalogového listu. Obvod 7805 se vyrábí také v provedení SMD, v pouzdře DPACK, které je použito v tomto projektu. Tento obvod je schopen podat výstupní proud až 1A, vstupní napětí je pak v rozmezí 5 – 18 V. Vhodnost použití tohoto obvodu je jak z hlediska dobrých parametrů, tak i bezproblémové dostupnosti a nízké ceny. Přítomnost napájecího napětí je indikována červenou LED diodou, která je zapojena v sérii s rezistorem 220R.

Obr. 11: Schéma zapojení napájecího zdroje

Obr. 12: Pouzdro DPACK obvodu 7805-SMD

- 20 -

7 Programátor ASIX PRESTO a programovací prostředí V tomto projektu bylo využito komerčně prodávaného programátor PRESTO od firmy Asix s.r.o., který se připojuje pomocí rozhraní USB a je tedy velmi rychlý. Podporuje programování osazených součástek pomocí ISP programování. K programátoru je dodáván základní obslužný program UP, který je schopen nahrát soubory v hexadecimálním formátu. Obslužný program je psán v jazyce C++ a v prostředí MikroC, které je pro nekomerční účely volně ke stažení. Toto prostředí je velice příjemné a urychluje práci pomocí přídavných knihoven. Podprogram pro testování tlačítek se pak zkrátí oproti assembleru několikanásobně, lze využít hotovou funkci na testování tlačítek, ve které je již zakomponováno ošetření proti mechanickým zákmitům. Nevýhoda psaní programu v jazyce C++ je že po kompilaci je výsledný kód zbytečně obsáhlý a zkušený programátor by jej v assembleru napsal na méně instrukcí a efektivněji.

Obr. 13: Programátor ASIX PRESTO

Tab. 5: Označení vývodů programátoru a příslušné vstupy mikroprocesoru Programátor

Mikroprocesor

VPP

MCLR (18)

VDD

VDD (+5V)

GND

GND

DATA

RB7/PGD (17)

CLK

RB6/PGC (16)

- 21 -

PRAKTICKÁ ČÁST 8 Návrh schématu a výroba desky Nejprve bylo navrženo schéma na základě diplomové práce Ing. Michala Karmazína [1], v návrhovém systému Eagle. Jednotlivé bloky schématu jsou již popsány výše. Kvůli velikosti schématu a jeho lepší čitelnosti je také přiloženo v příloze ve formátu A3. Návrh desky byl vytvořen pro součástky SMD určené pro povrchovou montáž. Konektory jsou umístěny na spodní straně kvůli dobré dostupnosti. Deska byla navržena ve dvou vrstvách s použitím spojů šířky 0,4mm a prokovů s průměrem vrtání 0,6mm. Výsledný návrh byl elektronicky zaslán, do firmy Prago Board s.r.o. a zadán do výroby. Výhodou tohoto zpracování je nižší cena, protože tato firma nabízí výrobu prototypových desek bez filmových předloh a kvalita, které by nebylo možné dosáhnout při vlastní výrobě v laboratoři. Na vyrobené desce je nanesena permanentní nepájivá maska, která omezuje tvorbu můstků a zkratů na vodičích a pájecích bodech a snižuje spotřebu pájky. Deska byla také potištěna servisním potiskem pro snadné osazení. Jako základní materiál byl zvolen FR4 o šířce 1,5mm, který je složen z epoxidové pryskyřice a skelné tkaniny. Tento materiál je asi 2x dražší než klasický FR2, nicméně disponuje několikanásobně větší mechanickou a tepelnou odolností, lze použít i na vysokých kmitočtech a má mnohem menší teplotní roztažnost zejména v ose Z. Vodivý motiv vyrobeného prototypu je upraven bezolovnatou povrchovou úpravou HASL, což je žárové nanesení bezolovnaté pájky. Deska je také z výroby elektronicky otestována a má ofrézované hrany. Jelikož je modul maticového displeje také osazen na materiálu FR4 je zde minimální rozdíl teplotní délkové roztažnosti, tudíž pájené spoje nebudou se zvýšenou teplotou namáhány. Tato skutečnost musela být také brána v potaz při realizaci prototypu.

- 22 -

Obr. 14: Celkové schéma projektu

- 23 -

Obr. 15: Návrh desky plošného spoje

- 24 -

9 Osazení desky plošného spoje Deska plošného spoje byla osazena v laboratoři na osazovacím poloautomatu DIMA SMT Systems 2000. Nejprve bylo třeba desku řádně očistit isopropyl alkoholem a poté desku řádně umístit a zafixovat. Definované množství pájecí pasty bylo naneseno na pájecí body pomocí dispenzeru, poté byla deska osazena součástkami pomocí vakuové pipety a manipulátoru. Pod mikroskopem bylo pořízeno pár snímku zachycujících detail osazení součástek v pastě před i po přetavení, lze je nalézt v příloze. Pouzdro mikroprocesoru TQFP bylo osazeno pouze na dva protilehlé pájecí body a dále zapájeno ručně. Deska byla zapájena technologií přetavení v reflow tunelu DIMA SMRO 0180, za použití bezolovnaté pájecí pasty ENVIROMARK EM 907 jejíž složení je Sn96.5Ag3.0Cu0.5.

Obr. 16: Teplotní profil použité pájecí pasty [14]

Teplota předehřevu spolu s vyhříváním spodní strany DPS byla nastavena na 280°C, horní infračervený zářič byl nastaven na teplotu 380°C. Přetavení proběhlo v pořádku, dostatečné smáčení spojů bylo opticky zkontrolováno pomocí mikroskopu. Po přetavení bylo třeba opravit některé nedostatečně zapájené spoje ručně a to buď mikropájkou, nebo u obvodů 74HC138 minivlnou. Součástky na horní straně byly poté také dopájeny ručně.

- 25 -

9.1

Pájení TQFP pouzdra mikroprocesoru

Jelikož má mikroprocesor 44 vývodů a je zapouzdřen v pouzdře TQFP, které má mezery mezi piny 0,8mm bylo jej třeba přetavením pouze zafixovat na dva body, které jsou proti sobě po diagonále, aby nedošlo ke zkratování vývodů. Následně je třeba ručně nanést tavidlo a za pomocí minivlny zapájet všechny vývody. Při této metodě pájení je třeba dbát na dostatečný přenos tepla, smáčení vývodů a dodržovat konstantní rychlost posunu pájecího hrotu. Je také třeba mít dostatek pájky v minivlně aby nedocházelo k nedostatečně zapájeným spojům, které by mohli působit problémy ve funkčnosti aplikace.

Obr. 17: Zapájené pouzdro mikroprocesoru

9.2

Pájení modulu displeje

Modul displeje je připájen k hlavní desce přes hranu, také zde bylo využito technologie minivlny, která se ukázala být nejvhodnějším a nejrychlejším způsobem jak tento displej připájet. Displej bylo třeba izolovat od hlavní desky, aby nedošlo ke zkratům v místě prokovů, k tomuto bylo využito kaptonové pásky.

Obr. 18: Hranové spojení displeje s deskou

- 26 -

9.3

Ručně dopájené součástky

Vývodové součástky jako jsou konektory a tlačítka byly nakonec dopájeny ručně za použití mikropájky. Při ručním pájení je třeba dbát na dobrý přenos tepla, který je zajištěn dostatečným množstvím tavidla a zároveň tepelně nepoškodit součástku. Cílem je dosažení co nejspolehlivějšího spoje volbou vhodného času a teploty, dále je nezbytné zvolit vhodný typ tavidla a pájecí slitiny v trubičkové pájce. Při pájení bylo využito bezolovnaté pájky SAC305.

Obr. 19: Detail ručně pájených součástek

Ručně byly také opraveny spoje u dekodérů 74HC138, které nebyly dostatečně zapájeny přetavením. Oprava byla provedena metodou minivlny.

Obr. 20: Ručně přepájené vývody obvodu 74HC138

- 27 -

10 Obsluţný program Obslužný program byl napsán v jazyce C++ ve volně použitelném prostředí MikroC. Nevýhodou psaní programu v C++ oproti assembleru je to, že C++ je stejně přeloženo automaticky do assembleru s tím, že tento převod není nikdy tak efektivní, jako by byl program psán přímo v assembleru. Zjednodušeně lze říci, že vždy program nabude několik řádků navíc a každá operace může zabrat jiný počet instrukcí, tím pádem zabere mikrokontroleru více času na zpracování. Toto je třeba brát v potaz při vzorkování a operacích náročných na rychlost. V následujících částech práce jsou popsány jednotlivé bloky programu, celý program je přiložen na CD.

Obr. 21: Blokové schéma obslužného programu

- 28 -

10.1

Přerušení a počáteční nastavení

V programu je využito časovače „Timer 0“, který je spolu s globálním bitem přerušení zapnut v registru „INTCON“, dále je nastavena dělička na poměr 1:1, tudíž je tento časovač inkrementován jednou za čtyři strojní cykly, což při použití 10MHz krystalu znamená frekvencí 2,5Mhz. Když poté tuto hodnotu vydělíme hodnotou 256, což je hodnota, do které čítač napočítá, přeteče a vyvolá přerušení, vychází číslo 9766, které je v programu nadefinováno jako konstanta „SEKUNDA“ což je hodnota počtu přerušení, která odpovídá času jedné vteřiny. Dále jsou nadefinovány konstanty pro počet vzorků, který má být snímán z výstupu obvodu SMT160 a hodnoty pro logické hodnoty signálu DCF což je 0,1 a 0,2 vteřiny. 10.2

Definice proměnných, konstant a funkcí

Na začátku programu je definice potřebných proměnných, konstant a funkcí. Jsou zde využity dvě funkce a to pro zobrazení času a teploty. Dále je nadefinován použitý font v proměnné „arial“, která je typu pole o velikosti 11x8. Příslušný index řádku (0-9) označuje vždy 8 hodnot pro jednotlivé binární hodnoty sloupců pro příslušné číslo, poslední index označuje písmeno C, které je využito pro zobrazení teploty. Dále je také třeba zmínit proměnné typu „float“, které mohou nabývat desetinné hodnoty. Tyto proměnné jsou využity při výpočtu teploty, tedy při operaci dělení. 10.3

Funkce pro zobrazení na maticovém displeji

Funkce pro zobrazení času a teploty je téměř stejná. Funkce pro zobrazení času je volána s dvěma parametry, první jsou hodiny, druhým parametrem pak minuty. Tyto vstupní hodnoty jsou rozděleny na desítky a jednotky a přiřazeny do pole pod příslušný index. Maticový displej je v této funkci vlastně rozdělen na 4 zobrazovací segmenty, které jsou procházeny v cyklu „for“. Na začátku tohoto hlavního cyklu jsou na celý port spojený s řádky zapsány log. 1, poté je dle indexu aktuálního segmentu vybrán dekodér pomocí vstupů „enable“. Tyto vstupy jsou připojeny na Port E a v dalším „for“ cyklu jsou procházeny jednotlivé sloupce od 0 do 7. Provede se aktivace příslušného sloupce a rozsvícení diod ve sloupci. Tento cyklus projde všechny sloupce a pokračuje na další segment. Funkce pro zobrazení je uvedena níže.

- 29 -

void zobraz_cas(int a, int b) { cislo[0]=a/10; // Rozdeleni na jednotky a desitky cislo[1]=a%10; // Zbytek po celociselnem deleni cislo[2]=b/10; cislo[3]=b%10; for ( y = 0; y < 4; y++ ) // Prochazime 4x, pro kazdy segment jednou { PORTD = 0xFF; // Zhasnout vsechny radky if (y==3) PORTE = 0b00000110; // Vybrani pozice zobrazeni if (y==2) PORTE = 0b00000011; if (y==1) PORTE = 0b00000101; if (y==0) PORTE = 0b00000001; for ( i = 0; i < 8; i++ ) { PORTC = 7-i; // Aktivace prislusneho sloupce PORTD = arial[cislo[y]][i]; // Rozsviceni diod ve sloupci if(dot==1) { if ((y==1)&&(i==7)) PORTD = 0b11101011; // Dvojtecka } } } }

10.4

Hlavní smyčka programu

Hlavní smyčka programu probíhá stále dokola a je v ní implementována funkce hodin. Pokud je signál DCF přijatý a kompletní, jsou hodiny nastaveny dle přijatých dat. Pokud je stisknuto tlačítko provádí se nastavení hodin nebo minut. V hlavním programu je také kontrolována proměnná „cnt“, která se inkrementuje při každém přerušení od „Timer 0“. Pokud je tato proměnná větší nebo rovna hodnotě odpovídající počtu přetečení za jednu sekundu, jsou přičteny sekundy, neguje se proměnná pro blikání dvojtečky a vynuluje se „cnt“ aby tento cyklus proběhl znovu za jednu vteřinu (kód je uveden níže). if(cnt >= SEKUNDA) { sec++; dot=!dot; cnt = 0; }

// Pricteni sekund // Bliknuti dvojtecky // Nulovani cnt

if(sec==60) {sec=0;xmin++;} if(xmin == 60) {xmin=0;xhod++;} if(xhod == 24) {xhod=0;}

// Funkce hodin

if((sec<36)&&(sec>30)) zobraz_teplotu(teplota); // Zobrazení Teploty else zobraz_cas(xhod,xmin); // Zobrazení Hodin

- 30 -

10.5

Funkce obvodu SMT160

Na příslušném pinu, který je připojen na výstup tohoto obvodu jsou do proměnné počítány stavy, ve kterých je signál v log. 1 a do druhé proměnné počet vzorků, ve kterých je signál v log. 0. Poměr těchto stavů nám pak udává střídu logického signálu, se kterou je dále počítáno dle vzorce pro výpočet teploty. Vzorky jsou odebírány při každém přerušení od zdroje „Timer 0“, tudíž 9766 vzorků za vteřinu. Teplota je přepočtena vždy při dosažení definovaného počtu vzorků. if(cnt2 >= POCETVZORKU) { xdc=(float)smt1/(float)smt0; tepl=(xdc-0.32)/0.0047; teplota=(int)(tepl); smt1=0;smt0=0; cnt2=0; }

10.6

// // // //

Spocteni stridy Vypocet teploty Prevod na integer Nulovani promennych

Ukázka testování tlačítka

Součástí prostředí MikroC jsou také předdefinované knihovny pro různé usnadnění programování. V tomto programu je využita knihovna pro testování tlačítek, ze které se používá funkce, která má již všechna opatření proti mechanickým zákmitům tlačítka. Nejprve se otestuje, zda bylo tlačítko zmáčknuto, nastaví se proměnná a dále se testuje, jestli je tlačítko uvolněno a zároveň je nastavena proměnná, pokud ano inkrementují se minuty nebo hodiny a vynulují se sekundy. Funkce „zobraz_cas“ je pak volána s proměnnými „xhod“ a „xmin“, ve kterých je aktuální čas. if (Button(&PORTA, 2, 1, 1)) { // Detekce log.1 oldstate1 = 1; // Nastaveni promenne } if (oldstate1 && Button(&PORTA, 2, 1, 0)) { // Detekce log.0 xmin++; // Pricteni minut sec=0; // Nulovani sekund oldstate1 = 0; // Nulovani promenne } if (Button(&PORTA, 0, 1, 1)) { // Detekce log.1 oldstate2 = 1; // } if (oldstate2 && Button(&PORTA, 0, 1, 0)) { // xhod++; // sec=0; // oldstate2 = 0; // }

- 31 -

Nastaveni promenne Detekce log.0 Pricteni hodin Nulovani sekund Nulovani promenne

10.7

Dekódování signálu DCF

Signál DCF je snímán při každém přetečení časovače, dle hodnoty na pinu je přičtena proměnná pro počítání vzorků, ve kterých je signál v příslušné logické úrovni. Podle porovnání počtu vzorků, které jsou v log.1, s definovanými konstantami pro 0,1 nebo 0,2 vteřiny program vyhodnotí zda se v signálu jedná o log.1 nebo 0. Přečtené bity jsou pak ukládány do pole o velikosti 59 bitů. Index pole se nastaví na 0 při logické hodnotě 0 delší než dvě vteřiny, což značí první bit signálu DCF. Pokud je pole naplněno je třeba ještě zkontrolovat paritní byty a pokud jsou v pořádku, program vyhodnotí kompletní časovou informaci a přepíše data do zobrazovaných proměnných.

Obr. 22: Blokové schéma zpracování DCF signálu

- 32 -

11 Závěr V této práci byly popsány základní principy použitých metod pro získání přesné teploty a času, spolu s teoretickým rozborem této problematiky. V praktické části bylo vytvořeno obvodové schéma spolu s návrhem desky, která byla poté na zakázku vyrobena. Deska byla osazena a oživena, následně byl zhotoven obslužný program. Program je přiložen na CD, je přehledně rozčleněn a okomentován. Maticový displej byl připojen k základní desce pomocí hranového spojení, které se ukázalo být efektivní a zároveň jednoduché na montáž. Výstupem této práce je funkční prototyp zařízení, které bylo zadáno ke zhotovení. Funkční vzorek, který byl realizován lze dále vylepšovat a rozvíjet, jednou z možností by bylo připojení modulu k internetu přes ethernetové rozhraní a synchronizovat tak čas pomocí protokolu NTP. Toto by bylo možné realizovat za použití vyšší řady mikrokontroleru PIC18, který má přímo toto rozhraní implementován.

Obr. 23: Fotografie zhotoveného zařízení

- 33 -

12 Seznam pouţitých zdrojů [1]

KARMAZÍN, M. Elektronický informační štítek. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2010. 55 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Josef Šandera, Ph.D.

[2]

ŠANDERA, J. Návrh plošných spojů pro povrchovou montáž. Praha : BEN technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-181-0.

[3]

DĚDINA, Ing. Boris; VALÁŠEK, CSC., Ing. Pavel. Mikroprocesory a mikropočítače. Praha 2 : Nakladatelství technické literatury, 1981. 304 s.

[4]

PINKER, Jiří. Mikroprocesory a mikropočítače. Praha : BEN - technická literatura, 2008. 160 s. ISBN 978-80-7300-110-0.

[5]

LÁNÍČEK, Robert. ELEKTRONIKA obvody, součástky děje. Praha : BEN - technická literatura, 2004. 480 s. ISBN 80-86056-25-2.

[6]

VOVES, Jan; KODEŠ, Jiří. Elektronické součástky nové generace. Praha : Grada Publishing, 1995. 152 s. ISBN 80-7169-142-9.

[7]

PIC microcontroller. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, [cit. 2011-06-01]. Dostupné z WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/PIC_microcontroller

[8]

DCF77. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia

Foundation,

[cit.

2011-06-01].

Dostupné

z

WWW:

http://en.wikipedia.org/wiki/DCF77

[9]

Signál DCF77 [online]. 2010 [cit. 2011-06-01]. HW.cz. Dostupné z WWW: http://hw.cz/Dokumentace/Teorie-a-praxe/ART1026-Vysilani-casoveho-signalu-a-DCF77.html

[10] Převodník teplota/střída SMT160 [online]. 2009 [cit. 2011-06-01]. HW.cz. Dostupné z WWW: http://hw.cz/Produkty/Nove-soucastky/ART391-Prevodnik-teplota-strida-SMT160-30-92.html [11] Microchip.com [online]. 2009 [cit. 2011-06-01]. PIC16F877 Datasheet. Dostupné z WWW: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41291F.pdf [12] SMT160 datasheet [online]. 2009 [cit. 2011-06-01]. Alldatasheet.com. Dostupné z WWW: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/90332/ETC/SMT160.html [13] 74HC138 datasheet [online]. 1993 [cit. 2011-06-01]. Datasheetcatalog.com. Dostupné z WWW: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/74HC_HCT138_CNV_2.pdf [14] Liton Kester EM907 Solder paste datasheet [online]. 2010 [cit. 2011-06-01]. Kester.com. Dostupné z WWW: http://www.kester.com/SideMenu/DataSheets/tabid/142/Default.aspx

- 34 -

13 Seznam pouţitých zkratek a symbolů DCF77

Deutschland Long wave signal Frakfurt, radiová stanice

SMT160

Teplotní snímač

PIC

Peripheral Interface Controller, mikrokontroler

LED

Light Emitting Diode, světlo emitující dioda

BCD

Binary Coded Decimal, binárně reprezentované dekadické číslo

SEČ

Středo-Evropský čas

SELČ

Středo-Evropský letní čas

TTL

Transistor-Transistor, 5V logika

CMOS

Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, 3V logika

GND

Ground, zem

OUT

Output, výstup

TQFP

Thin Quad Flat Package, pouzdro mikroprocesoru

EEPROM

Electrically Erasable Programmable Read-only memory, paměť

USB

Universal Serial Bus, universální sběrnice

ETHERNET

Síťové rozhranní

ICSP

In-Cricuit Serial Programming, seriové programování osazené součástky

DPACK

Pouzdro obvodu určené pro povrchovou montáž

SMD

Surface Mount Device, součástka povrchové montáže

SMT

Surface Mount Technology, technologie povrchové montáže

FR4

Vrstvený základní materiál z epoxidové pryskyřice a skelné tkaniny

HASL

Hot Air Solder Leveling, žárové nanesení bezolovnaté pájky

DPS

Deska Plošných Spojů

INTCON

Registr povolující přerušení

TIMER

Časovač

NTP

Network Time Protocol, protokol pro synchronizaci času

- 35 -

14 Seznam příloh 14.1

Seznam obrázků

Obr. 1: Modulace DCF signálu [9] .......................................................................................... 11 Obr. 2: Formát přenášené časové informace [9] ..................................................................... 12 Obr. 3: Modul pro příjem signálu DCF77 ............................................................................... 13 Obr. 4: Zapojení modulu pro příjem DCF signálu .................................................................. 13 Obr. 5: Pouzdra obvodu SMT160 [12] .................................................................................... 14 Obr. 6: Výstupní signál obvodu SMT160 [10]........................................................................ 15 Obr. 7: Maticový LED displej 8x32 ........................................................................................ 16 Obr. 8: Realizace dekodéru 1 z 32 [1] ..................................................................................... 17 Obr. 9: Pouzdro TQFP a označení pinů mikrokontroleru PIC16F877A [11] ......................... 18 Obr. 10: Zapojení mikroprocesoru .......................................................................................... 19 Obr. 11: Schéma zapojení napájecího zdroje .......................................................................... 20 Obr. 12: Pouzdro DPACK obvodu 7805-SMD ....................................................................... 20 Obr. 13: Programátor ASIX PRESTO..................................................................................... 21 Obr. 14: Celkové schéma projektu .......................................................................................... 23 Obr. 15: Návrh desky plošného spoje...................................................................................... 24 Obr. 16: Teplotní profil použité pájecí pasty [14] ................................................................... 25 Obr. 17: Zapájené pouzdro mikroprocesoru ............................................................................ 26 Obr. 18: Hranové spojení displeje s deskou ............................................................................ 26 Obr. 19: Detail ručně pájených součástek ............................................................................... 27 Obr. 20: Ručně přepájené vývody obvodu 74HC138 ............................................................. 27 Obr. 21: Blokové schéma obslužného programu .................................................................... 28 Obr. 22: Blokové schéma zpracování DCF signálu ................................................................ 32 Obr. 23: Fotografie zhotoveného zařízení ............................................................................... 33

- 36 -

14.2

Seznam tabulek

Tab. 1: Přiřazení speciálních bitů signálu ................................................................................ 12 Tab. 2: Parametry obvodu SMT160 [10]................................................................................. 14 Tab. 3: Pravdivostní tabulka dekodéru 74HC138 [13] ............................................................ 17 Tab. 4: Pravdivostní tabulka pro výběr dekodéru [1] .............................................................. 17 Tab. 5: Označení vývodů programátoru a příslušné vstupy mikroprocesoru .......................... 21

14.3

Seznam příloh

Příloha 1: Množství nanesené pasty na pájecích bodech ........................................................ 38 Příloha 2: Součástky osazeny v pájecí pastě ........................................................................... 38 Příloha 3: Pohled na prototyp ze strany součástek .................................................................. 39 Příloha 4: Seznam součástek ................................................................................................... 40

- 37 -

15 Přílohy 15.1

Fotografie průběhu osazování

Příloha 1: Množství nanesené pasty na pájecích bodech

Příloha 2: Součástky osazeny v pájecí pastě

- 38 -

15.2

Fotografie realizovaného zařízení

Příloha 3: Pohled na prototyp ze strany součástek

- 39 -

15.3

Soupiska součástek

Součástka

Hodnota

Pouzdro

Ks

C1, C2

22 pF

C0805

2

C3

100 nF

C0805

1

C4, C5

100 nF

C1206

2

C6

100 uF

CPOL-0405

1

C7

1 uF

CPOL-0405

1

D1

BAS40

SOT32

1

D2

Nahrazeno R0

SOD110W

1

IC2-IC5

74HC138D

SO16

4

IC6

7805DT

DPACK

1

IC7

PIC16F877A

TQFP44

1

LED1, LED2

LED dioda

LED0603

2

Q1

10 MHz

HC49UP

1

Q2-Q33

BC856

SOT32

32

R1

10K

R0805W

1

R2-R9

33R

R0805W

8

R10-R41

470R

R0805W

32

R42

2K2

R0805W

1

R43, R49

220R

R0805W

2

R45. R46

10K

R0805W

2

R50

5K6

R0805W

1

SMT160

SMT160

TO-92

1

DCF77

Modul DCF77

-

1

S2, S3

Spínač

DTSM-6

2

DISP1

Displej

LED 8x32

1

ICSP

Konektor

5 pinů

1

SMT

Konektor

3 piny

1

DCF

Konektor

4 piny

1

Příloha 4: Seznam součástek

- 40 -