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Reloj digital para casa
o coche
Este circuito está basado en un proyecto
de Arizona Microchip Inc, el inventor y dueño del PIC, al cual
sólo se le ha hecho una leve modificación que mas adentrada la
nota será explicada. Originariamente fue diseñado como nota de
aplicación para explicar la forma de multiplexar displays y teclas
con las mismas líneas. Adicionalmente se pretendía explicar el
desarrollo de un RTC ó reloj de tiempo real. Para quienes lo deseen
(es de recomendar) pueden consultar la nota de aplicación AN590
en la web de Microchip.
Como se aprecia en el circuito el
micro genera los dígitos sobre los displays directamente sin el
uso de decodificadores como el 9368 y tantos otros. De esta forma,
si bien se emplean mas líneas entre el chip y los segmentos, se
reduce la cantidad de componentes electrónicos necesarios logrando
así reducir el espacio requerido. Dos pulsadores permiten ajustar
la hora al momento de conectar el circuito y uno exhibe el segundero
sobre los últimos dos displays (los que normalmente muestran los
minutos) mientras permanezca presionado. El uso de cada uno es
el siguiente. El pulsador A (conectado a Rb1) muestra el segundero
en tanto permanezca presionado. El pulsador B (conectado a Rb2)
avanza rápidamente los minutos. El pulsador C (conectado a Rb3)
avanza rápidamente las horas. Podría agregarse un cuarto pulsador
el cual haría las veces de reset (vuelta a cero) que en la mayoría
de los relojes de automóvil se encuentra. Incluso en el diseño
original de Microchip ese pulsador estaba colocado. De querer
hacerlo, bastará con conectar un pulsador entre el terminal MCLR
del micro y masa. Nosotros decidimos no colocarlo para simplificar
el diseño.
Para hacerlo fácil de entender daremos
una explicación rápida de este proyecto. Cada transistor trabaja
en corte/saturación, comportándose como una llave electrónica.
Cuando recibe tensión en su base deja conducir la corriente de
colector a emisor. Entonces el display gobernado por él se iluminará
de acuerdo a los pines Rb0 a Rb7 del micro. Según cuales de estas
líneas presenten tensión y cuales no será el número que se forme
sobre ese indicador. Al hacer conmutar secuencialmente los transistores
y a alta velocidad parece, al ojo humano, que todos los displays
se iluminasen a la vez. Este mismo efecto es el que aprovecha
la TV para mostrar imágenes en movimiento, sólo que en esos aparatos
el barrido no es solo horizontal sino que también es vertical.
Volviendo a nuestro proyecto. Configurando las líneas Rb1, Rb2
y Rb3 como entradas y desactivando los cuatro transistores se
logra censar el estado de los pulsadores de control. Dado
que ningún transistor está en conducción el estado de los pulsadores
no afectará a los displays. De todas formas, si se presiona un
pulsador mientras se están barriendo los displays el uno lógico
generado no alcanza a tener corriente suficiente como para encender
los LEDs ya que se encuentra limitado por resistencias de 820
ohms. El relé (cuya bobina es de 12v) controla el encendido de
los displays cortando la masa común. Esto se hace para poder hacer
un sistema de respaldo que mantenga alimentado el micro por medio
de una batería para cuando la alimentación de la red eléctrica
falle.
Observando la fuente se comprenderá
mejor el funcionamiento de este sistema. Por un lado la corriente
alterna de 220v (o la que haya en su red domiciliar) es aislada
y reducida en tensión por el transformador, cuyo secundario es
de 9V por 300mA. La alterna resultante es rectificada por el puente
de diodos y filtrada inicialmente por el capacitor de 2200µF.
Entre sus bornes hay 12V aproximados de continua, los cuales se
emplean para manejar la bobina del relé. Los dos diodos 1N4004
hacen que, por un lado, la batería no active el relé (evitando
que los displays se iluminen sin tensión de red) y, por el otro
lado, que la batería no se sobrecargue con la tensión proporcionada
por la fuente. El 7805 es un regulador de tensión positivo que
estabiliza la tensión en su salida a 5V y los capacitores eliminan
el rizado posible.
La importancia de apagar los displays
cuando la alimentación principal falla radica en el consumo de
estos. Si bien se podrían dejar encendidos, el requerimiento de
corriente haría que la batería se agote en un par de desconexiones.
En cambio, al permanecer apagados la batería puede mantener funcionando
el micro por mas de seis meses sin tensión de red. Si le interesa
de todas formas que los displays se iluminen sin tensión de red,
quite el relé y puentee los contactos de su llave. Calculamos
que el funcionamiento con batería y displays, en forma continua,
puede ser de hasta 24 horas, dependiendo del estado de carga de
la batería.
A esta altura habrá notado que este
circuito es muy fácil de modificar para colocarlo en el auto.
La fuente de arriba se muestra con
los cambios necesarios para su uso vehicular. Nótese que ya no
se emplea la batería de respaldo dado que no es usual que uno
retire la del auto. Lo que no quitaremos es el relé, el cual ahora
accionará con el siguiente circuito.
En el esquema el punto ILP representa
el interruptor de las luces de posición. No es necesario tomar
esta señal del interruptor mismo, puede ser sacada del foquito
que ilumina el cenicero o del que ilumina el fondo de las demás
teclas. El punto LC es la llave de control general del vehículo
(la que se emplea para encender el motor). De esta forma, el reloj
siempre funcionará a nivel lógico, pero solo se iluminarán los
displays cuando el vehículo esté en funcionamiento (uso) o cuando
las luces de posición estén activadas. ¿Por que hacemos esto?
Porque de no hacerlo así si estuviésemos estacionados, con el
motor detenido y quisiésemos saber la hora tendríamos que dar
corriente al sistema eléctrico del motor. De esta forma, tomando
tensión para controlar el relé por medio de las luces de posición,
bastará con encenderlas para hacer brillar los displays; evitándonos
tener que introducir la llave en la ranura. Un pequeño lujo de
auto caro, que solo nos costará los pocos centavos que vale un
diodo y un trozo de cable.
Notas de Armado:
Para tener éxito en el armado de
este proyecto hay pocos requisitos, pero los hay.
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En los displays todos los segmentos
están unidos entre si. Esto quiere decir que el segmento A
del display izquierdo está conectado con el A del que le sigue
y así hasta el último.
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El punto decimal sólo está conectado
al display de las horas (el segundo de izquierda a derecha).
Esto hace que horas y minutos disten entre sí por un punto.
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No es mala práctica (aunque no
fue implementado en nuestro esquema) colocar un capacitor
cerámico de 100nF entre la alimentación del micro y masa,
lo mas cercano posible a éste.
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Dado que el montaje demanda pocos
componentes el uso de dos placas de circuito impreso no es
recomendado.
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Si es recomendado colocar componentes
de montaje superficial (SMD) sobre circuito impreso de dos
caras. Colocando de una cara los displays y pulsadores y de
la otra el micro y los componentes adicionales. De esta forma
el prototipo quedará reducido a su tamaño mínimo.
Otro tema que merece atención es
la estética de los displays. Colocando cuatro seguidos (uno pegado
al otro) la hora es leída, pero con cierta dificultad.
Observe ahora como se ve separando
las horas de los minutos y colocando dos LEDs cuadrados adicionales.
Es la misma hora, pero se aprecia
mejor y estéticamente es mas agradable. No requiere grandes esfuerzos,
mas que separar un poco los displays de hora y diez minutos y
colocar dos diodos LED cuadrados que irán conectados al terminal
DP del display horas y a su transistor. Si desea que dichos LEDs
permanezcan fijos deberá colocarlos entre 5v y masa de los transistores
por medio de una resistencia de 200 ohms. Cabe aclarar que los
diodos LED deben ir en serie
El Software:
Para que este reloj funcione el micro
debe ser cargado con el programa a ejecutar. De otra forma el
sistema será completamente inútil. Puede bajarse las versiones
en Assembler
(código del programa) o en Hexadecimal
(listo para subir al micro).
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