这一款采用 AVR128DA48 微控制器的超低功耗 LCD 时钟,具备出色的能效表现,可长达三年以上持续运行,无论是采用 CR2032 纽扣电池还是太阳能电池。其独特设计将节能与高效性相结合,为用户提供了一种可靠而持久的时间跟踪解决方案。 AVR128DA48 微控制器的精密控制能力与 LCD 技术的应用相结合,实现了高度可视化的时钟显示,同时最大限度地减少了能源消耗。这款时钟不仅在功能上出色,而且在设计上注重了节能和环保,为用户提供了一种符合现代生活需求的智能时间管理工具。
它使用 AVR128DA48 的片上温度传感器,用 ADC 读取其自身的电源电压。还有一个 I2C 接口,你可以连接一个外部传感器,如湿度传感器。
介绍
尽管LCD液晶显示是相对较旧的技术,但与新型显示器相比,它们仍具有多项优势,包括低功耗、低成本和可读性。
1.硬件电路
LCD 时钟的电路:
基于 AVR128DA48单片机
LCD显示
LCD显示器为四位七段静态LCD,40引脚,可显示温湿度,LCD 显示器安装在电路板的正面,元件在背面。
MCU处理器
该处理器是采用 TQFP-48 封装的 AVR128DA48,但该 PCB 可与一系列其他 48 引脚处理器配合使用,比如选择内存容量更低、价格更低的一些MCU代替。
电池(电源)
这里采用CR2032 或类似电池为其供电,或者使用太阳能电池,附加超级电容来供电:
为方便扩展,这里添加了I2C接口,这里可以添加温湿度传感器,或者其他I2C从设备。
源码
这里先分享一些主要源码内容,最后提供源码链接。
1.IO配置
void PortSetup () {
for (int p=0; pDIR = 0xFF; // All pins outputs
PORTE.DIR = PIN0_bm | PIN1_bm; // COMs outputs, PE0 and PE1
PORTF.DIR = PIN5_bm | PIN4_bm; // 1A, colon
}
2.时钟
这里节省成本,并非使用时钟芯片或模块,用单片机定时器计数实现时钟的功能。
利用定时器中断实现时钟计数、更新:
ISR(RTC_PIT_vect) {
static uint8_t cycles = 0;
static unsigned long halfsecs;
RTC.PITINTFLAGS = RTC_PI_bm; // Clear interrupt flag
// Toggle segments
for (int p=0; pOUTTGL = 0xFF; // Toggle all PORTA,B,C,D pins
PORTE.OUTTGL = PIN0_bm | PIN1_bm; // Toggle COMs, PE0 and PE1
PORTF.OUTTGL = PIN5_bm | PIN4_bm; // Toggle segment 1A, Colon
cycles++;
if (cycles return;
cycles = 0;
// Update time
halfsecs = (halfsecs+1) % 172800; // 24 hours
uint8_t ticks = halfsecs % 120; // Half-second ticks
if (MinsButton()) halfsecs = ((halfsecs/7200)*60 + (halfsecs/120 + 1)%60)*120;
if (HoursButton()) halfsecs = halfsecs + 7200;
if (MinsButton() || HoursButton() || ticks else if (ticks == 108) DisplayVoltage();
else if (ticks == 114) DisplayTemp();
}
3.显示时间
LCD显示部分就LCD有关:
void DisplayTime (unsigned long halfsecs) {
uint8_t minutes = (halfsecs / 120) % 60;
#ifdef TWELVEHOUR
uint8_t hours = (halfsecs / 7200) % 12 + 1;
#else
uint8_t hours = (halfsecs / 7200) % 24;
#endif
Digit[0]->OUT = Char[hours/10];
Digit[1]->OUT = Char[hours%10];
Digit[2]->OUT = Char[minutes/10];
uint8_t units = Char[minutes%10];
Digit[3]->OUT = units;
uint8_t colon = (halfsecs & 1)>1 & PIN5_bm) | colon;
}
4.ADC采集温度
这都是操作寄存器实现的功能:
void DisplayVoltage () {
ADC0.MUXPOS = ADC_MUXPOS_DACREF0_gc; // Measure DACREF0
ADC0.CTRLA = ADC_ENABLE_bm; // Single, 12-bit, left adjusted
ADC0.COMMAND = ADC_STCONV_bm; // Start conversion
while (ADC0.COMMAND & ADC_STCONV_bm); // Wait for completion
uint16_t adc_reading = ADC0.RES; // ADC conversion result
uint16_t voltage = adc_reading/50;
ADC0.CTRLA = 0; // Disable ADC
// Display it
Digit[0]->OUT = Char[Space];
Digit[1]->OUT = Char[voltage/10] | 0x80; // Decimal point
Digit[2]->OUT = Char[voltage%10];
uint8_t units = Char[Vee];
Digit[3]->OUT = units;
PORTF.OUT = (units>>1 & PIN5_bm); // No colon
}
5.功耗问题
做这种产品,低功耗难度最大(做过低功耗的同学才能理解这种难度)。
博主做了一个测试,在不同时钟频率下的功耗对比:
时钟频率 | 24MHz | 12MHz | 4MHz | 1MHz |
---|---|---|---|---|
能量消耗 | 9.5µA | 10.7µA | 11.3µA | 12.8µA |
看到这测试结果,你肯定会感到疑惑:频率越低功耗怎么越大?
这里主要是测试平均功耗,频率越低,代码执行时间越长,其功耗相对更高。
使用电池时:
CR2032 纽扣电池的典型容量为 225 mAh,因此功耗 7.3µA 时,时钟的预期电池寿命约为 (225/0.0073/24/365)3.5 年。
使用太阳能时:
使用 0.47F 超级电容器,你可以理解为 1 秒内的电流为 0.47A。可以算出工作时间:(0.47/7.3×10 ‑6 /60/60)大约 18 小时,这就能足以让时钟在白天使用太阳能电池供电过夜。
还有更多介绍,可以参看:
http://www.technoblogy.com/
开源软硬件资料
这里为方便喜欢DIY的同学,提供了软硬件各种资料的地址。
源码地址:
http://www.technoblogy.com/list?3KYM
硬件地址:
https://github.com/technoblogy/lcd-clock
以上就是良许教程网为各位朋友分享的Linu系统相关内容。想要了解更多Linux相关知识记得关注公众号“良许Linux”,或扫描下方二维码进行关注,更多干货等着你 !