Аудіокалендар на MAX7219

2025-02-06

У статті описано розробку та налагодження аудіо календаря (АК) з наступними функціями:

• Відображення поточного часу.
• Періодична видача (раз на 10 хвилин) на світлодіодну матрицю різної відеоінформації у вигляді рядка, що біжить, протягом одної хвилини.
• Аудіо привітання друзів та родичів зі святами, включаючи церковні, днями народження із прив'язкою до конкретної дати.
• Видача аудіоінформації щодо натискання кнопки: - про поточний місяць: місяць, тиждень, рік, години і хвилини

Тест контроль обладнання, що використовується.

Перевірка працездатності матриці 1088AS 8х8

Для перевірки будь-якого світлодіода, наприклад, на перетині 13-го стовпця і 9-го рядка подаємо через опір 500 Ом напругу +3-5 В на контакт 13. Торкаємося загальним проводом 9-го контакту. Спостерігаємо свічення світлодіода. Для перевірки всього рядка, наприклад 7, подаємо загальний на 7 і по черзі торкаємося +3-5 В через 500 Ом контактів 13, 3, 4, 10, 6, 11, 15, 16. Перевірка стовпця аналогічна, тільки +3-5 В, наприклад на 9, 14, 8, 12, 1,7 ,2, 5. Для перевірки іншою напругою необхідно підібрати опір із великим номіналом.

Перевірка працездатності мікроконтролера Arduino Pro Mini та програматора FT232BL

З'єднуємо мікроконтролер Arduino Pro Mini із програматором TTL FT232BL за схемою

• DTR FT232BL - DTR Arduino Pro Mini
• GND FT232BL - GND Arduino Pro Mini
• Vcc FT232BL - Vcc Arduino Pro Mini
• TX FT232BL - RX Arduino Pro Mini
• RX FT232BL - TX Arduino Pro Mini

Подаємо живлення до FT232BL через USB ПК. Контролюємо включення світлодіодів на обох платах. В IDE вибираємо плату Arduino Pro or Pro Mini, процесор ATMega328 (5В 16Мгц), порт COMx (), х-номер віртуального порту, програматор ArduinoISP. Перемикаємо шильдик (жовтий колір) на FT232BL на 5В. У IDE вибираємо Файл -> Приклади-> 01.Basics -> Blink. Далі компіляція та завантаження. Якщо все нормально, на мікроконтролері починає моргати світлодіод із частотою 1 Герц.

Програматор

Arduino Pro Mini

Перевірка працездатності приладу DC 100V 10A

Цей цифровий вольтметр-амперметр призначений для вимірювання напруги постійного струму в діапазоні від 0 до 99,9 В, та силу струму в діапазоні від 0 до 9,99 А. У схемі АК цей прилад здійснює безперервний контроль за споживаною потужністю, струмом та напругою на АК. Тонкий червоний провід приєднуємо до Vcc +5В - це живлення схеми DC. Тонкий жовтий провід живить схему вимірювання DC 100В 10A. Обидва дроти приєднуються до живлення АК Vcc +5В. Товстий червоний провід приєднується до загального дроту схеми АК-земля АК, на малюнку позначений синім кольором. Товстий чорний провід приєднується до загального живлення. Напруга на АК формується у верхньому індикаторі DC. Струм і потужність у нижньому індикаторі DC з періодичним виведенням струму та потужності. Для кращого розуміння дивіться принципову схему.

Перевірка працездатності плеєра DFPlayer Mini

Збираємо схему без кнопок S3 та S4. Вставляємо microSD в DFPlayer Mini із записаними мелодіями. Приєднуємо динамік <= 3 Ватт, >=4 Ома. Приєднуємо стабілізований блок живлення напругою від 3 до 5 В. Короткочасно по черзі натискаючи кнопки S1 та S2, прослуховуємо записані мелодії. При натисканні на S1 прослуховуємо мелодії у зворотному порядку. При натисканні на S2 прослуховуємо мелодії у прямому порядку.

Запис мелодій для плеєра DFPlayer Mini за допомогою картридера Modecom USB 3.0 CR-LEVEL 3

Картридер Modecom USB 3.0 CR-LEVEL 3 - універсальний пристрій, який дозволяє передавати файли на карти пам'яті різних форматів. Вставляємо microSD у відповідне гніздо картридера. Приєднуємо картридер до ПК через роз'єм USB. Завантажуємо мелодії з ПК або записуємо на ПК за допомогою мікрофона, та програмного забезпечення. Копіюємо записані мелодії на microSD та контролюємо записані мелодії на microSD.

Перевірка працездатності годинника реального часу HW-111 12C modules

Модуль для підрахунку часу - секунди, хвилини, години. Дати - рік, місяць, число, день тижня. Модуль годинника реального часу (RTC) на базі мікросхеми DS1307. Батарейка CR2032 зберігає потрібні дані навіть при відключенні живлення. Як не працюватиме, зазначена червоним шрифтом функція, буде описано пізніше. Керується модуль через шину інтерфейсу I2C. На етапі тестування неможливо проаналізувати роботу цієї мікросхеми т.к. необхідно зібрати весь прилад АК.

Виведення символьної інформації на матричний модуль MAX7219

MAX7219 - це інтегральна схема від компанії Maxim Integrated, яка дозволяє керувати семисегментними дисплеями, світлодіодними матрицями та іншими подібними пристроями. Ось основні характеристики цього чіпа:

• Інтерфейс: SPI - легко підключається до мікроконтролерів, таких як Arduino. Підтримує до 64 світлодіодів (матриця 8x8) на одному чипі.
• Вбудований PWM-регулятор - регулювання яскравості.

Матричний модуль MAX7219 - це готова плата з чіпом MAX7219 та світлодіодною матрицею (зазвичай 8x8). Чіп MAX7219 управляється за протоколом SPI. Переваги:

• Простота підключення до Arduino.
• Масштабованість: можна підключати кілька модулів послідовно до восьми.
• Гнучкість: відображення символів, чисел та графіки.

Підключення модуля:

• VCC 5V
• GND MAX7219 підключається до GND DC 100V 10A
  
• DIN (Data In) - D11 на Arduino (Тут D6)
• CS (Chip Select) - D9 на Arduino (Тут D8)
• CLK (Clock) - D13 на Arduino (Тут D7)

Таблиця 1

На малюнку показані 3 каскадно розташовані плати модуля, замість 8-ми, для чіткішого відображення написів на платі. Контролер Arduino Pro Mini приєднується зліва до першої плати контактів CLK, CS, DIN, GND, Vcc. На протилежному боці плати контакти позначені як CLK, CS, DOUT, GND, Vcc. Якщо третій контакт на лівій стороні позначений як DIN - як вхід інформації з контролера, то праворуч плати позначений як вихід DOUT для подальшої передачі інформації на вхід DIN другої плати. Тобто. інформація рухатиметься зліва направо.

Модулі з магазину надійшли з розпаяними мікросхемами на платах та наборами гребінок по 5 контактів. Перша плата підключається до Arduino Pro Mini згідно з таблиці.

Кодування символів для матриці 8х8

Виробляв у Excel. У полі 8х8 таблиці Excel малював, наприклад, символ 1 у перевернутому вигляді зафарбовуючи його кольором, відмінним від табличного. У осередках намальованого символу проставляючи 1.

Вага кожного осередку визначалася за схемою - найвищі осередки - молодші розряди символу, найнижчі старші. Молодшому розряду відповідно надається вага 1, старшому 128. Стовпець кодувався за схемою, де J2, J3 …. J - ім'я стовпця, *1, *2… вага комірки помножена на вміст стовпця (0 або 1). Байт стовпця обчислюється за формулою J2*1+J3*2+J4*4+J5*8+J6*16+J7*32+J8*64+J9*128 Як видно перші 4 стовпці порожні, тому байти, що передаються - 4 х 8 нулів, інші байти будуть відповідно рівні 16, 32, 64, 255. У програмі даний символ описується як byte _1[8]={0, 0, 0, 0, 16, 32, 64, 255};

Принципова схема

Мікроконтролер (параметри вказані для чинного проекту)

• Мікроконтролер (МК): ATmega328
• Робоча напруга: 5В
• Цифрові входи/виходи: 14
• Аналогові входи: 8
• Максимальний струм одного контакту: 40 мА
• Flash-пам'ять: 16 КБ (з яких 2 КБ використовуються завантажувачем)
• SRAM: 1 КБ
• EEPROM: 512 байт
• Тактова частота: 16 МГц

Канал прошивки програми у flash-пам'ять Arduino Pro Mini йде ланцюжком:

• ПК (персональний комп'ютер)
• віртуальний USB-порт, що визначається середовищем IDE Arduino
• Програматор FT232BL конвертує послідовний USB-код у паралельний, зрозумілий вбудованому приймачу ATmega328 сигналами TXD, RXD. Імпульс DTR (старт-імпульс на прошивку) формується в програматорі FT232BL. Канали управління модулями MAX7219 проводиться за протоколом SPI, що формується програмно на наступних контактах Arduino Pro Mini

CS - вибір кристала, контакт 5.

DIN - інформація для запису в регістри мікросхеми MAX7219 (рядки/стовпці), контакт 6.

CLK - імпульси синхронізації запису інформації в зсувні регістри MAX7219, контакт 7.

Канал ODT - вхід, підтягнутий через 2,7 кОм до Vcc, підвищення від перешкод. Для запуску підпрограми видачі різної аудіо інформації на динамік АК.

Управління аудіо календарем (Tiny RTC 12C Modules) проводиться з використанням протоколу I²C

I²C - послідовна, асиметрична шина для зв'язку між інтегральними схемами всередині електронних приладів. Використовує дві двонаправлені лінії зв'язку SDA та SCL. Застосовується для з'єднання низькошвидкісних периферійних компонентів з мікроконтролерами. У цьому проекті SQL використовує канал - А5 МК, SDA - А4 МК.

Управління DFPlayer Mini

Здійснюється програмно через універсальний асинхронний приймач. У цьому проекті для керування DFPlayer Mini використовується програмний приймач, контакти 10 - RX, 11 - TX.

Вимоги до динаміка

Активний опір котушки дифузора >=8 Ом, потужність <=3 Ватта

Вимірювач DC 100V 10A

Функціонально роботу вимірювача DC 100V 10A можна описати так: Шунт вимірювача - мідна шина діаметром 2 мм, одним кінцем з'єднана із загальним блоком живлення, другим з GND АК. Живлення АК проводиться по ланцюжку Vcc > шунт > загальний блок живлення. Внаслідок малого опору шунта падіння напруги дуже мало і досягає кількох мілівольт. Високоточний АЦП через ключ К2 вимірює ці мілівольти та обчислює струм (Закон Ома) з подальшим запам'ятовуванням у ОЗУ DC. При вимірі Vcc розмикається ключ К2 і замикається К1. АЦП вимірює напругу на АК і запам'ятовує їх у ОЗУ DC. Мікроконтролер DC здійснює розрахунок споживаної потужності (P=U*I) і запам'ятовує їх у ОЗУ DC. Далі, протягом кількох секунд виробляється виведення інформації на індикатор. Далі цикл повторюється.

Встановлення та коригування час/дата АК

Встановлення часу та дати проводиться при першій прошивці програми. Календарні дані беруться із ПК. Виробник гарантує, що при відключенні живлення HW-111 12C modules, батарейка CR2032 зберігає потрібні дані, при відключенні живлення. Це має означати, наприклад, при відключення живлення, наприклад о 3 годині ночі, а відновлення відбулося о 6-й ранку, далі спостерігається правильний час. Живлення батареї зберігає поточні календарні дані регістрів HW-111 12C. Було придбано 10 зазначених модулів, і всі вони неправильно працювали. Наведена принципова схема HW-111 12C, де англійською чітко написано: щоб використовувати батарею CR2032, зніміть R5, D1, R4, R6, замініть R6 перемичкою (тобто безпосередньо з'єднати BAT1 з 3-м контактом VBAT DS1.

Дивно інше, чому виробник продовжує клепати неправильні схеми, а покупець за це розплачується. Дотримуючись цієї інструкції, модернізуємо схему, але покращення не відбувається. Знайшов старий акумулятор від фотоапарата, послідовно з'єднав із батареєю на 1,5 вольта і паралельно з'єднав із джерелом живлення 5 вольт. Ємності вистачало на 10 хвилин для оновлення прошивки та встановлення АК на робоче місце.

Посилання:

• Код