一個軟硬體開源的低功耗時鐘計畫

2024-06-18碼農

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這是一款基於 AVR128DA48 的超低功耗 LCD 時鐘，能夠使用 CR2032 紐扣電池或太陽能電池執行三年以上：

它使用 AVR128DA48 的片上溫度傳感器，用 ADC 讀取其自身的電源電壓。還有一個 I2C 介面，你可以連線一個外部傳感器，如濕度傳感器。

介紹

盡管LCD液晶顯示是相對較舊的技術，但與新型顯視器相比，它們仍具有多項優勢，包括低功耗、低成本和可讀性。

1.硬體電路

LCD 時鐘的電路：

基於 AVR128DA48微控制器

LCD顯示

LCD顯視器為四位七段靜態LCD，40引腳，可顯示溫濕度，LCD 顯視器安裝在電路板的正面，元件在背面。

MCU處理器

該處理器是采用 TQFP-48 封裝的 AVR128DA48，但該 PCB 可與一系列其他 48 引腳處理器配合使用，比如選擇記憶體容量更低、價格更低的一些MCU代替。

電池（電源）

這裏采用CR2032 或類似電池為其供電，或者使用太陽能電池，附加超級電容來供電：

為方便擴充套件，這裏添加了I2C介面，這裏可以添加溫濕度傳感器，或者其他I2C從裝置。

源碼

這裏先分享一些主要源碼內容，最後提供源碼連結。

1.IO配置

voidPortSetup () {for (int p=0; p<4; p++) Digit[p]->DIR = 0xFF; // All pins outputs PORTE.DIR = PIN0_bm | PIN1_bm; // COMs outputs, PE0 and PE1 PORTF.DIR = PIN5_bm | PIN4_bm; // 1A, colon}

2.時鐘

這裏節省成本，並非使用時鐘芯片或模組，用微控制器定時器計數實作時鐘的功能。

利用定時器中斷實作時鐘計數、更新：

ISR(RTC_PIT_vect) {staticuint8_t cycles = 0;staticunsignedlong halfsecs; RTC.PITINTFLAGS = RTC_PI_bm; // Clear interrupt flag// Toggle segmentsfor (int p=0; p<4; p++) Digit[p]->OUTTGL = 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 < 32) return; cycles = 0;// Update time halfsecs = (halfsecs+1) % 172800; // 24 hoursuint8_t ticks = halfsecs % 120; // Half-second ticksif (MinsButton()) halfsecs = ((halfsecs/7200)*60 + (halfsecs/120 + 1)%60)*120;if (HoursButton()) halfsecs = halfsecs + 7200;if (MinsButton() || HoursButton() || ticks < 108) DisplayTime(halfsecs);elseif (ticks == 108) DisplayVoltage();elseif (ticks == 114) DisplayTemp();}

3.顯示時間

LCD顯示部份就LCD有關:

voidDisplayTime(unsignedlong halfsecs){uint8_t minutes = (halfsecs / 120) % 60;#ifdef TWELVEHOURuint8_t hours = (halfsecs / 7200) % 12 + 1;#elseuint8_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)<<4; // Toggle colon at 1Hz PORTF.OUT = (units>>1 & PIN5_bm) | colon;}

4.ADC采集溫度

這都是操作寄存器實作的功能：

voidDisplayVoltage(){ ADC0.MUXPOS = ADC_MUXPOS_DACREF0_gc; // Measure DACREF0 ADC0.CTRLA = ADC_ENABLE_bm; // Single, 12-bit, left adjusted ADC0.COMMAND = ADC_STCONV_bm; // Start conversionwhile (ADC0.COMMAND & ADC_STCONV_bm); // Wait for completionuint16_t adc_reading = ADC0.RES; // ADC conversion resultuint16_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}