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La Grosse Horloge

1) Présentation

1-1) Version 1 - 2012

Attention ! Les LED bleues utilisées sont caractérisées par une très grande intensité lumineuse.
Il ne faut donc mettre un cache sur cette première version de la Grosse Horloge, afin de ne pas être ébloui, de faire diffuser la lumière, et, surtout, de ne pas se brûler les rétines en regardant l'objet !

Cette première version de la Grosse Horloge est équipée, en plus des élements nécessaires à l'affichage de l'heure, de deux capteurs de température.

2) Réalisation

2-1) Version 1 - 2012

2-1-1) Schémas électroniques

Alimentation

La Grosse Horloge, version 1, est prévue pour être alimentée par deux sources distinctes, qui délivrent 12 V continus.
Ces deux sources peuvent ne pas être utilisées simultanément. Cependant, l'alimentation est conçue sur le principe d'avoir une alimentation principale et une alimentation de secours.
La première source pourrait être l'alimentation redressée issue d'un bloc secteur, délivrant 12 V.
La deuxième source serait alors une batterie de 12 V, qui viendrait secourir l'alimentation principale, en cas d'abscence de celle-ci.

La tension issue de la source d'alimentation principale est atténuée par un pont redresseur formé par R59 et R60, et limitée à + 5,6 V par la diode zéner D6.
Cette tension est fournie à une des broches d'entrées - sorties du microcontrôleur qui gère l'appareil.
Il lui est donc possible d'allumer en permanence l'horloge lorsque celle-ci est alimentée par la source d'alimentation principale, et de ne l'allumer que lorsque cela est nécéssaire, quand elle est sur l'alimentation secondaire.

Deux diodes, D4 et D5, permettent de choisir la tension la plus positive des deux alimentations. Cette tension, abaissée par la chute de tension inhérente au passage dans l'une ou l'autre des diodes, sera ainsi fournie en entrée du montage régulateur, stabilisé à + 5 V, construit à l'aide d'IC3 et de ses condensateurs de découplages.

Affichage

L'affichage requiert de pouvoir piloter:

• 4 fois 7 segments, constitués de 3 LED chacuns, pour les symboles, incluant les caractères spéciaux non numériques, tels que « - » ou « ° », et les chiffres, de « 0 » à « 9 »,
• 60 LED, pour la matérialisation des secondes,
• 12 LED, pour le repérage des secondes,
• 3 LED, pour permettre l'affichage des symboles « . », « , », et « : ».

Le nombre d'entrées - sorties disponibles sur tout bon microcontrôleur de taille « raisonnable » ne permet pas de relier chaque LED à une broche d'entrée - sortie.
Un multiplexage a donc été adopté.
Cela consiste, à chaque instant, à n'allumer qu'une partie des LED de l'horloge, en ne raccordant leurs cathodes et leurs anodes simultanément aux pôles de l'alimentation que pendant une partie du temps.
Le principe du multiplexage temporel repose sur la persistance rétinienne de nos yeux, qui fait que, si la succession des allumages et des extinctions se font suffisament rapidement, les yeux auront l'impression que toutes les LED sont alumées simultanément.
Dans le cas présent, les LED des symboles, ainsi que celles associées à la matérialisation et au repérage des secondes, sont séparées en quatre groupes. Ces groupes sont formés chacuns d'un quart du cercle des secondes, et d'un des symboles.

Phase 1	Phase 2	Phase 3	Phase 4

L'affichage apparait moins lumineux que pour chaque phase, car les LED des éléments d'affichages sont sollicitées pendant 1 / 4 du temps pour la Grosse Horloge.

Les anodes des LED multiplexées sont alimentées par des transitors de type NPN.
Les bases de ces transistors sont pilotées par le microcontrôleur, après une adaptation de niveau de 0 V / + 5 V à 0 V / + 12 V, effectuée par des amplificateurs opérationnels, contenus dans IC2, un LM324.

Les cathodes des LED sont pilotées par les broches associées du microcontrôleur, par l'intermédiaire de transitors qui sont également de type NPN.

Les 3 LED qui permettent l'affichage des symboles « . », « , », et « : », ne sont pas multiplexées.

Elles sont connectées à 3 broches d'un expanseur de port.

Expanseur de port

Un expanseur de port, piloté par un bus I2C, repéré IC4, et de référence PCF8574, est utilisé.
Il permet au microcontrôleur de lire l'état des 3 boutons - poussiors de l'horloge, de modifier l'état des 3 LED citées précedemment, et de commander une entrée - sortie auxiliaire. L'expanseur n'utilisant que deux broches du micfrocontrôleur pour la liaison I2C, et une broche d'interruption.
Ces 3 broches sont partagées avec l'horloge temps réel, associée au diviseur de fréquence.

La broche d'iterruption est initialement à un. Elle passe à zéro lorsqu'une au moins des entrées - sorties a changé d'état, depuis la dernière fois que le circuit intégré a été interrogé.

L'entrée - sortie auxiliaire peut être raccordée à un relais, pour commander la mise en fonction d'un appareil, ou d'une sonnerie.

Cela peut aussi bien être une entrée supplémentaire, pour ajouter un quatrième bouton - poussoir à l'ensemble.

Horloge temps réel

Le comptage du temps est confié à une horloge temps réel. Ces composants sont des circuit intégré spécialisé, qui compte les heures, les minutes et les secondes, mais aussi, pour la majorité d'entre eux, les jours, les mois, et les années. Certains offrent aussi des fonctions de calendrier et de réveil.

Le composant utilisé dans l'application présente est le DS3232, fabriqué par MAXIM IC.

La datasheet de l'horloge temps réel « DS3232 » :

 http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS3232.pdf.

Ce composant dispose d'un oscillateur intégré, de type « MEMS » , ce qui permet de se passer d'un quartz, et de ses habituelles capacités nécéssaires pour pouvoir le charger et le faire osciller.
Il intègre également un calendrier et peut ainsi fournir le numéro du jour de la semaine qui correspond à la date pour laquelle ils a été réglé.
Les données concernant le réglage du circuit et les paramètres de la date et de l'heure sont accessibles grâce à une liaison I2C.
Une broche délivre un signal à 32 768 Hz. Ce signal est utilisé par l'appareil pour compter le temps.
Une source d'alimentation eacute;lectrique de secours peut lui être associée, assurant une sauvegarde de l'heure même lorsque le reste de l'horloge est mis hors tension.
Pour le projet, les informations de date et d'heure sont secourues par deux piles rondes, de type « AAA » , mais il est également possible d'utiliser une seule pile bouton, ou encore, une batterie ou une super capacité.

Diviseur

Le signal de 32 768 Hz fourni par l'horloge temps réel est divisé 14 fois par 2 par le circuit intégré IC5, qui porte la référence CD4060.
A sa sortie, un signal de fréquence 2 Hz est présent.

Les capteurs de température utilisés sont des TMP100, fabriqués par TEXAS INSTRUMENTS.
Ils effectuent la conversion de la température en une valeur numérique.
Ils possèdent donc une sortie numérique, qui est interrogeable par un bus de type I2C.

Microcontrôleur

Le microcontrôleur utilisé est IC1, un PIC18F4550, produit par MICROCHIP.
Le connecteur J9, à 5 broches, permet de le programmer à l'aide d'un appareil tel qu'un PICKIT2 ou un PICKIT3.
Il gère l'affichage et la communication avec les périphériques du bus I2C.
Cela lui permet de connaître le mode de fonctionnement à donner à l'horloge.
Lors de la mise sous tension, il interroge l'horloge temps réel pour connaître la date et l'heure. Puis, il compte le temps au rythme des fronts montants du signal à 2 Hz, dont l'obtention est décrite plus haut. en cas de réglage de la date et de l'heure par l'utilisateur, il met à jour les informations de l'horloge temps réel. Cela permet de retrouver des valeurs correctes à la prochaine remise sous tension, à condition que l'horloge temps réel ait une pile ou une batterie de sauvegarde.
Afin de limiter le nombre de broches utilisées, une seule broche d'interruption sert au prédiviseur et à l'expanseur de ports.
Les diodes D2 et D3, ainsi que la résitance de pull-up R52 réalisent un « ET Câblé », qui impose un zéro logique si le signal à 2 Hz passe à zéro ou si la broche d'interruption de l'expanseur de ports passe à zéro. Dans ce cas, une autre broche du microcontrôleu passe à zéro, ce qui lui permet d'identifier la source de l'interruption, et d'agir en conséquence.
Il dispose également de l'information qui permet d'identifier la source d'alimentation du dispositif.

2-1-2) Typons

La Grosse Horloge, version 1 : Gros Schémas électroniques, et Gros Typons
Logiciel de dessin : EAGLE 6.4.0
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2-1-3) Codes sources

La Grosse Horloge, version 1 : Gros Fichiers C
Cible : PIC18F4550
Compilateur : MCC18
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3) Sujets associés

La Grosse Horloge est un système d'affichage à LED.
Elle inclus, en plus, deux capteurs de température.

• Afficheurs à LED : Circuits de pilotage,
• Les expanseurs de port I2C.