PIC 1000 - 1/1000 second Accuracy StopWatch

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CRONOMETRO MILLESIMALE con PIC16F887
(1/1000 seconds Accuracy Digital Stopwatch based on PICmicro 16F887)


Cronometro Millesimale con PIC - 1/1000 sec. StopWatch

INTRODUZIONE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nel 2013 avevo già progettato e costruito un Cronometro Millesimale a Display utilizzando esclusivamente circuiti integrati C/MOS (il progetto lo trovate in questa pagina).
L'anno successivo realizzai un altro Cronometro Millesimale a Microcontrollore con modulo LDC (il progetto lo trovate QUI).

In questa pagina descrivo la realizzazione di un Cronometro a Microcontrollore e Display a 7 segmenti, con misurazione fino a 20 ore !

Per questo progetto ho usato il PICmicro siglato PIC16F887 e si può notare come, rispetto alla versione C/MOS, i componenti utilizzati siano di gran lunga molto minori anche se le prestazioni del cronometro siano praticamente le stesse.

In questa pagina, dunque, troverete tutte le indicazioni per realizzare un perfetto e preciso Cronometro Millesimale.

LO SCHEMA ELETTRICO    [ TORNA ALL'INDICE ]

La figura successiva riporta lo schema elettrico completo del CRONOMETRO MILLESIMALE (cliccare sulla figura per ingrandirla).

Schematic diagram of 1/1000 PIC Stopwatch

Il circuito si compone di 2 parti ben distinte: la sezione MAIN (con un apposito PCB) e la sezione DISPLAY (anche questa con il suo PCB dedicato).

Il principio di funzionamento è molto semplice: una base dei tempi esterna (Clock), il più possibile affidabile e precisa, genera un segnale con frequenza pari a 1000 Hz (periodo = 0,001 sec. cioè 1 ms). Ogni impulso viene "conteggiato" dal Microcontrollore che, a sua volta, aggiorna il display ogni millisecondo.

Per vedere la lista riassuntiva dei componenti utilizzati, cliccare QUI.

LA SEZIONE MAIN    [ TORNA ALL'INDICE ]

Questa sezione gestisce la base dei tempi a 1000 Hz per il conteggio cronometrico e la frequenza di multiplexer per gli 8 Display. Inoltre, in questa sezione, sono presenti i comandi  START  ,  STOP  e  RESET   necessari per avviare e fermare il cronometro.

PIC Stopwatch Schematic diagram of MAIN section

Il segnale di Clock (base dei tempi) per il microcontrollore è stato ottenuto con un quarzo da 8192 kHz. Il circuito integrato U2 (M74HC4060B1 della STMicroelectronics) divide il segnale di clock per 8192 volte: in questo modo sul piedino 8 del micro (porta RB0/INT impostata come 'Input External Interrupt') ci sarà un'onda quadra di frequenza pari a 1000 Hz necessaria per il conteggio cronometrico. A livello di software, il Clock non fa altro che "forzare" la chiamata della Interrupt Service Rutine (ISR) ad ogni millisecondo.

La precisione del cronometro dipende quasi esclusivamente dalla buona qualità del quarzo e dai due condensatori C4 (ceramico, meglio se NPO) e CV1. Il trimmer capacitivo CV1 è utile per "correggere" eventuali piccole tolleranze del quarzo (utilizzare il trimmer Murata TZ03R300F169B00).

Nella foto successiva, la scheda MAIN realizzata dall'autore.

Scheda Cronometro millesimale con PIC microcontroller

LA SEZIONE DISPLAY    [ TORNA ALL'INDICE ]

Questa sezione ospita gli 8 display per la visualizzazione del tempo ed alcuni LED (tutti con ø3 mm) per simulare i punti separatori e quello per i decimali.

PIC Stopwatch Schematic diagram of DISPLAY section

I display a 7 segmenti sono del tipo HDN1131-O (Orange, Super-Red, Low Current), necessari per non sovraccaricare eccessivamente le uscite del micro: possono essere sostituiti con i modelli TDSR-1350 o HDSP-H101. In ogni segmento, quando acceso, scorre una corrente di circa 10 mA.

Display of PIC StopWatch 1/1000

Per le altre informazioni sui display, fare riferimento al seguente datasheet:

Il Display Siemens HDN1131-O

Le resistenze per i LED sono state calcolate per evitare un consumo eccessivo ma senza rinunciare alla loro luminosità.

Il LED Giallo DL6 segnala, con la sua accensione, che il cronometro ha già conteggiato 10 ore.

1/1000 Stopwatch Board of Display section

Ed ecco la foto della scheda display costruita dall'autore.

1/1000 Stopwatch Board of Display section

REALIZZAZIONE PRATICA    [ TORNA ALL'INDICE ]

Di seguito sono riportati i master (a doppia faccia), i piani di montaggio dei componenti (Components Layout) e le dimensioni delle due schede necessarie per la realizzazione del Cronometro Millesimale (Per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandite, con il tasto destro del mouse scegliere l'opzione 'Salva con Nome' oppure 'Salva immagine con Nome").

PIC 1000 Stopwatch - MAIN Bottom Master  PIC 1000 Stopwatch - MAIN Top Master  PIC 1000 Stopwatch - PCB Layout  PIC 1000 Stopwatch - PCB Dimensions

PIC 1000 Stopwatch - DISPLAY Bottom Master  PIC 1000 Stopwatch - DISPLAY Top Master  PIC 1000 Stopwatch - DISPLAY PCB Layout  PIC 1000 Stopwatch - DISPLAY PCB Dimensions

La scheda MAIN è predisposta per essere installata direttamente sul pannello frontale: per questo tipo di installazione devono essere utilizzati dei pulsanti (tactile-switch) da almeno 17 mm. di altezza e il quarzo in contenitore HC-49S. Anche il trimmer CV1 dovrebbe essere montato dal lato saldature per consentire facili ritocchi alla taratura senza smontare la scheda. Nel mio prototipo, anche la morsettiera per l'alimentazione è stata montata sul lato saldature come visibile nelle seguenti foto.

Chronometer 1/1000: PCB of Counter section   Chronometer 1/1000: MASTER of Counter section

Consiglio vivamente (anche se non necessario) di applicare allo stabilizzatore L7805CV un piccolo dissipatore o un'aletta di raffreddamento, specialmente se si alimenta il circuito con una tensione continua superiore ai 12-13 Vcc e lo si usa in maneira intensiva.

L7805 with heatsink

COLLEGAMENTI    [ TORNA ALL'INDICE ]

Per collegare tra loro le due schede sono necessari due cavetti a 10 vie (a passo 2.54).

Per utilizzare attuatori e/o comandi remoti per START e STOP, collegare dei cavetti in parallelo ai relativi pulsanti sulla scheda (meglio se con cavo schermato).

StopWatch 1/1000: wired

Il connettore System Reset (J1) è utile per inviare un eventuale RESET GENERALE alla scheda, ad es. in caso di malfunzionamenti: tuttavia difficilmente lo si dovrà utilizzare per cui consiglio di lasciare solo lo strip senza collegare nulla.

Il circuito va alimentato con una tensione stabilizzata compresa fra 9 e 12-13 Vcc (con almeno 200 mA di corrente erogabile) da collegare alla morsettiera siglata M1 (ATTENZIONE alla polarità).

L'assorbimento medio del circuito è inferiore ai 100 mA.

TARATURA (Calibration)    [ TORNA ALL'INDICE ]

La taratura si fa semplicemente agendo sul compensatore CV1 in modo tale da avere una frequenza stabile e precisa di valore pari a 8192000 Hz sul piedino 9 di U2: il tutto dovrebbe essere fatto con un frequenzimetro di precisione ed, ovviamente, dopo aver dato lo START al cronometro (consiglio di lasciare acceso lo strumento per 5 minuti prima di effettuare la taratura e ripetere quest'ultima almeno un paio di volte).

(NB - Se non si riesce a tarare la freqenza esatta, provare ridurre il valore di C4 portandolo anche fino a 10 pF)

SERIGRAFIA (Panel silk-screen printing)    [ TORNA ALL'INDICE ]

Le due schede sono state installate in un contenitore TEKO mod. Pult 364.8. Per poter installare le schede direttamente sul pannello frontale, è necessario montare i connettori M2 ed M3 della scheda MAIN sul lato saldature (se previsto, anche il connettore M4 per ICSP).

Il contenitore utilizzato dall'ìautore è abbastanza grande da poter ospitare anche un piccolo alimentatore da 9-12 Vcc ed un eventuale anche l'interruttore di accensione e/o la presa per il collegamento degli attuatori esterni.

Per questo contenitore ho realizzato un'apposita serigrafia visibile nelle immagini successive (Per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandite, con il tasto destro del mouse scegliere l'opzione 'Salva con Nome' oppure 'Salva immagine con Nome").

StopWatch 1/1000 - Panel holes   StopWatch 1/1000 - Panel Silk-screen

COMANDI e USO    [ TORNA ALL'INDICE ]


Il cronometro rileva tempi nel range compreso fra "0:00:00.000" e "9:59:59.999" e l'accensione del LED giallo DL6 (+10H) aggiunge altre 10 ore al conteggio.


L'uso del cronometro è molto semplice ed intuitivo e le istruzioni sono descritte nel seguente elenco.

  • All'accensione, dopo il TEST dei DISPLAY, il cronometro visualizza il valore '0:00:00.000'.
  • Per avviare il conteggio, premere il pulsante  START  .
  • Per fermare il conteggio (e leggere il tempo) premere il pulsante  STOP  .
  • Per far ripartire il conteggio, premere di nuovo il pulsante  START  e così via.
  • Per azzerare il Display, premere il pulsante  RESET  .
  • Quando il conteggio supera il valore ’9:59:59.999’ il LED Giallo si accende ed il cronometro continua ripartendo da zero ('0:00:00.000')

(N.B. - Durante il conteggio, la pressione del pulsante  RESET   ferma il cronometro e azzera il display).

Il cronometro può essere avviato anche da remoto per mezzo di attuatori da collegare in parallelo ai pulsanti: i loro contatti devono essere di tipo Normalmente Aperto (N.O. - Normally Open) e gli impulsi di comando sono inviati al cronometro quando i contatti degli stessi si chiudono.

COMMENTI    [ TORNA ALL'INDICE ]

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