描述

最近我偶然發(fā)現(xiàn)了Lexon Flip Travel Reversible LCD 鬧鐘。這讓我想知道一個時鐘總是以相同的方向顯示時間，無論時鐘本身處于什么方向。我決定在基本上是一個立方體的情況下使用 8x8 矩陣作為顯示器。

因為 8x8 LED 矩陣無法將完整的時間顯示為文本，所以文本需要滾動。我決定使用水銀開關(guān)來確定立方體的方向，因為與 MPU-6050 6 軸加速度計/陀螺儀等 MEMS 單元（微機電系統(tǒng)）相比，它們體積小且相對便宜。

設(shè)定時間

使用三個按鈕配置時鐘。它們是 SET、UP 和 DOWN。SET 按鈕將逐步執(zhí)行以下模式：

時間/日期

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時鐘可以只滾動時間或同時滾動時間和日期。日期可以配置為顯示為 DMY 或 MDY 格式。UP 和 DOWN 按鈕在每個選項之間切換。

12小時/24小時

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時鐘支持 12 小時和 24 小時時間格式。UP 和 DOWN 按鈕在每個選項之間切換。

字體

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時鐘可以使用 3x5 字體或 5x7 字體顯示從右到左滾動的時間。它還可以使用 5x7 字體從下到上滾動時間。UP 和 DOWN 按鈕在每個選項之間切換。

亮度

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有 8 級亮度。UP 和 DOWN 按鈕在每個級別之間切換。亮度設(shè)置立即生效，讓您判斷您想要的顯示器有多亮。

小時/分鐘

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即使時鐘配置為以 12 小時格式顯示時間，當前時間也會輸入為 24 小時制。當顯示 HOURS 時，UP 和 DOWN 按鈕在 0 和 23 之間更改小時。按下 SET 按鈕將切換到 MINUTES 顯示。UP 和 DOWN 按鈕在 0 和 59 之間更改分鐘。UP 和 DOWN 按鈕具有自動重復功能，按住它們的時間越長，數(shù)字分別向上或向下計數(shù)的速度越快。

再次按下 SET 按鈕將設(shè)置時間并使顯示返回滾動時間。

這個怎么運作

時鐘使用水銀開關(guān)來確定其方向。

Mercury 開關(guān)配置為 NW、NE、SE 和 SW 方向

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該圖顯示了 PCB 上四個水銀開關(guān)的配置。當立方體直立時，所有水銀開關(guān)都關(guān)閉。將時鐘順時針旋轉(zhuǎn) 90 度將打開 NE 和 SW 開關(guān)。再次將時鐘順時針旋轉(zhuǎn) 90 度將打開所有水銀開關(guān)，最后將時鐘再次順時針旋轉(zhuǎn) 90 度將打開 NW 和 SE 開關(guān)。

根據(jù)水銀開關(guān)的狀態(tài)，可以確定立方體的方向，并根據(jù)軟件調(diào)整顯示。

示意圖

該電路是圍繞 ATtiny1614 微處理器設(shè)計的。它使用 DS1307 實時時鐘來保持時間，即使電源已斷開。8x8 LED 矩陣由 MAX7219 LED 矩陣驅(qū)動模塊控制。

立方體時鐘示意圖

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MAX7219 8x8 LED矩陣模塊

MAX7219 8x8 LED 矩陣模塊有多種變體。雖然它們都以相同的方式執(zhí)行，但它們的引腳分配有很大不同。

MAX7219 8x8 LED 矩陣模塊均具有不同的引出線

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PCB 設(shè)計用于最右側(cè)的布局。

3D打印

包括 STL 文件。將這些帶到 3D 打印店，或者如果您有自己的打印機，請通過切片軟件運行它們。我使用了 0.2 毫米的層高。

印刷電路板

為了最大限度地減少所需空間，該板已設(shè)計為盡可能使用表面貼裝器件 (SMD)。

大部分元件使用SMD元件

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如果您希望將電路板商業(yè)化，或者您可以像我一樣自己制作，Eagle 文件已包含在內(nèi)。我使用了碳粉方法。

組裝 - 步驟 1

首先添加 SMD 組件。我發(fā)現(xiàn)在焊接 SMD 元件時使用焊膏比使用卷盤中的焊料更容易。

如果您使用的是單面板，請?zhí)砑渔溄?/font>

添加 SMD 組件和鏈接

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組裝 - 第 2 步

添加將安裝電池的 UPDI 編程引腳接頭和兩個 Veroboard 引腳。

添加排針和電池接線柱

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組裝 - 第 3 步

將水銀開關(guān)和水晶添加到 PCB 的頂部。

添加顯示板時，粘貼其中一個 3D 打印支架以保護水銀開關(guān)。

添加水銀開關(guān)、水晶和顯示支持

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組裝 - 第 4 步

添加 LED 矩陣模塊。

將按鈕頂部粘到按鈕上，確保膠水不會順著軸流下并進入開關(guān)。干燥后，將開關(guān)焊接到電路板的銅側(cè)。先做中間開關(guān)，再做外側(cè)開關(guān)。

添加矩陣模塊和開關(guān)

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組裝 - 步驟 5

將一些包裝粘到 SMD 電池座的底部。將 Veroboard 引腳切割到正確的高度并焊接在電池座上。

將電池座焊接到 Veroboard 引腳上

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組裝 - 步驟 6

在將電線焊接到它并將其固定到外殼上之前，您需要將 DC 面板插座上的引腳剪短。板上有兩個 SMD 焊盤，用于將電線的另一端焊接到。確保極性正確。

添加 DC Panel 插座并連接到 PCB

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組裝 - 步驟 7

ATtiny1614 是新一代 ATtiny 微處理器的一部分。與 ATtiny85 等早期系列不同，新品種使用 RESET 引腳對 CPU 進行編程。要對其進行編程，您需要一個 UPDI 程序員。我用 Arduino Nano 做了一個。您可以在Create Your Own UPDI Programmer中找到完整的構(gòu)建說明。它還包含將 megaTinyCore 板添加到 IDE 的說明。

連接UPDI程序員并上傳sketch

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連接 UPDI 編程器

在 IDE 中安裝板后，從“工具”菜單中選擇它。

選擇板、芯片(ATtiny1614)、時鐘速度(16MHz) 和Arduino Nano 連接的COM 端口。

Programmer 需要設(shè)置為jtag2updi (megaTinyCore) 。

打開草圖并將其上傳到 ATtiny1614。

結(jié)論

當我寫這個項目時，我意識到只需要兩個水銀開關(guān)。只要它們彼此成 90 度，相對于立方體的邊緣成 45 度，就可以確定立方體的方向。