Binome2019-11
Sommaire
Introduction
Le but de notre projet est de fabriquer une clé usb avec une fonctionnalité de mettre l'heure sur celle-ci, branché sur le port USB du PC, cette clé peut nous donner l'heure, pratique si votre PC est en pleine écran, pas besoin de sortir votre téléphone uniquement pour regarder l'heure. Cette clé usb est essentiel pour tous ceux qui travaille 24 heure sur 24 sur un ordinateur portable ou fixe, de jour comme de nuit.
Fonctionnalité et matériel utilisé
Fonctionalités de la clé :
- Capacité de la mémoire
- Vitesse de lecture (entre basse et haute vitesse)
Fonctionalités ajoutées :
- Affichage de l'heure
Matériel utilisé :
- Carte électronique USB et Horloge
- Micro-contrôleur AVR, ATMEGA328P pour l'horloge et ATMEGA16U2 pour la clé
- Une RTC (Real Time Clock)
- Mémoires
- Autre composants (résistances, condensateurs, transistor)
- Circuit de quartz FA
- Un afficheur 7 segments, 4 digits, pour l'horloge
Initiation aux logiciels
Pour nous familiariser avec les logiciels Fritzing et IDE Arduino, nous avons crée un dé, voici les composants pour la création de notre dé :
- ATtiny84 avec 14 pattes
- 7 leds vertes
- 7 résistances de 220 ohm de préférence
- une batterie et un bouton poussoir
Dans un temps, on a crée le schéma PCB de notre dé, puis nous avons relier les composants ensemble sur le schéma "circuit imprimé" dans le logiciel Fritzing. Voici le fichier .fzz : media:De_G11.zip
Ensuite, nous avons programmer notre ATtiny84 à l'aide de l'IDE Arduino, dans un premier temps, nous avons crée ce programme :
//Le port 0 correspond à la led 1
//Le port 1 correspond à la led 2
//Le port 2 correspond à la led 3
//Le port 3 correspond à la led 4
//Le port 4 correspond à la led 5
//Le port 5 correspond à la led 6
//Le port 6 correspond à la led 7
//Le port 9 correspond au bouton
//J'ai pris le chiffre des pattes de attiny84 non-alternative pinout comme vous avez dit
int led[7]={0,1,2,3,4,5,6};
int etat_btn=0;
BTN =9
const int etat_de[7][7]={ //Ici, les états que peut prendre notre dé en fonction du chiffre obtenu.
{LOW,LOW,LOW,LOW,LOW,LOW,LOW},
{LOW,LOW,LOW,HIGH,LOW,LOW,LOW},
{LOW,HIGH,LOW,LOW,LOW,LOW,HIGH},
{LOW,HIGH,LOW,HIGH,LOW,LOW,HIGH},
{HIGH,HIGH,LOW,LOW,LOW,HIGH,HIGH},
{HIGH,HIGH,LOW,HIGH,LOW,HIGH,HIGH},
{HIGH,HIGH,HIGH,LOW,HIGH,HIGH,HIGH},
};
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(led[0],OUTPUT); // On indique de les broches 10 à 3 peuvent recevoir du courant
pinMode(led[1],OUTPUT);
pinMode(led[2],OUTPUT);
pinMode(led[3],OUTPUT);
pinMode(led[4],OUTPUT);
pinMode(led[5],OUTPUT);
pinMode(led[6],OUTPUT);
pinMode(BTN,INPUT_PULLUP);
//randomSeed(analogRead(0)); //On initialise notre random
//Serial.begin(9600)
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
etat_btn = digitalRead(BTN);
if ( etat_btn == LOW ){ //On regarde si notre capteur (à la broche 3) est allumé : "low" puisque input_pullup inverse le mode input
int chiffre_de,i;
chiffre_de=random(1,7);
for(i=0;i<7;i++){
digitalWrite(led[i],etat_de[chiffre_de][i]);}} //On effectue les actions à faire pour les 7 leds
}
// Je n'ai pas mis de delay() puisque le programme marche seulement apres l'appui du btn
Ce code marche avec notre carte : media:Grp11de.mp4, afin d'aller plus loin, il y a certains bug à corriger dans ce code. Par exemple, lorsque qu'on appuie sans relâcher le bouton, un "6" s'affiche, le code n'est pas censé faire ça.
Création de notre clé usb
Nous avons repris la clé usb issue du fichier Media:cle_usb_bisv2.zip (On peut toujours changer si nécessaire)
Cependant, comment va t'on crée notre horloge?
On va faire un programme, avec un micro-controleur contrôlant un afficheur 7seg :
Schéma de base de notre circuit
Voici le matériel :
- 11 résistances
- afficheur 4 chiffres 7seg HDSP_B09G
- Micro-controleur ATmega328P Nous avons choisi ce modèle puisque nous avons besoin de beaucoup de broches (4+7 pour 7seg, puis plusieurs autres pour les autres fonctionnalité)
- transistor (à voir le modèle)
- Une RTC MCP79410
Or ce modèle est obsolète à l'heure actuelle, il manque énormément de composant mais ce schéma représente le début de nos travaux
Création du composant pour Fritzing
D'abord il faut crée le composant HDSP-B09G, notre afficheur 7 segments avec 12 pins, il faut recrée le schématique et le pcb à l'aide du logiciel Inkscape :
PCB : Ici, grâce au logiciel Inkscape, on a récrée le schéma pour le PCB en m'inspirant d'un composant 7 segments 4 digits de base, on a déplacé les disques de cuivres pour que celle-ci correspond avec le 7 segments 4 digit qu'on a choisi
Schématique : On l'a pas changé, on a gardé celui de base IC
Ensuite, on a relié les connexions, le fichier d'import du composant HDSP-B09G est disponible ici : Fichier:7seg hdsp b09g.zip
Pour les quartz, nous avons repris l'empreinte des quartz FA.
Finalement, pour notre RTC, un IC boîtier SO avec 8 pins suffit
Création du PCB sur fritzing
Nous avons suivi le premier schéma que nous avons crée, sauf nous avons rajouté :
- Le bon micro-contrôleur et afficheur 7seg Atmega328P avec les rajouts de composants supplémentaire (capacité, circuit quartz...)
- La RTC MCP79410, nous avons ajouté le circuit supplémentaire pour le bon fonctionnement de celle-ci :
Cependant il faut calculer la valeur de nos capacités aux bornes du quartz de 32.768 KHz, grâce aux données sur la datasheet fourni avec le composant, nous avons trouver la formule afin de calculer nos deux capacités :
Or, nous avons pas toute les données nécessaires afin de calculer les valeurs, donc en recherchant AN1519, “Recommended Crystals for Microchip Stand-Alone Real-Time Clock Calendar Devices”, nous avons trouvé les valeurs optimales des capacités aux bornes de notre quartz de la RTC, c'est-à-dire, C1 = 12pF et C2 = 10pF :
Nous avons aussi fait :
- L'ajout d'un ICSP pour programmer l'ATmega328P
- L'ajout d'une capacité de découplage aux borne du Vcc et une résistance de 10Kohm pour le reset
- L'ajout d'une batterie de secours dans la RTC afin quelle reste actif quand la clé n'est pas branché
Pour le routage du PCB, nous avons mis des fils de taille 16mil, puis nous avons optimisé au maximum notre pcb
Au final, voici notre pcb : Fichier:HorlogeG11v2.zip (Le fichier .fzz est dans le dossier compressé, ne pas renommer le .zip)
Programmation de notre horloge
La dernière étape de la création de notre horloge est la création du code pour que notre horloge fonctionne, c'est pour cela que nous avons ajouté un ICSP afin de programmer notre ATmega328P.
Après réflexion, voici les principales étapes de notre programme :
1. Déclaration des variables et fonctions pour notre code
2. Initialiser la RTC
3. Récupérer l'heure de la RTC
4. Décoder les données obtenu et envoyer chaque digits un par un vers l'afficheur 7 segments
Notre programme est disponible ici : Fichier:HorlogeG11code.zip
Codage en BCD
Tout d'abord, il faut comprendre les données reçus et envoyés par la RTC.
La RTC stocke l'heure dans différente adresses sous forme de codage BCD
Voici un exemple simple pour comprendre le codage bcd : le chiffre 45 vaut "0100 0101" en codage BCD ("0100" = 4 et "0101" = 5)
Il faut donc créer ou récupérer une fonction qui permet de coder un chiffre en bcd et inversement.
Bibliothèques Arduino
Il faut également récupérer une bibliothèque Arduino afin d'utiliser la RTC.
Nous avons trouvé une bibliothèque codée en Langage C : Fichier:Mcp79140.zip
Nous allons pouvoir exporter 2 fonctions essentiel pour utiliser notre RTC :
- La fonction mcp79410_set_date_time, cette fonction ne renvoie rien, elle écrit en codage bcd, la date dans les adresses de la RTC grâce à la fonction "i2c_write"
void mcp79410_set_date_time (uint8_t day, uint8_t mth, uint8_t year,uint8_t
dow,uint8_t hr, uint8_t min, uint8_t sec)
{
sec &= 0x7F;
hr &= 0x3F;
//TODO: check leap year and configure reg 5
i2c_start();
i2c_write(RTC_WRITE_CONTROL); // I2C write address
i2c_write(0x00); // Start at REG 0 - Seconds
i2c_write(int2bcd(sec) | 0x80); // REG 0
i2c_write(int2bcd(min)); // REG 1
i2c_write(int2bcd(hr)); // REG 2
i2c_write(int2bcd(dow) | 0x38); // REG 3
i2c_write(int2bcd(day)); // REG 4
i2c_write(int2bcd(mth)); // REG 5
i2c_write(int2bcd(year)); // REG 6
//i2c_write(0x43); // REG 7 - 32.768 KHz Square Output
i2c_write(0x40);
i2c_stop();
}
- La fonction mcp_get_time, cette fonction ne renvoie rien, elle lit les données aux adresse de stockage du temps de la RTC grâce à la fonction "i2c_read" et stocke ces données dans le pointeur structure en paramètre.
void mcp79410_get_time (rtc_t* mcp_rtc)
{
i2c_start();
i2c_write(RTC_WRITE_CONTROL);
i2c_write(0x00); // Start at REG 0 - Seconds
i2c_start();
i2c_write(RTC_READ_CONTROL);
mcp_rtc->sec = bcd2int(i2c_read() & 0x7f);
mcp_rtc->min = bcd2int(i2c_read() & 0x7f);
mcp_rtc->hour = bcd2int(i2c_read(0) & 0x3f);
i2c_stop();
}
On remarque que cette bibliothèque utilise des fonctions int2bcd et bcd2int permettant de faire le décodage et codage en bcd, du coup on les exporte également :
uint8_t int2bcd(uint8_t int_value)
{
return ((int_value / 10) << 4) | (int_value % 10);
}
uint8_t bcd2int(uint8_t bcd_value)
{
return (bcd_value >> 4)*10 + (bcd_value & 0x0F);
}
On remarque que ces fonctions utilisent la bibliothèque "i2cmaster.h", on avons trouvé une bibliothèque de ce genre ici : Fichier:I2cmaster.zip, cette bibliothèque permet d’utiliser notamment fonctions i2c_read et i2c_write, d'une façon générale, cette bibliothèque possèdes des fonctions permettant de communiquer avec les micro-contrôleurs sur les bus I2C.
Note : Après compilation de notre programme sur Arduino IDE, il y a quelques "warning" sur les fonctions de la bibliothèque "i2cmaster.h" et quelques erreurs de code sur "mcp79410.h"
Déclaration des variables
D'abord nous avons rassembler les numéros pins de l'ATmega328P correspondant aux leds et aux digits de l'afficheur 7 segments dans 2 tableaux d'entiers :
const int pinLed[8]={1,3,6,8,9,2,5,7}; //{A,B,C,D,E,F,G,DP}
const int pinDigit[4]={0,14,15,4};//{dig1,dig2,dig3,dig4}
Puis nous avons défini un tableau bidimensionel contenant soit HIGH ou LOW permettant d'allumer certaines leds ou non selon le chiffre voulu, pourquoi faire ceci? Ceci nous permet de gagner énormément de temps d'écriture et de place de notre code, cela rend le code bien lisible, et ce système est déjà utilisé lors de la programmation du dé électronique.
const int afficheLed[10][8]={ //{A,B,C,D,E,F,G,DP}
{HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,LOW,LOW},
{LOW,HIGH,HIGH,LOW,LOW,LOW,LOW,LOW},
{HIGH,HIGH,LOW,HIGH,HIGH,LOW,LOW,LOW},
{HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,LOW,LOW,HIGH,LOW},
{LOW,HIGH,HIGH,LOW,LOW,HIGH,HIGH,LOW},
{HIGH,LOW,HIGH,HIGH,LOW,HIGH,HIGH,LOW},
{HIGH,LOW,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,LOW},
{HIGH,HIGH,HIGH,LOW,LOW,LOW,LOW,LOW},
{HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,LOW},
{HIGH,HIGH,HIGH,HIGH,LOW,HIGH,HIGH,LOW}};
Et finalement les variables des secondes, minutes... jusqu’à l'année, un tableau d'entier et un pointeur sur structure qui vont recevoir les données des minutes et des heures, puis deux variables i et j, qui sont des compteurs :
int i,j; uint8_t sec,minutes,heures,JdS,jour,mois,annee; uint8_t valeur[4]; rtc_t *mcp_value;
(Le type "rtc_t" est défini dans "mcp79410.h")
Dans la fonction SETUP
Dans cette fonction, nous allons initialiser l'heure manuellement (dans le code ci-dessus la date qui correspond à Mercredi 13 mai 2020, 23h18 et 23 secondes), puis nous autorisons les pins de l'ATmega328P à recevoir du courant :
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
for(i=0;i<8;i++){pinMode(pinLed[i],OUTPUT);}
for(i=0;i<4;i++){pinMode(pinDigit[i],OUTPUT);}
//Serial.begin(9600);
sec = 23;
minutes = 18;
heures = 23;
JdS = 3;
jour = 13
mois = 5;
annee = 2020;
mcp79410_set_date_time (day,mth,year,wd,hour,minu,sec);
}
Dans la fonction LOOP
La fonction Loop, est la fonction qui se répète en boucle, c'est ici qu'on va programmer l'essentiel pour faire fonctionner notre horloge.
Le principe est simple, notre code consiste à allumer un digit et d'y envoyer un chiffre pendant un très court instant, ensuite on passe au deuxième, au troisième et enfin au quatrième, et on recommence l'opération en boucle tout en lisant l'heure de la RTC à chaque début de boucle. En effet, si le digit clignote avec une fréquence très élevée, notre œil ne pourra pas remarquer le clignotement de ce dernier. L'horloge apparaîtra donc fixe à nos yeux.
Dans un premier temps, on récupère l'heure actuelle grâce à la fonction "mcp79410_get_time", l'heure ainsi obtenu sera stockée dans la structure "mcp_value" définie précédemment. En réalité, mcp_value est un pointeur qui pointe vers une structure, du coup on utilise "->" afin de parcourir les différentes constantes dans cette structure. A la fin de cette étape nous avons les minutes dans "mcp_value->min" puis l'heure dans "mcp_value->hour", il faut donc décomposer ces nombres en chiffre pour les envoyer dans l'afficheur 7seg. Pour ce faire, rien de plus simple, pour avoir les dixièmes de minutes, on divise notre nombre par 10, comme on fait une division sur 2 entiers, la division va nous renvoyer une division entière. Pour avoir l'autre chiffre, on fait tout simplement le module des minutes. Même étape pour l’heure. Ces valeurs sont rangées dans le tableau "valeur" allant de 0 à 3. Pour finir, on va écrire les chiffres du tableau valeur dans l'afficheur 7seg. Pour ce faire :
- on fait une boucle à 4 répétitions nommée "i" (car 4 digits),
- on envoie du courant sur les pins de l'ATmega328P reliés aux digits de l'afficheur 7seg,
- on initialise une autre boucle à 8 répétitions nommée "j" (car 8 leds à allumer potentiellement)
- on envoie du courant (ou pas) sur les pins de l'Atmega328P reliés aux leds de l'afficheur 7seg selon le chiffre voulu (fin de la boucle j)
- on éteint le digit (fin de la boucle i) (On pourrait ajouter un très léger délai)
Voici donc le code en question, cependant le code n'est pas encore testé, il est probable que ce dernier présente une erreur non-corrigible par la compilation.
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
mcp79410_get_time (mcp_value);
valeur[0] = (mcp_value->min)%10;
valeur[1] = (mcp_value->min)/10;
valeur[2] = (mcp_value->hour)%10;
valeur[3] = (mcp_value->hour)/10; //On décompose nos valeur obtenu pour avoir des chiffres
for(i=0;i<4;i++)
{
digitalWrite(pinDigit[i],HIGH); //Le digit i est allumé
for(j=0;j<9;j++)
{
digitalWrite(pinLed[i],afficheLed[valeur[0]][i]);
}
digitalWrite(pinDigit[i],LOW); //On éteint le digit i
}
