/elec/propeller-clock

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  • Committer: edam
  • Date: 2011-11-04 00:49:57 UTC
  • Revision ID: edam@waxworlds.org-20111104004957-6lv2138atk3y3519
added electronics info and (unfinished) scematic and changed Notes to
be a text file

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
src/propeller-clock.pde
1
 
/*
2
 
 * propeller-clock.pde
3
 
 *
4
 
 * Copyright (C) 2011 Tim Marston <edam@waxworlds.org>
5
 
 *
6
 
 * This file is part of propeller-clock (hereafter referred to as "this
7
 
 * program"). See http://ed.am/software/arduino/propeller-clock for more
8
 
 * information.
9
 
 *
10
 
 * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
11
 
 * it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published
12
 
 * by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
13
 
 * (at your option) any later version.
14
 
 *
15
 
 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
16
 
 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17
 
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
18
 
 * GNU Lesser General Public License for more details.
19
 
 *
20
 
 * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
21
 
 * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
22
 
 */
23
 
 
24
 
/******************************************************************************
25
 
 
26
 
Set up:
27
 
 
28
 
 * a PC fan is wired up to a 12V power supply
29
 
 
30
 
 * the fan's SENSE (tachiometer) pin connected to pin 2 on the
31
 
   arduino.
32
 
 
33
 
 * the pins 4 to 13 on the arduino should directly drive an LED (the
34
 
   LED on pin 4 is in the centre of the clock face and the LED on pin
35
 
   13 is at the outside.
36
 
 
37
 
 * if a longer hand (and a larger clock face) is desired, pin 4 can be
38
 
   used to indirectly drive (via a MOSFET) multiple LEDs which turn on
39
 
   and off in unison in the centre of the clock.
40
 
 
41
 
 * a button should be attached to pin 3 that grounds it when pressed.
42
 
 
43
 
Implementation details:
44
 
 
45
 
 * for a schematic, see project/propeller-clock.sch.
46
 
 
47
 
 * the timing of the drawing of the clock face is recalculated with
48
 
   every rotation of the propeller.
49
 
    
50
 
 * a PC fan actually sends 2 tachiometer pulses per revolution, so the
51
 
   software skips every other one. This means that the clock may
52
 
   appear upside-down if started with the propeller in the wrong
53
 
   position. You will need to experiment to dicsover the position that
54
 
   the propeller must be in when starting the clock.
55
 
    
56
 
Usage instructions:
57
 
 
58
 
 * pressing the button cycles between variations of the current
59
 
   display mode.
60
 
  
61
 
 * pressing and holding the button for a second cycles between display
62
 
   modes (e.g., analogue and digital).
63
 
 
64
 
 * pressing and holding the button for 5 seconds enters "time set"
65
 
   mode. In this mode, the following applies:
66
 
    - the field that is being set flashes
67
 
    - pressing the button increments the field currently being set
68
 
    - pressing and holding the button for a second cycles through the
69
 
      fields that can be set
70
 
    - press and holding the button for 5 seconds to finish
71
 
 
72
 
******************************************************************************/
73
 
 
74
 
 
75
 
#include <Bounce.h>
76
 
 
77
 
//_____________________________________________________________________________
78
 
//                                                                         data
79
 
 
80
 
 
81
 
// when non-zero, the time (in microseconds) of a new fan pulse that
82
 
// has just occurred, which means that segment drawing needs to be
83
 
// restarted
84
 
static unsigned long new_pulse_at = 0;
85
 
 
86
 
// the time (in microseconds) when the last fan pulse occurred
87
 
static unsigned long last_pulse_at = 0;
88
 
 
89
 
// duration (in microseconds) that a segment should be displayed
90
 
static unsigned long segment_step = 0;
91
 
 
92
 
// remainder after divisor and a tally of the remainders for each segment
93
 
static unsigned long segment_step_sub_step = 0;
94
 
static unsigned long segment_step_sub = 0;
95
 
 
96
 
// flag to indicate that the drawing mode should be cycled to the next one
97
 
static bool inc_draw_mode = false;
98
 
 
99
 
// a bounce-managed button
100
 
static Bounce button( 3, 5 );
101
 
 
102
 
// the time
103
 
static int time_hours = 0;
104
 
static int time_minutes = 0;
105
 
static int time_seconds = 0;
106
 
 
107
 
// number of segments in a full display (rotation) is 60 (one per
108
 
// second) times the desired number of sub-divisions of a second
109
 
#define NUM_SECOND_SEGMENTS 5
110
 
#define NUM_SEGMENTS ( 60 * NUM_SECOND_SEGMENTS )
111
 
 
112
 
//_____________________________________________________________________________
113
 
//                                                                         code
114
 
 
115
 
 
116
 
// check for button presses
117
 
void checkButtons()
118
 
{
119
 
        // update buttons
120
 
        button.update();
121
 
 
122
 
        // notice button presses
123
 
        if( button.risingEdge() )
124
 
                inc_draw_mode = true;
125
 
}
126
 
 
127
 
 
128
 
// keep track of time
129
 
void trackTime()
130
 
{
131
 
        // previous time and any carried-over milliseconds
132
 
        static unsigned long last_time = millis();
133
 
        static unsigned long carry = 0;
134
 
 
135
 
        // how many milliseonds have elapsed since we last checked?
136
 
        unsigned long next_time = millis();
137
 
        unsigned long delta = next_time - last_time + carry;
138
 
 
139
 
        // update the previous time and carried-over milliseconds
140
 
        last_time = next_time;
141
 
        carry = delta % 1000;
142
 
 
143
 
        // add the seconds that have passed to the time
144
 
        time_seconds += delta / 1000;
145
 
        while( time_seconds >= 60 ) {
146
 
                time_seconds -= 60;
147
 
                time_minutes++;
148
 
                if( time_minutes >= 60 ) {
149
 
                        time_minutes -= 60;
150
 
                        time_hours++;
151
 
                        if( time_hours >= 24 )
152
 
                                time_hours -= 24;
153
 
                }
154
 
        }
155
 
}
156
 
 
157
 
 
158
 
// draw a segment for the test display
159
 
void drawNextSegment_test( bool reset )
160
 
{
161
 
        // keep track of segment
162
 
        static unsigned int segment = 0;
163
 
        if( reset ) segment = 0;
164
 
        segment++;
165
 
 
166
 
        // turn on inside and outside LEDs
167
 
        digitalWrite( 4, HIGH );
168
 
        digitalWrite( 13, HIGH );
169
 
 
170
 
        // display segment number in binary across in the inside LEDs,
171
 
        // with the LED on pin 12 showing the least-significant bit
172
 
        for( int a = 0; a < 8; a++ )
173
 
                digitalWrite( 12 - a, ( ( segment >> a ) & 1 )? HIGH : LOW );
174
 
}
175
 
 
176
 
 
177
 
// draw a segment for the time display
178
 
void drawNextSegment_time( bool reset )
179
 
{
180
 
        static unsigned int second = 0;
181
 
        static unsigned int segment = 0;
182
 
 
183
 
        // handle display reset
184
 
        if( reset ) {
185
 
                second = 0;
186
 
                segment = 0;
187
 
        }
188
 
 
189
 
        // what needs to be drawn?
190
 
        bool draw_tick = !segment && second % 5 == 0;
191
 
        bool draw_second = !segment && second == time_seconds;
192
 
        bool draw_minute = !segment && second == time_minute;
193
 
        bool draw_hour = !segment && second == time_hour;
194
 
 
195
 
        // set the LEDs
196
 
        digitalWrite( 13, HIGH );
197
 
        digitalWrite( 12, draw_tick || draw_minute );
198
 
        for( int a = 10; a <= 11; a++ )
199
 
                digitalWrite( a, draw_minute || draw_second );
200
 
        for( int a = 4; a <= 9; a++ )
201
 
                digitalWrite( 10, draw_minute | draw_second || draw_hour );
202
 
 
203
 
        // inc position
204
 
        if( ++segment >= NUM_SECOND_SEGMENTS ) {
205
 
                segment = 0;
206
 
                second++;
207
 
        }
208
 
}
209
 
 
210
 
 
211
 
// draw a display segment
212
 
void drawNextSegment( bool reset )
213
 
{
214
 
        static int draw_mode = 0;
215
 
 
216
 
        // handle mode switch requests
217
 
        if( reset && inc_draw_mode ) {
218
 
                inc_draw_mode = false;
219
 
                draw_mode++;
220
 
                if( draw_mode >= 2 )
221
 
                        draw_mode = 0;
222
 
        }
223
 
 
224
 
        // draw the segment
225
 
        switch( draw_mode ) {
226
 
        case 0: drawNextSegment_test( reset ); break;
227
 
        case 1: drawNextSegment_time( reset ); break;
228
 
        }
229
 
}
230
 
 
231
 
 
232
 
// calculate time constants when a new pulse has occurred
233
 
void calculateSegmentTimes()
234
 
{
235
 
        // check for overflows, and only recalculate times if there isn't
236
 
        // one (if there is, we'll just go with the last pulse's times)
237
 
        if( new_pulse_at > last_pulse_at )
238
 
        {
239
 
                // new segment stepping times
240
 
                unsigned long delta = new_pulse_at - last_pulse_at;
241
 
                segment_step = delta / NUM_SEGMENTS;
242
 
                segment_step_sub = 0;
243
 
                segment_step_sub_step = delta % NUM_SEGMENTS;
244
 
        }
245
 
 
246
 
        // now we have dealt with this pulse, save the pulse time and
247
 
        // clear new_pulse_at, ready for the next pulse
248
 
        last_pulse_at = new_pulse_at;
249
 
        new_pulse_at = 0;
250
 
}
251
 
 
252
 
 
253
 
// wait until it is time to draw the next segment or a new pulse has
254
 
// occurred
255
 
void waitTillNextSegment( bool reset )
256
 
{
257
 
        static unsigned long end_time = 0;
258
 
 
259
 
        // handle reset
260
 
        if( reset )
261
 
                end_time = last_pulse_at;
262
 
 
263
 
        // work out the time that this segment should be displayed until
264
 
        end_time += segment_step;
265
 
        segment_step_sub += segment_step_sub_step;
266
 
        if( segment_step_sub >= NUM_SEGMENTS ) {
267
 
                segment_step_sub -= NUM_SEGMENTS;
268
 
                end_time++;
269
 
        }
270
 
 
271
 
        // wait
272
 
        while( micros() < end_time && !new_pulse_at );
273
 
}
274
 
 
275
 
 
276
 
// ISR to handle the pulses from the fan's tachiometer
277
 
void fanPulseHandler()
278
 
{
279
 
        // the fan actually sends two pulses per revolution. These pulses
280
 
        // may not be exactly evenly distributed around the rotation, so
281
 
        // we can't recalculate times on every pulse. Instead, we ignore
282
 
        // every other pulse so timings are based on a complete rotation.
283
 
        static bool ignore = true;
284
 
        ignore = !ignore;
285
 
        if( !ignore )
286
 
        {
287
 
                // set a new pulse time
288
 
                new_pulse_at = micros();
289
 
        }
290
 
}
291
 
 
292
 
 
293
 
// main setup
294
 
void setup()
295
 
{
296
 
        // set up an interrupt handler on pin 2 to nitice fan pulses
297
 
        attachInterrupt( 0, fanPulseHandler, RISING );
298
 
        digitalWrite( 2, HIGH );
299
 
  
300
 
        // set up output pins (4 to 13) for the led array
301
 
        for( int a = 4; a < 14; a++ )
302
 
                pinMode( a, OUTPUT );
303
 
 
304
 
        // set up mode-switch button on pin 3
305
 
        pinMode( 3, INPUT );
306
 
 
307
 
        // serial comms
308
 
        Serial.begin( 9600 );
309
 
}
310
 
 
311
 
 
312
 
// main loop
313
 
void loop()
314
 
{
315
 
        // if there has been a new pulse, we'll be resetting the display
316
 
        bool reset = new_pulse_at? true : false;
317
 
 
318
 
        // only do this stuff at the start of a display cycle, to ensure
319
 
        // that no state changes mid-display
320
 
        if( reset )
321
 
        {
322
 
                // check buttons
323
 
                checkButtons();
324
 
 
325
 
                // keep track of time
326
 
                trackTime();
327
 
        }
328
 
 
329
 
        // draw this segment
330
 
        drawNextSegment( reset );
331
 
 
332
 
        // do we need to recalculate segment times?
333
 
        if( reset )
334
 
                calculateSegmentTimes();
335
 
 
336
 
        // wait till it's time to draw the next segment
337
 
        waitTillNextSegment( reset );
338
 
}