/elec/propeller-clock

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  • Committer: edam
  • Date: 2011-11-04 13:48:15 UTC
  • Revision ID: edam@waxworlds.org-20111104134815-kj7qdhqfbxaj1tng
finished writing up electronics notes

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removed removed

Lines of Context:
src/propeller-clock.ino
1
 
/*
2
 
 * propeller-clock.ino
3
 
 *
4
 
 * Copyright (C) 2011 Tim Marston <tim@ed.am> and Dan Marston.
5
 
 *
6
 
 * This file is part of propeller-clock (hereafter referred to as "this
7
 
 * program"). See http://ed.am/dev/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 a transistor which in turn drives several
39
 
   LEDs that turn on anf 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
 
 * A DS1307 remote clock is connected via I2C on analog pins 4 and 5.
44
 
 
45
 
Implementation details:
46
 
 
47
 
 * for a schematic, see ../project/propeller-clock.sch.
48
 
 
49
 
 * the timing of the drawing of the clock face is recalculated with
50
 
   every rotation of the propeller.
51
 
    
52
 
 * a PC fan actually sends 2 tachiometer pulses per revolution, so the
53
 
   software skips every other one. This means that the clock may
54
 
   appear upside-down if started with the propeller in the wrong
55
 
   position. You will need to experiment to dicsover the position that
56
 
   the propeller must be in when starting the clock.
57
 
    
58
 
Usage instructions:
59
 
 
60
 
 * pressing the button cycles between variations of the current
61
 
   display mode.
62
 
  
63
 
 * pressing and holding the button for a second cycles between display
64
 
   modes (e.g., analogue and digital).
65
 
 
66
 
 * pressing and holding the button for 5 seconds enters "time set"
67
 
   mode. In this mode, the following applies:
68
 
    - the field that is being set flashes
69
 
    - pressing the button increments the field currently being set
70
 
    - pressing and holding the button for a second cycles through the
71
 
      fields that can be set
72
 
    - pressing and holding the button for 5 seconds sets the time and
73
 
      exits "time set" mode
74
 
 
75
 
******************************************************************************/
76
 
 
77
 
 
78
 
#include <Bounce.h>
79
 
#include <DS1307.h>
80
 
#include <Wire.h>
81
 
 
82
 
//_____________________________________________________________________________
83
 
//                                                                         data
84
 
 
85
 
 
86
 
// when non-zero, the time (in microseconds) of a new fan pulse that
87
 
// has just occurred, which means that segment drawing needs to be
88
 
// restarted
89
 
static unsigned long new_pulse_at = 0;
90
 
 
91
 
// the time (in microseconds) when the last fan pulse occurred
92
 
static unsigned long last_pulse_at = 0;
93
 
 
94
 
// duration (in microseconds) that a segment should be displayed
95
 
static unsigned long segment_step = 0;
96
 
 
97
 
// remainder after divisor and a tally of the remainders for each segment
98
 
static unsigned long segment_step_sub_step = 0;
99
 
static unsigned long segment_step_sub = 0;
100
 
 
101
 
// flag to indicate that the drawing mode should be cycled to the next one
102
 
static bool inc_draw_mode = false;
103
 
 
104
 
// a bounce-managed button
105
 
static Bounce button( 3, 50 );
106
 
 
107
 
// the time
108
 
static int time_hours = 0;
109
 
static int time_minutes = 0;
110
 
static int time_seconds = 0;
111
 
 
112
 
// number of segments in a full display (rotation) is 60 (one per
113
 
// second) times the desired number of sub-divisions of a second
114
 
#define NUM_SECOND_SEGMENTS 5
115
 
#define NUM_SEGMENTS ( 60 * NUM_SECOND_SEGMENTS )
116
 
 
117
 
//_____________________________________________________________________________
118
 
//                                                                         code
119
 
 
120
 
 
121
 
// check for button presses
122
 
void checkButtons()
123
 
{
124
 
        // update buttons
125
 
        button.update();
126
 
 
127
 
        // notice button presses
128
 
        if( button.risingEdge() )
129
 
                inc_draw_mode = true;
130
 
}
131
 
 
132
 
 
133
 
// keep track of time
134
 
void trackTime()
135
 
{
136
 
        // previous time and any carried-over milliseconds
137
 
        static unsigned long last_time = millis();
138
 
        static unsigned long carry = 0;
139
 
 
140
 
        // how many milliseonds have elapsed since we last checked?
141
 
        unsigned long next_time = millis();
142
 
        unsigned long delta = next_time - last_time + carry;
143
 
 
144
 
        // update the previous time and carried-over milliseconds
145
 
        last_time = next_time;
146
 
        carry = delta % 1000;
147
 
 
148
 
        // add the seconds that have passed to the time
149
 
        time_seconds += delta / 1000;
150
 
        while( time_seconds >= 60 ) {
151
 
                time_seconds -= 60;
152
 
                time_minutes++;
153
 
                if( time_minutes >= 60 ) {
154
 
                        time_minutes -= 60;
155
 
                        time_hours++;
156
 
                        if( time_hours >= 24 )
157
 
                                time_hours -= 24;
158
 
                }
159
 
        }
160
 
}
161
 
 
162
 
 
163
 
// turn an led on/off
164
 
void ledOn( int num, bool on )
165
 
{
166
 
        if( num < 0 || num > 9 ) return;
167
 
 
168
 
        // convert to pin no.
169
 
        num += 4;
170
 
 
171
 
        // pin 4 needs to be inverted (it's driving a PNP)
172
 
        if( num == 4 ) on = !on;
173
 
 
174
 
        digitalWrite( num, on? HIGH : LOW );
175
 
}
176
 
 
177
 
 
178
 
// draw a segment for the test display
179
 
void drawNextSegment_test( bool reset )
180
 
{
181
 
        // keep track of segment
182
 
        static unsigned int segment = 0;
183
 
        if( reset ) segment = 0;
184
 
        segment++;
185
 
 
186
 
        // turn on inside and outside LEDs
187
 
        ledOn( 0, true );
188
 
        ledOn( 9, true );
189
 
 
190
 
        // display segment number in binary across in the inside LEDs,
191
 
        // with the LED on pin 12 showing the least-significant bit
192
 
        for( int a = 0; a < 8; a++ )
193
 
                ledOn( 8 - a, ( segment >> a ) & 1 );
194
 
}
195
 
 
196
 
 
197
 
// draw a segment for the time display
198
 
void drawNextSegment_time( bool reset )
199
 
{
200
 
        static int second = 0;
201
 
        static int segment = 0;
202
 
 
203
 
        // handle display reset
204
 
        if( reset ) {
205
 
                second = 0;
206
 
                segment = 0;
207
 
        }
208
 
 
209
 
        // what needs to be drawn?
210
 
        bool draw_tick = !segment && second % 5 == 0;
211
 
        bool draw_second = !segment && second == time_seconds;
212
 
        bool draw_minute = !segment && second == time_minutes;
213
 
        bool draw_hour = !segment && second == time_hours;
214
 
 
215
 
        // set the LEDs
216
 
        ledOn( 9, true );
217
 
        ledOn( 8, draw_tick || draw_minute );
218
 
        for( int a = 6; a <= 7; a++ )
219
 
                ledOn( a, draw_minute || draw_second );
220
 
        for( int a = 0; a <= 5; a++ )
221
 
                ledOn( a, draw_minute || draw_second || draw_hour );
222
 
 
223
 
        // inc position
224
 
        if( ++segment >= NUM_SECOND_SEGMENTS ) {
225
 
                segment = 0;
226
 
                second++;
227
 
        }
228
 
}
229
 
 
230
 
 
231
 
// draw a display segment
232
 
void drawNextSegment( bool reset )
233
 
{
234
 
        static int draw_mode = 0;
235
 
 
236
 
        // handle mode switch requests
237
 
        if( reset && inc_draw_mode ) {
238
 
                inc_draw_mode = false;
239
 
                draw_mode++;
240
 
                if( draw_mode >= 2 )
241
 
                        draw_mode = 0;
242
 
        }
243
 
 
244
 
        // draw the segment
245
 
        switch( draw_mode ) {
246
 
        case 0: drawNextSegment_test( reset ); break;
247
 
        case 1: drawNextSegment_time( reset ); break;
248
 
        }
249
 
}
250
 
 
251
 
 
252
 
// calculate time constants when a new pulse has occurred
253
 
void calculateSegmentTimes()
254
 
{
255
 
        // check for overflows, and only recalculate times if there isn't
256
 
        // one (if there is, we'll just go with the last pulse's times)
257
 
        if( new_pulse_at > last_pulse_at )
258
 
        {
259
 
                // new segment stepping times
260
 
                unsigned long delta = new_pulse_at - last_pulse_at;
261
 
                segment_step = delta / NUM_SEGMENTS;
262
 
                segment_step_sub = 0;
263
 
                segment_step_sub_step = delta % NUM_SEGMENTS;
264
 
        }
265
 
 
266
 
        // now we have dealt with this pulse, save the pulse time and
267
 
        // clear new_pulse_at, ready for the next pulse
268
 
        last_pulse_at = new_pulse_at;
269
 
        new_pulse_at = 0;
270
 
}
271
 
 
272
 
 
273
 
// wait until it is time to draw the next segment or a new pulse has
274
 
// occurred
275
 
void waitTillNextSegment( bool reset )
276
 
{
277
 
        static unsigned long end_time = 0;
278
 
 
279
 
        // handle reset
280
 
        if( reset )
281
 
                end_time = last_pulse_at;
282
 
 
283
 
        // work out the time that this segment should be displayed until
284
 
        end_time += segment_step;
285
 
        segment_step_sub += segment_step_sub_step;
286
 
        if( segment_step_sub >= NUM_SEGMENTS ) {
287
 
                segment_step_sub -= NUM_SEGMENTS;
288
 
                end_time++;
289
 
        }
290
 
 
291
 
        // wait
292
 
        while( micros() < end_time && !new_pulse_at );
293
 
}
294
 
 
295
 
 
296
 
// ISR to handle the pulses from the fan's tachiometer
297
 
void fanPulseHandler()
298
 
{
299
 
        // the fan actually sends two pulses per revolution. These pulses
300
 
        // may not be exactly evenly distributed around the rotation, so
301
 
        // we can't recalculate times on every pulse. Instead, we ignore
302
 
        // every other pulse so timings are based on a complete rotation.
303
 
        static bool ignore = true;
304
 
        ignore = !ignore;
305
 
        if( !ignore )
306
 
        {
307
 
                // set a new pulse time
308
 
                new_pulse_at = micros();
309
 
        }
310
 
}
311
 
 
312
 
 
313
 
// main setup
314
 
void setup()
315
 
{
316
 
        // set up an interrupt handler on pin 2 to nitice fan pulses
317
 
        attachInterrupt( 0, fanPulseHandler, RISING );
318
 
        digitalWrite( 2, HIGH );
319
 
  
320
 
        // set up output pins (4 to 13) for the led array
321
 
        for( int a = 4; a < 14; a++ )
322
 
                pinMode( a, OUTPUT );
323
 
 
324
 
        // set up mode-switch button on pin 3
325
 
        pinMode( 3, INPUT );
326
 
        digitalWrite( 3, HIGH );
327
 
 
328
 
        // get the time from the real-time clock
329
 
        int rtc_data[ 7 ];
330
 
        RTC.get( rtc_data, true );
331
 
        time_hours = rtc_data[ DS1307_HR ];
332
 
        time_minutes = rtc_data[ DS1307_MIN ];
333
 
        time_seconds = rtc_data[ DS1307_SEC ];
334
 
 
335
 
        // serial comms
336
 
        Serial.begin( 9600 );
337
 
}
338
 
 
339
 
 
340
 
// main loop
341
 
void loop()
342
 
{
343
 
        // if there has been a new pulse, we'll be resetting the display
344
 
        bool reset = new_pulse_at? true : false;
345
 
 
346
 
        // only do this stuff at the start of a display cycle, to ensure
347
 
        // that no state changes mid-display
348
 
        if( reset )
349
 
        {
350
 
                // check buttons
351
 
                checkButtons();
352
 
 
353
 
                // keep track of time
354
 
                trackTime();
355
 
        }
356
 
 
357
 
        // draw this segment
358
 
        drawNextSegment( reset );
359
 
 
360
 
        // do we need to recalculate segment times?
361
 
        if( reset )
362
 
                calculateSegmentTimes();
363
 
 
364
 
        // wait till it's time to draw the next segment
365
 
        waitTillNextSegment( reset );
366
 
}