превращаем AREF в ещё один выход

SPL Нюанс: это если замерять относительно общего провода. Если мерить относительно +5 вольт, во всех трёх случаях получаем ноль. То есть нагрузку можно подключить между AREF и общим. Экспериментально установил, что можно получить ток до 20 мА при 2.56 вольт на ноге и до 40 мА при 5 вольт на ноге, этого вполне достаточно, чтоб зажечь светодиод, к примеру. Вот он, заветный двадцать второй выход! Конечно, напрямую управлять двенадцативольтовым сегментом не получится, нужен транзистор. Под руку попался легендарный КТ315, сколько лет я к нему не прикасался, как по мне, это одно из лучших произведений советской электроники, наряду с микрухой К155ЛА3. Когда-то я КТ315 и КТ361 даже в качестве ключей импульсного трансформатора питания применял, при напряжении порядка 60 вольт, и неоднократно. Здесь же нагрузка для него плёвая, и я принципиально даже резистор в базу не поставлю (20 мА вполне себе допустимый ток базы).
Ну что ж, думал я, 22 выхода есть, отлажу код с 21 выходом, а 22-й на ножке сброса оставлю напоследок, когда всё остальное уже заработало. Ещё ведь и кнопки установки времени нужно куда-то приткнуть, а ног не осталось вовсе. Если б Атмега была в SMD-корпусе, можно было бы воспользоваться входами А6 и А7, выходами они всё равно не умеют. Но у меня корпус DIP, так что такой роскоши позволить себе не могу. Зато ведь можно выходы сделать входами, правда, в это время придётся погасить индикацию, но для опроса кнопок достаточно нескольких миллисекунд, никто и не заметит (как я ошибался!). Значит, перевожу ножки кнопок в режим входов, подтягиваем программно к питанию, и ждём пару миллисекунд. Если в это время какая-то из кнопок замкнута на минус, ждём ещё 20 миллисекунд, убеждаемся, что кнопка всё ещё нажата, и производим соответствующее действие в программе. Кнопки: «минуты плюс», «минуты минус», «часы плюс», «коррекция плюс». Коррекция – подстройка значения секунд раз в сутки в зависимости от суточного ухода показаний. Всё заработало почти с первого раза. Нюанс: при замкнутой кнопке сегмент, подключенный к той же ножке, оказывается включён, такой вот побочный эффект, что поделать. Поэтому кнопки изменения минут подключаю к выводам контроллера, которые управляют сегментами единиц часов, а кнопки изменения часов подключаю к выводам контроллера, которые управляют сегментами единиц минут. Выставляя минуты, совсем не обращаешь внимания, что с показаниями часов что-то не так, и наоборот.
Ну вот всё и получилось в макете с семисегментными индикаторами. Но параллельно я пытался накопать информации по поводу применения ноги сброса в качестве порта ввода-вывода. А там всё довольно туманно и неопределённо. Основное, что об этом пишут: 1 – выход с открытым коллектором (не точно), 2 – выход чрезвычайно слаботочный (тоже не наверняка). Даже если использовать внешний транзистор, нужно точно знать, открытый коллектор (сток) или нет, ведь тогда состояние выхода нужно инвертировать. А перепрошить я уже не смогу. В общем, опять двадцать пять! Вернее, двадцать один. Двадцать один гарантированный выход вместо 22. Опять одного не хватает. Опять я мечусь в поисках решения.
Возвращаюсь к AREF. Я могу получить три разных уровня на нём. Значит можно зажечь один сегмент, или два одновременно, или ни одного. Я обратился к своей же прошлой публикации (как давно это было!):Ненормативная схемотехника: семисегментный индикатор на ATtiny13
Чтобы попробовать использовать решение с совместным включением двух сегментов. Перебирая возможные пары сегментов, и осознавая, что подобное усложнение портит всю картину, я внезапно додумался, что для цифры десятков минут поле поиска значительно сужается – цифра ведь может быть только от 0 до 5. И тут пришло озарение:

во всех этих цифрах сегменты А и D или вместе светятся, или вместе погашены! Не нужно никаких трёх состояний, достаточно просто соединить сегменты А и D вместе и подключить к одному выходу. И теперь 21 выхода хватит всем. Довожу код, проверяю на макетке с семисегментным индикатором, бинго!
Всё, пора делать финальный вариант. Нарезаю светодиодную ленту, наклеиваю сегменты на подходящее основание, которым оказался кусок пластиковой вагонки (примерно 150х350 для цифр высотой 100). К каждому сегменту нужно подвести +12 вольт и проводник от соответствующего выхода контроллера.

В качестве монтажного провода применил для +12 тонкую проволочку без изоляции, вынутую из обычного гибкого провода, подпаиваю к плюсу каждого сегмента, продеваю через проколотое отверстие на другую сторону основания и спаиваю их все вместе, а для остальных проводников обмоточный провод в лаковой изоляции, продеваю их через те же отверстия и подпаиваю к панельке контроллера. На каждую цифру получилось по три отверстия в местах, где сходятся сегменты, в одно отверстие выходит один провод на +12, и два или три провода в изоляции. Также к контроллеру подведены четыре провода от кнопок, кнопки замыкаются на минус, подтяжка внутренняя. Я при проверке обходился без кнопок, просто касался провода проводом.

Сегменты цифр разведены по контроллеру именно в таком порядке для упрощения кода.
Первая цифра (единица, напоминаю) состоит из цельного куска ленты длиной 10 см. Подключаю 5 вольт питания контроллера и 12 вольт питания индикации, включаю. Вот он, торжественный момент, всё красиво светится, часики работают. Кстати, на КДПВ в начале статьи в качестве светофильтра на индикаторах лежит лист обычной бумаги для принтера, яркости хватает с избытком.
Мне не очень нравится американская система отображения времени, когда часы дважды в сутки считают до двенадцати. Я применил свою: с нуля часов до 19, и затем 8, 9, 10, 11. А с учётом того, что часы офисные, в 8 вечера их редко кто увидит.

В такие моменты ощущаешь некоторое разочарование, что прям вот так сразу заработало, даже как-то неинтересно. Поначалу я упорно не хотел замечать некое мерцание индикаторов, пока мне на него не указали коллеги. В макете этого мерцания не было видно совсем, а тут прям бросается в глаза. Выше я писал, что при опросе кнопок после перевода ножек в режим ввода сделана пауза в пару миллисекунд, без этой паузы остаточный потенциал на ножке воспринимался как нажатие. Так вот тих двух миллисекунд, в течение которых индикаторы потушены, оказалось достаточно для мерцания индикации. И это при том, что опрос происходит два раза в секунду. То есть глаз замечает двухмиллисекундную паузу дважды в секунду, чего я никак не ожидал. Было подозрение, что вследствие переходных процессов контроллер каждый раз перепроверяет, действительно ли нажаты кнопки (а это по 20 мсек на каждую). Я внёс некоторые изменения в код, временно отключив все лишние функции, но подозрения не подтвердились. В результате помогли следующие изменения: для опроса кнопок перевожу те выходы, которые задействованы под кнопки, в высокий уровень, тем самым погасив соответствующие сегменты, только после этого перевожу те же ножки в режим входа. Таким образом от паузы в 2 мсек можно избавиться совсем, но я оставил на всякий случай 300 микросекунд, проблема исчезла полностью.
Что мы имеем в итоге? Ножка сброса контроллера работает по прямому назначению и используется только при заливке прошивки, ножки кварца подключены к кварцу, как и положено. Двадцать ног работают как порты ввода-вывода, и нога AREF управляет ключевым транзистором, как раз на него и навешена цифра десятков часов (1). Ещё четыре ножки питания, никто не отлынивает, все ноги задействованы. По поводу кварца: я всерьёз рассматривал вариант применения часового кварцевого резонатора на 32768 Гц (считал его более точным), но отказался от идеи, побороздив интернет. Оказывается, запустить Атмегу с часовым кварцем не так-то просто и нет никаких гарантий работоспособности, а плюсов от применения не особо. Экономичность нас не интересует в данном случае, основное потребление – индикация. С точностью тоже всё неопределённо. А суточный уход вполне компенсируется программно. Зато большим плюсом является простота подключения, кварц на 8 или 16 МГц без проблем работает даже без конденсаторов. В результате вся схема состоит (если не считать индикаторы и питание) из Атмеги, кварцевого резонатора, и транзистора, припаянных прямо к панельке. Питание контроллера обеспечивается малогабаритным стабилизатором из серии 7805, ток через него мизерный, но на всякий случай я припаял его теплоотводом к кусочку оцинковки примерно 30х30 мм. В целом же часы питаются от внешнего блока питания на 12 вольт, который, по сути, дороже всех комплектующих. Фактический ток потребления часов 560 мА при показаниях часов 18-08 (это максимальное количество сегментов, которые можно засветить одновременно), получается около 28 мА на сегмент. Это при напряжении питания часов 11.7 вольт, ещё 0.3 вольта падает на диоде, включенном для защиты от неправильного подключения и чтоб немного снизить напряжение и ток соответственно. Падение на выходных ключах Атмеги около 0.56 вольт. Все токовые режимы превышены, но Атмега справляется, честь и хвала творцам! Запаса яркости избыточно, напряжение питания можно ещё снижать. Если тактировать Атмегу от внутреннего генератора, то можно ножки кварца отдать индикатору, а время считывать по I2C с DS1307. Опять же будут заняты все ноги, но зато питание часов можно будет отключать хоть на неделю, а время продолжит тикать. Хотя точность DS1307 совсем не радует, и по моему опыту, и по отзывам в интернете. Зато на ней есть дополнительный выход с открытым коллектором, которому можно дать команду мигать с частотой 1 Гц, и навесить на него разделительную точку. В моих часах разделительных точек пока нет, можно разрезать ту же ленту на отдельные светодиоды и подключить постоянно к напряжению питания. Мигать не будет, но я думаю над этим. Может, кто подскажет, как выжать ещё каплю из Атмеги?
И, напоследок, код для тех, кто захочет повторить. Компилировал и прошивал в ArduinoIDE. Я не программер, так что примите как есть, если кто предложит лучше, с удовольствием выложу.