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Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77

Composants et fournitures

Composant Quantité Note
Arduino Nano R3 1 J'ai utilisé des ATmega328 standalone, mais un Nano ou UNO convient. Le Superfilter Nano/UNO nécessite un quartz (pas un résonateur) sur la carte.

À propos de ce projet

Voir mon site pour cette horloge : Arduino DCF77 Analyzer Clock Site

Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77

Cette horloge affiche le code horaire DCF77 sur 2 anneaux de 60 LEDs sur un cadran de 12" (305 mm) de diamètre. L'anneau interne montre le code horaire en direct pour la minute suivante au fur et à mesure de sa réception. L'anneau externe affiche l'heure courante tant que la minute précédente a été reçue sans erreur.

24 LEDs supplémentaires indiquent l'état du décodeur et les infos temporelles. L'heure et la date décodées s'affichent sur 2 grands afficheurs 7 segments à 8 digits, tandis que les timings d'impulsions DCF77 et les informations de bits apparaissent sur 2 afficheurs 7 segments plus petits à 8 digits.

L'horloge utilise 2 microcontrôleurs ATmega328 (Arduino Uno) : l'un pour l'analyseur DCF77, l'autre pour le Super Filter d'Udo Klein. Ce dernier permet un traitement avancé du signal DCF77 et l'accord du quartz de l'Arduino. Le filtre est commutable et possède 10 LEDs d'état pour la réception et la qualité du signal. L'horloge sonne les heures, quarts d'heure et secondes via 2 modules sonores JQ6500.

La plupart de l'électronique est montée au dos du cadran, permettant d'adapter l'horloge à différents styles de boîtiers.

J'ai inclus des designs pour boîtiers style rétro et moderne. Le rétro s'intègre dans un vieux boîtier d'horloge à cadran, le moderne dans un cadre photo noir.

Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77

Étape 1 : Crédits

Cette horloge est basée sur l'horloge DCF77 Analyzer d'Erik de Ruiter et est une version mise à jour de mon horloge MK1.

Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77
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Au-dessus : l'horloge DCF77 Analyzer d'Erik de Ruiter. En dessous : mon MK1.

Erik a fourni tous les détails sur GitHub.

Différences avec l'horloge d'Erik

Bien que basée sur son design, j'ai apporté des modifications matérielles. Adaptez selon vos besoins, mais modifiez le code en conséquence.

Étape 2 : Vidéos

Étape 3 : Commandes

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7 interrupteurs sur une barre métallique, fixés à l'intérieur d'une porte rabattable sous l'horloge.

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Sur la version cadre photo, les interrupteurs sont sur le côté dans une découpe.

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Fonctions des interrupteurs

Interrupteur Fonction
Son Tic-Tac Active/Désactive le son tic-tac (coupe l'alimentation du module JQ6500)
Volume Tic-Tac (non verrouillant) Monte/descend le volume (nécessite Son Tic-Tac = ON)
Contrôle Sonneries OFF = sonneries coupées | 24/7 = sonneries en continu | Timer = sonneries seulement 05:15–23:00 (réglable dans le code)
Volume Sonneries (non verrouillant) Monte/descend le volume. Un sonnerie test retentit après chaque pression.
Son DCF77 ON = bip du signal DCF77 reçu (0 = 100ms, 1 = 500ms pour différencier). OFF = muet.
Reset (non verrouillant) Filter = reset Super Filter (re-sync). Analyzer = reset Analyzer (test affichage si activé + re-sync horloge). L'heure RTC est conservée.
Source DCF77 OFF = signal déconnecté | Analyzer = signal direct sans filtrage | Filter = signal depuis Super Filter (synthétisé sans erreur si synchronisé)

Étape 4 : Schématiques

3 schématiques : carte principale, modules matrice à points, modules afficheurs 7 segments.

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Le 2ème est très grand – voir en taille réelle 4000x4000. Disposition optimisée pour le câblage.

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Étape 5 : Connexions broches ATmega

2 ATmega328 sur veroboards custom. Un UNO standard convient pour l'Analyseur, mais le Super Filter nécessite un UNO avec quartz (pas résonateur). Voir comment ajouter un quartz sur Arduino UNO.

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Étape 6 : Disposition sur veroboard

Beaucoup de modules sont préfabriqués, mais la carte principale (Arduinos, modules son, 3ème matrice) doit être câblée sur veroboard.

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Les LEDs sur le schéma principal sont pour référence seulement. Tous les raccordements vers les autres cartes se font par connecteurs HE10. La liaison vers le panneau de commande est en fil direct (démontable pour maintenance).

Note : configurés en Arduino UNO. Des UNO/Nano préfabriqués peuvent être utilisés, mais le Super Filter doit avoir un quartz – voir Étape 5.

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Note : le RTC est monté ici mais connecté uniquement par le câble HE10.

Étape 7 : Modules préfabriqués

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Composants

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Liste générée depuis mon logiciel de CAO LiveWire – peut manquer de détails pour les composants absents de la bibliothèque (ex: certains interrupteurs). Vérifiez le schéma ou contactez-moi.

Couleurs LEDs au choix – voir section LEDs pour mes références exactes.

Étape 8 : Ordre de câblage

~400 fils à connecter – planification rigoureuse indispensable pour faire passer les faisceaux entre les modules.

  1. Fixez tous les modules au dos du cadran (faisceaux visibles).
  2. Retirez les cartes matrice, câblez-les à l'écart.
  3. Câblez les LEDs Super Filter et installez dans le cadran.
  4. Câblez les LEDs d'état DCF77 et installez.
  5. Connectez Super Filter et LEDs DCF77 par câbles HE10 à la carte principale.
  6. Câblez toutes les LEDs du 3ème module matrice et installez.
  7. Reliez le 3ème module au petit veroboard de dérivation, puis vers les LEDs installées.
  8. Câblez l'anneau externe, installez.
  9. Câblez le module matrice anneau externe (fils longs pour rejoindre les LEDs).
  10. Remettez le module matrice anneau externe, connectez le faisceau aux LEDs.
  11. Répétez pour l'anneau interne.
  12. Refaites le câblage du 3ème module matrice (étape 6-7).
  13. Préparez et connectez tous les câbles HE10.
  14. Installez la carte principale, câblez vers le panneau de commande. La LDR traverse la porte – câblez en même temps.
  15. Installez les HP et connectez aux modules JQ6500 sur la carte principale.
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Si les trous du cadran sont bien percés, les LEDs s'insèrent par friction sans colle. Peignez/vernissez les bords intérieurs des trous pour améliorer la tenue.

Étape 9 : Modification module MAX7219 Matrice

Avant câblage, modifier les modules MAX7219 :

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  1. Retirez la matrice LED d'origine (non utilisée).
  2. Soudez 2 jeux de 8 connecteurs HE10 à 90° sur le bord inférieur de l'ancien connecteur matrice.
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Les fils partent de ces points vers la matrice LED sur la carte principale.

Étape 10 : Gabarit de câblage

Le gabarit maintient les LEDs au bon espacement pour câbler hors de l'horloge.

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  1. Imprimez le cadran sur papier (inversé ou verso – travail depuis l'arrière).
  2. Collez sur bois/mélaminé. Poinçonnez et percez tous les centres LEDs (foret 3mm). Ajustez selon diamètre vos LEDs (testez).
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Notez les numéros de LEDs sur le gabarit (l'ordre est inversé/antihoraire vue de l'arrière).

Étape 11 : Câblage anneaux interne et externe

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Le schéma montre le câblage d'une section de 8 LEDs de l'anneau externe.

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  1. Insérez 8 LEDs dans le gabarit. Pliez toutes les anodes ensemble selon le schéma et soudez. Un fil relie les 8 anodes au module matrice.
  2. Gaine thermorétractable sur les cathodes, pliez à ~15mm de la LED. Coupez ~5mm après pli, soudez un fil court vers la section suivante.
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Pic 1 : section de 8 LEDs terminée avec fils vers la section suivante.
Pic 2 : répétez par groupes de 8.
Chaque groupe a sa propre connexion anode au module matrice (8 au total).
Pic 3 : anneau externe complet + 16 fils vers le module matrice.

Poussez les LEDs dans le cadran, remettez le module matrice, connectez les 16 fils. Répétez pour l'anneau interne.

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Les 16 fils du module matrice se répartissent sur les 8 groupes de 8 LEDs (le 8ème groupe n'a que 4 LEDs). Schéma complet 4000x4000 ici.

LEDs utilisées

Vishay TLH44 série Haute Efficacité, boîtier Ø 3 mm diffuseur teinté.

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Étape 12 : Câblage 3ème module matrice

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Ce module ne connecte que 24 LEDs sur 64 :

Utiliser 4 sections a simplifié le câblage. LEDs câblées sur gabarit puis connectées sur petit veroboard (qui sert aussi de support au RTC).

Étape 13 : Câblage panneau de commande

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Le panneau bascule sous l'horloge, fixé au dos de la porte d'accès. Câblage soudé direct sur carte principale, incluant la LDR.

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Étape 14 : Sons carillon et tic-tac sur JQ6500

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2 modules JQ6500 : un pour tic-tac (pilotage matériel), un pour quarts/heures (pilotage logiciel).

Circuit Carillon

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SW7 = interrupteur 3 positions verrouillant. Pilotage série sur broches 13 & 14 Arduino. Résistance 1K sur réception (voir schéma principal).

Volume piloté logiciellement par Arduino via interrupteur Volume Sonneries.

Circuit Tic-Tac

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Pilotage matériel direct sur JQ6500. SW6 (Tic On/Off) coupe l'alim. SW8 (Volume Tic, 3 positions centré) règle le volume via broche ADKey du JQ6500. Commande de lecture toutes les 2 secondes depuis Arduino. Fichier son < 2s. Diode D15 isole ADKey de la sortie Arduino.

Étape 15 : Haut-parleurs

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Chaque module JQ6500 → HP 3W 8Ω sur les côtés du boîtier (disponibles par paire sur Amazon).

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Étape 16 : Chargement fichiers son sur JQ6500

Sites de référence : Bibliothèque Arduino JQ6500_Serial, Infos générales, Outils JQ6500.

Normalement, les JQ6500 intègrent un chargeur de musique (chinois) au branchement USB PC (pas Mac). Instructions sur mon site. Les miens n'avaient pas de chargeur – j'ai téléchargé la version anglaise de Nikolai Radke : English Language MusicDownload.exe v1.2a (JQ6500_English_MusicDownload_V1_2a.zip).

Exécution directe sous Windows (pas d'installation).

  1. Insérez JQ6500 via USB.
  2. Lancez le programme → cliquez FILES.
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  1. Cliquez CHOSE FILES, sélectionnez tous les fichiers (noms impératifs ci-dessous).
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Nommage : 1 à 12 = sonneries heures, 13 à 16 = quarts, 17 = sonnerie test (réglage volume).

  1. Cliquez OPEN puis onglet FLASH.
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  1. Cliquez FLASH → "FILE PROCESSING" → "FLASHING RUN" (barre verte) → "READY". Retirez le module, installez sur l'horloge.

Répétez pour le tic-tac (1 seul fichier) sur le 2ème module.

Fichiers sons fournis : bell.zip (carillon), tick_tock.zip (tic-tac). Mixés sur Audacity à 48kHz (qualité max JQ6500). Carillons mixés multi-canaux pour harmoniques réelles, puis mono pour JQ6500.

Étape 17 : Modification bibliothèque JQ6500

Modifiez JQ6500_Serial.cpp dans votre dossier bibliothèques Arduino.

Problème : la bibliothèque standard attend une réponse après chaque commande (jusqu'à 1000ms + 150ms lecture), ce qui désynchronise l'horloge (perte de données DCF77 jusqu'à la minute suivante).

Solution trouvée (réponse de l'auteur de la bibliothèque) : ajouter après la ligne 263 :

if(!responseBuffer && !bufferLength) return;

Cela réduit l'attente à ~10-20ms. L'horloge fonctionne alors correctement.

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Étape 18 : Modification module RTC

Module DS3231 AT24C32 I2C Precision RTC. Fourni avec batterie Li-Ion rechargeable (photo 1). J'utilise une pile non rechargeable → retirez la résistance R5 du module (photo 2).

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Étape 19 : Dessin de construction du cadran

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~700 opérations de perçage + découpes/remplissages. Réalisé à la main (pas de CNC).

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Dessin CAO (TurboCAD) → impression sur papier décalcomanie jet d'encre.

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Qualité excellente, bien meilleure que l'impression directe. Fichiers CAO fournis : TurboCad_Drawings.zip (formats multiples dont PNG 4000x4000). Me contacter pour autres formats.

Étape 20 : Découpe et perçage du cadran

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  1. Cadran découpé dans tôle alu 1.5mm (supporte poids électronique + câblage).
  2. Gabarit : impression CAO sur A3. Centres LEDs + découpes afficheurs 7 segments.
  3. Découpez les ouvertures 7 segments au cutter sur le gabarit.
  4. Posez gabarit sur tôle, scotchez. Poinçonnez tous les centres LEDs. Tracez les découpes 7 segments au feutre.
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  1. Tracez le cercle du cadran au compas (centre = LED symbole DCF77).
  2. Découpez au scie à métaux/scie sauteuse (lame métal).
  3. Découpez les ouvertures 7 segments (scie à chantourner/fret – patience = moins de limage).
  4. Percez tous les trous LEDs : 1mm → 2mm → 3mm (ajustage par friction après peinture/vernis).
  5. Poinçonnez et percez 3-4 trous de fixation du cadran.
  6. Retirez film protecteur, ébarbez, poncez (accroche peinture).
  7. Apprêt + peinture acrylique + vernis mat. Blanc antique (style ancien) ou blanc pur (moderne).
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Étape 21 : Application décalcomanie

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Décalcomanies eau sur papier spécial jet d'encre. Séchez, découpez juste sous taille cadran, vernissez acrylique. Une fois sec, trempez dans l'eau jusqu'à séparation du film transparent.

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  1. Alignez le transfert (points centraux = centres trous LEDs), glissez sur le cadran.
  2. Retirez le support papier.
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Éliminez les bulles d'air. Séchez, vernissez acrylique. Découpez soigneusement autour des ouvertures 7 segments (cutter) et des trous LEDs (poinçon cuir légèrement plus petit que le trou). Re-vernissez les bords de coupe. Laissez sécher 24h.

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Recherchez "Papier décalcomanie transparent A3 pour jet d'encre".

Étape 22 : Fixations PCB/Veroboard sur cadran

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Blocs bois (chutes) collés au cadran (colle néoprène : enduire les 2 faces, attendre tack, presser – liaison instantanée, durcit en 24h).

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Étape 23 : Entourage cadran & restauration boîte arrière

Entourage (style rétro)

Boîtier source eBay (sans cadran ni bague laiton, boîte arrière cassée).

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Entourage chêne : décapant vernis + eau de Javel bois pour zones sombres.

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Vernis mat acrylique pour révéler le veinage.

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Boîte arrière très abîmée : vissée/collée, trous/fissures rebouchés, peinte noir mat.

Étape 24 : Correction erreurs afficheurs MAX7219 7 segments

Les modules fonctionnent seuls, mais en chaîne (daisy-chain) des erreurs apparaissent.

Afficheur 0.39"

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Datasheet : 10µF + 0.1µF au plus près du MAX7219. Le 0.1µF est présent, le 10µF manque.

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Ajoutez le 10µF dans les 2 trous au-dessus de la diode D1 (face arrière).

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Diode en série sur l'alimentation : en chaîne, chutes de tension cumulées → erreurs. Remplacez chaque diode par un strap filaire.

Afficheur 0.56"

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Note : ruban noir sur digits 3 et 6 pour créer les deux-points.

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Même modification : 10µF au dos sur broches +/– du MAX7219, diode 1N4148 remplacée par strap.

Étape 25 : Augmenter le contraste modules 7 segments

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Traditionnellement : plexiglas rouge devant l'afficheur (cache segments éteints, contraste segments allumés).

Ici : Feuille acétate transparent neutre thermorésistant ND 0.9 (filtre densité neutre).

L'image montre l'effet : segments allumés plus contrastés, segments éteints masqués, ruban noir des deux-points masqué aussi.

Étape 26 : Modification afficheur RTC pour séparateurs deux-points

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L'afficheur standard n'a que des points décimaux, pas de deux-points horloge.

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Dans le code : digits 3 et 6 forcés à afficher "o" (minuscule).

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Ruban plastique noir découpé au cutter, posé sur les 2 digits en laissant une fine bande visible.

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Segments visibles = deux-points fonctionnels.

Étape 27 : Montage cadran & boîtier (style rétro)

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Cadran masqué par bague laiton. Ma bague manquait – trouvée chez un fournisseur horloger.

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Bague maintenue par loquet laiton encastré dans l'entourage.

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Charnière nouvelle bague ≠ originale → buriné l'avant à la gouge, rebouché l'arrière avec bois teinté assorti.

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Cadran retiré : trous fixation sur entourage bois + boîte arrière derrière. Panneau commande visible replié au-dessus de la trappe de base.

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Verrouillage entourage par même type de loquet que la bague. Petite vis laiton sous l'étiquette assure l'alignement bague/cadran à la fermeture.

Étape 28 : Montage cadran & boîtier (style moderne – cadre photo)

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Grand cadre photo + boîte arrière simple (écart cadran/mur pour profondeur).

Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77
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Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77
Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77
Arduino DCF77 Analyzer Clock MK2 – Horloge à anneau LED 60 segments pour code horaire DCF77
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HP sur les 2 côtés avec trous/grilles. Interrupteurs sur le côté dans découpe avec grille HP au-dessus.

Étape 29 : Filtre DCF77 (Super Filter d'Udo Klein)

Quand activé, le Super Filter échantillonne le signal DCF77 entrant pendant quelques minutes, puis le prédit pour détecter les erreurs. Il synthétise un signal DCF77 corrigé même si le signal est absent.

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Modifications Super Filter : voir schéma. Code modifié pour LEDs de monitoring supplémentaires → 4 modes retirés, ne restent que Synthétisé et Synthétisé Inversé.

Contrôle luminosité PWM des LEDs Super Filter par l'Arduino décodeur (via 2 transistors), pas par l'Arduino Super Filter. Test LEDs ajouté au Super Filter (match test horloge principale) : au power-up, test Super Filter puis test horloge principale.

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Le filtre verrouille sur le signal même très bruité. Au fil des jours, il utilise le signal DCF77 pour ajuster la fréquence du quartz de l'Arduino → maintient l'heure même sans signal pendant plusieurs jours.

Sur mon horloge, le signal DCF77 est toujours alimenté vers l'Arduino Super Filter même si l'interrupteur Source est sur OFF. Cela permet au Super Filter de rester synchronisé et de continuer d'accorder le quartz.

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Signification des LEDs Super Filter

Détails états principaux

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Ligne du haut : Super Filter ON. Une fois synchronisé/accordé, il synthétise un bon signal même signal perdu. Sur signal bruité, cherche bits connus et reste synchronisé. Ligne du bas : Super Filter OFF. Signal reçu (bon ou mauvais) envoyé au décodeur.

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Super Filter corrigeant un signal bruité (oscilloscope DCF77 inclus dans la librairie DCF77).

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Super Filter OFF + signal mauvais → horloge erreurs, rejette la minute. LED DCF77 Filtered pulse normalement mais signal filtré non envoyé au décodeur (interrupteur OFF).

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Super Filter ON + signal mauvais → pas d'erreur, décodage normal. LED DCF77 Filtered pulse + signal envoyé au décodeur.

Étape 30 : Code horaire DCF77

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Ce schéma montre le code tel qu'affiché sur mon cadran pour lire le signal DCF77 entrant.

Étape 31 : Code

2 codes distincts à télécharger : Super Filter et Analyseur.

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DCF_77_ANALYZER_CLOCK_Mk2_43.zip – Code Analyseur DCF77
Superfilter07DCF77AnalyzerMK2.zip – Code Super Filter

Code

Code Décodeur DCF77 (Arduino)

Code chargé sur l'Arduino analyseur DCF77

No preview (download only).
Code Super Filter (Arduino)

Code chargé sur l'Arduino Super Filter DCF77

No preview (download only).
GitHub

https://github.com/sleemanj/JQ6500_Serial

Pièces personnalisées et boîtiers

Fichiers CAO cadran et gabarit (formats CAO + images) : turbocad_drawings_TESmpq119g.zip

Fichiers son pour JQ6500 (carillon) : bell_wYLvJG1pUl.zip

Fichiers son pour JQ6500 (tic-tac) : tick_tock_FLj9XHTJoB.zip

Schématiques

Schéma carte principale :

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Schéma câblage module matrice MAX7219 vers LEDs :

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Schéma câblage modules afficheurs 7 segments MAX7219 :

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Processus de fabrication

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