Digitalni sat, ali bez mikrokontrolera [Hardcore Electronics]: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Prilično je jednostavno izgraditi sklopove s mikrokontrolerom, ali potpuno zaboravljamo na tone posla koji je mikrokontroler morao proći kako bi dovršio jednostavan zadatak (čak i za treptanje LED diode). Dakle, koliko bi bilo teško napraviti digitalni sat potpuno od nule? Bez kodiranja i bez mikrokontrolera, a kako bi bilo stvarno TREĆE, kako bi bilo izgraditi krug u perf-ploči bez upotrebe tiskanih ploča.

Ovo je doista izazovan projekt, ne zbog načina na koji funkcionira logika sata, već zbog načina na koji ćemo izgraditi sklop sa svim tim komponentama zajedno u kompaktnu perf-ploču.

Ovaj projekt inspiriran je ovom instrukcijom (autor: hp07) još 2018., koju bi bilo ludo teško ugraditi u perf-ploču zbog broja veza i korištenih komponenti. Dakle, malo sam kopao po internetu kako bih smanjio složenost, ali ipak učinio prilično osnovnom i teškom ugradnju u perf-ploču.

Ostale reference: scopionz, danyk

Pribor

Ovo je popis proizvoda koji vam mogu pomoći da s lakoćom napravite ovaj projekt

(Affiliate Link)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-segmentni zaslon:
• Potenciometar:
• Komplet otpornika:
• Dioda:
• Komplet kondenzatora:
• Pritisni gumb:
• Perfboard:
• Akrilni lim:
• Adapter za napajanje:
• Napajanje za klupu:
• komplet osciloskopa:
• Komplet digitalnog sata:

Korak 1: Koncept vremena [ali za NOOBS]

Prvo, moramo razumjeti odgovor na nekoliko pitanja prije nego što možemo uskočiti u izradu ovog digitalnog sata! kako ćemo pratiti vrijeme i kako možemo definirati samo vrijeme?

Rješenje ovog problema prilično je jednostavno (ako sebe smatrate buntovnim tinejdžerom i pretvarate se da više od jednog stoljeća fizičari o tome nisu češkali glavu). Način na koji ćemo pristupiti ovom rješenju mogao bi biti kontra-intuitivan, gdje ćemo prvo vidjeti kako možemo pratiti vrijeme, a zatim kasnije definirati vrijeme.

Smatrajte da je sat brojač koji može brojati brojeve do 0-60 i 0-24 (za sada se samo brinemo samo o 24 -satnom satu) kad god ta vrijednost premaši, samo prenesite na sljedeću višu oznaku [Sekunde -> Minute -> Sati-> Dani-> Mjeseci-> Godine].

Ali ovdje propuštamo važnu točku. Kada bismo trebali povećati tu vrijednost brojača? Pogledajmo jednostavnu definiciju fizike

"Drugi je definiran uzimanjem fiksne numeričke vrijednosti cezijeve frekvencije ∆ν, neuznemirene učestalosti superfinog prijelaza u osnovnom stanju atoma cezija 133 na 9 192 631 770 kada se izrazi u jedinici Hz, što je jednako s −1."

Ako ste razumjeli definiciju, vjerojatno biste trebali uzeti teorijsku fiziku i napustiti elektroniku!

U svakom slučaju, radi jednostavnosti, pretpostavit ćemo da je potrebno vrijeme da atom cezija vibrira 9 milijardi puta. Kad povećavate brojač svake sekunde ili vrijeme potrebno je da atom cezija vibrira 9 milijardi puta, dobili ste nešto poput sata! Ovome, ako bismo samo mogli dodati logiku na takav način da se sekunde prenose na minute, a minute na sate kada dosegnu 60 (a sati se resetiraju na 24). Time ćemo dobiti potpuno funkcionalan sat koji očekujemo.

Pogledajmo sada kako možemo donijeti teoriju u stvarnost, uz malo magije čiste elektronike!

Korak 2: Prikaz u sedam segmenata

Idemo prvo smisliti način prikaza broja (ili vremena). Zasloni sa 7 segmenata trebali bi biti savršeni za ovu konstrukciju jer daju retro izgled, a ujedno su i jedni od najjednostavnijih zaslona koji su dostupni na tržištu, toliko su jednostavni da su napravljeni od 7 LED dioda (8 LED dioda, ako je bitno LED, uračunat je) postavljen na pametan način za prikaz alfanumeričkih vrijednosti koje se mogu postaviti u susjedstvu s više 7-segmentnih zaslona za prikaz veće vrijednosti.

Postoje 2 varijante ovih 7 segmentnih zaslona.

ZAJEDNIČKA KATODA: Svi -ve terminal LED -a spojen je na zajedničku točku, a zatim je ta zajednička točka spojena na masu (GND). Sada, za uključivanje bilo kojeg dijela segmenta, na odgovarajući +ve pin tog segmenta primjenjuje se napon +ve.

ANODA KATODE: Svi +ve terminal LED diode spojen je na zajedničku točku, a zatim je ta zajednička točka spojena na VCC. Sada, za uključivanje bilo kojeg dijela segmenta, -ve napon se primjenjuje na odgovarajući -ve pin tog segmenta.

Za našu aplikaciju koristit ćemo zajedničku katodnu verziju 7-segmentnog zaslona, jer će digitalni IC koji ćemo koristiti emitirati HIGH signal (+ve signal).

Svaki segment ovog zaslona nazvan je od A do G u smjeru kazaljke na satu, a točka (ili točka) na zaslonu označena je s 'p', sjetite se segmenata s pripadajućim abecedima, što će vam biti korisno pri povezivanju s digitalnim IC -ovi.

Korak 3: Postavljanje zaslona sa sedam segmenata

Ovaj korak bit će pomalo lukav jer je pronaći točnu veličinu perf-ploče prilično teško i možda je nećete pronaći. U tom slučaju možete kombinirati 2 perf-board ploče kako biste napravili veću.

Postavljanje 7-segmentnog zaslona vrlo je jednostavno, samo postavite zaslon ravnomjerno s desnim razmakom tako da možete razlikovati sekunde, minute i sate (pogledajte sliku za postavljanje LED diode).

Ako ste do sada primijetili da za svaki pin zaslona koristim hrpu otpornika od 100 ohma, ovo je potpuno za estetiku i nije potrebno koristiti toliko otpornika. Ako možete postaviti otpornik od 470 ohma između zajedničkog pina 7-segmentnog zaslona i mase, to bi trebalo biti dovoljno dobro. (Ovi otpornici se koriste za ograničavanje struje koja će proći kroz LED diodu)

Budući da ovaj krug ima mnogo lemljenja i da ne biste izgubili pojam o tome što radim, lemio sam 7-segmentne pinove zaslona po abecednom redu na otpornike i masu do vrha kruga. Čini se beskorisnim i kompliciranim, ali vjerujte mi, ovo će vam olakšati posao.

Prilikom izrade ovog sklopa pronašao sam cool trik u vezi sa 7 -segmentnim zaslonom, uvijek greškom ako ste preokrenuli 7 -segmentni zaslon naopako, ne morate potpuno odlijepiti zaslon i ponovno ga lemiti. Svaki pin će ostati isti osim pina G i pina P, samo dodavanjem jednostavne kratkospojne žice možete riješiti problem. (Provjerite posljednje 2 slike na kojima sam koristio zelenu kratkospojnik da pokažem ovaj problem).

Korak 4: Brojač

"loading =" lijen"

Što se tiče digitalnih sklopova, postoje samo 2 stanja VISOKO ili NISKO (binarno: 0 ili 1). To možemo povezati s prekidačem, kada je prekidač UKLJUČEN, možemo reći da je logika VISOKA, a kada je prekidač isključen možemo reći da je logika NISKA. Ako možete uključiti i isključiti prekidač s dosljednim vremenom između UKLJUČENJA i ISKLJUČENJA, možete generirati signal pravokutnog vala.

Sada se vrijeme potrebno za stvaranje i visokih i niskih signala zajedno naziva vremensko razdoblje. Ako možete uključiti prekidač na 0,5 sekundi i isključiti prekidač na 0,5 sekunde, tada će vremenski period ovog signala biti 1 sekunda. Slično, broj učestalosti uključivanja i isključivanja prekidača u sekundi naziva se frekvencija.

[Primjer: 4Hz -> 4 puta UKLJUČENO i 4 puta ISKLJUČENO]

U početku se ovo može činiti da nije od velike koristi, ali ovo vrijeme signala je vrlo potrebno da bi se sve sinkroniziralo u digitalnim krugovima, to je razlog zašto se neki digitalni krugovi sa signalima takta nazivaju i sinkroni krugovi.

Ako možemo generirati kvadratni val od 1Hz, možemo povećati brojač svake sekunde, poput sekundi na digitalnom satu. Ovdje je koncept još uvijek prilično nejasan jer nam je potrebno vrijeme potrebno da atom cezija vibrira 9 milijardi puta (kao što smo vidjeli u koraku 1) jer će nam to dati jednu sekundu. Ova vrsta preciznosti pomoću našeg kruga bit će gotovo nemoguća, ali možemo biti bolji ako možemo upotrijebiti osciloskop (gdje je vrijeme unaprijed kalibrirano) kako bismo dali približnu vrijednost od jedne sekunde.

Korak 7: Odabir kruga sata

Postoje brojni načini za izgradnju generatora takta. No, evo nekoliko razloga zašto sam koristio 555 timer IC i nekoliko razloga zašto ne biste trebali.

Prednost

• Krug je vrlo jednostavan (prilagođen početnicima)
• Zahtijeva vrlo mali otisak
• jednostavno podešavanje takta
• Može imati širok raspon napona (nije potrebno za naš krug digitalnog sata)

Hendikep

• Mjerenje sata nije precizno
• Na signal sata mogu ozbiljno utjecati temperatura/ vlaga
• Vrijeme takta je posljedica otpornika i kondenzatora

Alternative za generator frekvencije ili generator takta: Kristalni oscilator, Podijeljena frekvencija

Korak 8: Postavljanje kruga sata

Satni krug postavite točno ispod sekundnog dijela digitalnog sata, to će olakšati povezivanje između IC 4026 i IC 555.

U ovom trenutku bilo je potpuno beskorisno fotografirati nakon svakog kruga jer se krugovi jako kompliciraju s mnogo žica koje se kreću u različitim smjerovima. Dakle, samo izgradite satni krug odvojeno bez brige o ostatku kruga, a kad to učinite, samo spojite izlaz (pin 3) 555 timerskog IC -a na pin sata IC 4026.

Korak 9: Prebacivanje/povećanje logike

Drugoplasirani na natjecanju u remiksu