Ceas digital dar fără microcontroler [Hardcore Electronics]: 13 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Este destul de ușor să construiești circuite cu un microcontroler, dar uităm total de munca pe care un microcontroler a trebuit să o facă pentru a finaliza o sarcină simplă (chiar și pentru clipirea unui led). Deci, cât de greu ar fi să faci un ceas digital complet de la zero? Fără codificare și fără microcontroler și pentru a-l face real HARDCORE ce zici de construirea circuitului într-o placă perf, fără a utiliza plăci de circuite imprimate.

Acesta este într-adevăr un proiect dificil de făcut, nu din cauza modului în care funcționează logica ceasului, ci din cauza modului în care vom construi circuitul cu toate aceste componente împreună într-o placă de perfecțiune compactă.

Acest proiect a fost inspirat de acest instructabil (autor: hp07) în 2018, care ar fi extrem de greu de construit într-o placă de perfecționare din cauza numărului de conexiuni și a componentelor utilizate. Deci, am făcut un pic de săpat online pentru a reduce complexitatea, dar totuși a făcut destul de simplu și dificil de construit într-o placă de perfecționare.

Alte referințe: scopionz, danyk

Provizii

Iată lista produselor care vă pot ajuta să realizați acest proiect cu ușurință

(Link de afiliere)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Afișaj pe 7 segmente:
• Potențiometru:
• Kit rezistențe:
• Diodă:
• Kit condensatori:
• Buton:
• Perfboard:
• Foaie acrilică:
• Adaptor de alimentare:
• Alimentare cu bancă:
• kit osciloscop:
• Kit ceas digital: https://amzn.to/3l5ymja /

Pasul 1: Conceptul de timp [dar pentru NOOBS]

În primul rând, trebuie să înțelegem răspunsul la câteva întrebări înainte de a putea intra în construirea acestui ceas digital! cum vom urmări timpul și cum putem defini timpul însuși?

Soluția la această problemă este destul de simplă (Dacă te gândești la tine ca la un adolescent rebel și te prefaci că peste un secol fizicienii nu s-au zgâriat niciodată acolo). Modul în care vom aborda această soluție ar putea fi contra-intuitiv, unde mai întâi vom vedea cum putem ține evidența timpului și apoi mai târziu defini timpul.

Luați în considerare ceasul ca un contor care poate număra numere de până la 0-60 și 0-24 (să ne facem griji doar pentru ceasul de 24 de ore pentru moment) ori de câte ori această valoare o depășește, pur și simplu treceți la următoarea desemnare superioară [Secunde -> Minute -> Ore -> Zile-> Luni-> Ani].

Dar ne lipsește un punct major aici: Când ar trebui să creștem această valoare contra? Să aruncăm o privire în definiția simplă a fizicii

„A doua este definită luând valoarea numerică fixă a frecvenței de cesiu ∆ν, frecvența de tranziție hiperfină a stării fundamentale neperturbate a atomului de cesiu 133, la 9 192 631 770 când este exprimată în unitatea Hz, care este egală cu s −1."

Dacă ați înțeles definiția, probabil că ar trebui să luați fizică teoretică și să renunțați la electronică!

Oricum, pentru simplitate, vom presupune că este timpul necesar pentru ca un atom de cesiu să vibreze de 9 miliarde de ori. Acum, când creșteți contorul la fiecare secundă sau este nevoie de timp pentru ca un atom de cesiu să vibreze de 9 miliarde de ori, veți obține un tip de ceas! La aceasta, dacă am putea adăuga logica în așa fel încât secunda să treacă la minute și minutele să treacă la ore când ajung la 60 (și la resetarea orelor la 24). Acest lucru ne va oferi un ceas complet funcțional pe care îl așteptăm.

Acum, să vedem cum putem aduce teoria în realitate, cu o magie a electronicii pure!

Pasul 2: Afișare cu șapte segmente

Să ne dăm seama mai întâi de modul de afișare a numărului (sau a timpului). Afișajele pe 7 segmente ar trebui să fie perfecte pentru această construcție, deoarece oferă un aspect retro și este, de asemenea, unul dintre cele mai simple afișaje disponibile pe piață, este atât de simplu încât este doar format din 7 LED-uri (8 LED-uri, dacă punctul LED, a fost numărat în) plasat într-un mod inteligent pentru a afișa valori alfanumerice care pot fi plasate în adiacente cu afișaje multiple pe 7 segmente pentru a arăta o valoare mai mare.

Există 2 varietăți ale acestor afișaje pe 7 segmente.

CATODĂ COMUNĂ: Toate terminalele -ve ale ledului sunt conectate la un punct comun, iar apoi acest punct comun este conectat la sol (GND). Acum, pentru a porni orice parte a segmentului se aplică o tensiune + ve pinului + ve corespunzător din acel segment.

CATODĂ ANODĂ: Toate terminalele + ve ale ledului sunt conectate la un punct comun, iar apoi acest punct comun este conectat la VCC. Acum, pentru a porni orice parte a segmentului, se aplică o tensiune -ve la pinul -ve corespunzător din acel segment.

Pentru aplicația noastră, vom folosi versiunea de catod comună a afișajului pe 7 segmente, deoarece IC-ul digital pe care îl vom folosi va emite semnal HIGH (semnal + ve).

Fiecare segment al acestui afișaj este numit de la A la G în sensul acelor de ceasornic, iar punctul (sau punctul) de pe afișaj este marcat ca „p”, amintiți-vă segmentele cu alfabetele corespunzătoare, care vor fi la îndemână în timp ce îl conectați la digital IC-uri.

Pasul 3: plasarea afișajului cu șapte segmente

Acest pas va fi un pic dificil, deoarece găsirea dimensiunii exacte a plăcii de perfecționare este destul de dificilă și s-ar putea să nu o găsiți. În acest caz, puteți combina 2 plăci perf pentru a face una mai mare.

Amplasarea afișajului pe 7 segmente este destul de simplă, așezați doar afișajul în mod egal cu spațierea corectă, astfel încât să puteți diferenția secundele, minutele și orele (consultați imaginea pentru amplasarea ledului).

Dacă ați observat că folosesc acum o grămadă de rezistențe de 100ohm pentru fiecare pin al afișajului, acest lucru este în totalitate pentru estetică și nu este necesar să folosiți aceste numeroase rezistențe. Dacă puteți pune un rezistor de 470ohm între pinul comun al afișajului cu 7 segmente și sol, acesta ar trebui să fie suficient de bun. (Aceste rezistențe sunt utilizate pentru a limita curentul care va trece prin LED)

Deoarece acest circuit are multe de lipit și pentru a mă asigura că nu pierd din ceea ce fac, am lipit pinii de afișare cu 7 segmente într-o secvență alfabetică la rezistențe și la sol până la vârful circuitului. Pare inutil și complicat, dar credeți-mă, acest lucru vă va ușura munca.

În timp ce construiam acest circuit, am găsit un truc interesant despre afișajul pe 7 segmente, oricând, din greșeală, dacă ați inversat afișajul pe 7 segmente cu capul în jos, nu trebuie să desoldați complet afișajul și să revindeți din nou. Fiecare pin va rămâne același, cu excepția pinului G și a pinului P, doar prin adăugarea unui fir de jumper simplu puteți remedia problema. (Verificați ultimele 2 imagini unde am folosit un cablu verde pentru a demonstra această problemă).

Pasul 4: Contor

"încărcare =" leneș"

Când vine vorba de circuite digitale, există doar 2 stări HIGH sau LOW (binar: 0 sau 1). Acest lucru îl putem raporta cu un comutator, când comutatorul este PORNIT putem spune că este o logică HIGH și când comutatorul este OPRIT putem spune că este o logică LOW. Dacă puteți porni și opri comutatorul cu o sincronizare constantă între PORNIT și OPRIT, puteți genera un semnal de undă pătrată.

Acum, timpul necesar pentru a crea ambele și semnalele înalte și joase împreună se numește Perioadă de timp. Dacă puteți porni comutatorul timp de 0,5 sec și opri comutatorul timp de 0,5 sec, atunci perioada de timp a acestui semnal va fi de 1 secundă. În mod similar, de câte ori comutatorul pornește și se oprește într-o secundă se numește Frecvență.

[Exemplu: 4Hz -> de 4 ori porniți și de 4 ori opriți]

Acest lucru s-ar putea să nu pară prea mult folos la început, dar această sincronizare a semnalului este foarte necesară pentru a menține totul sincronizat în circuitele digitale, de aceea unele circuite digitale cu semnale de ceas sunt numite și circuite sincrone.

Dacă putem genera o undă pătrată de 1Hz ne putem crește contorul la fiecare secundă, la fel ca secunde pe ceasul digital. Conceptul de aici este încă destul de vag, deoarece avem nevoie de timpul necesar pentru ca un atom de cesiu să vibreze de 9 miliarde de ori (așa cum am văzut în pasul 1), deoarece asta ne va oferi o secundă. Acest tip de precizie folosind circuitul nostru va fi aproape imposibil, dar putem face mai bine dacă putem folosi un osciloscop (unde timpul este precalibrat) pentru a da o aproximare de o secundă.

Pasul 7: Selectarea unui circuit de ceas

Există numeroase modalități de a construi un generator de impulsuri de ceas. Iată însă câteva motive pentru care am folosit IC-ul 555 timer și câteva motive pentru care nu ar trebui.

Avantaj

• Circuitul este foarte simplu (pentru începători)
• Necesită o amprentă foarte mică
• ușor de reglat frecvența ceasului
• Poate avea o gamă largă de tensiune (nu este necesar pentru circuitul nostru digital de ceas)

Dezavantaj

• Sincronizarea ceasului nu este precisă
• Semnalul ceasului poate fi grav afectat de temperatură / umiditate
• Sincronizarea ceasului se datorează rezistențelor și condensatoarelor

Alternative pentru generatorul de frecvență sau generatorul de impulsuri de ceas: Oscilator de cristal, Frecvența de divizare

Pasul 8: Amplasarea circuitului de ceas

Așezați circuitul de ceas exact sub partea secundară a ceasului digital, ceea ce va face conexiunea mai ușoară între IC 4026 și IC 555.

În acest moment, a fost complet inutil să faci poze după fiecare circuit, deoarece circuitele se complică foarte mult, cu multe fire care circulă în direcții diferite. Deci, construiți separat circuitul de ceas fără să vă faceți griji cu privire la restul circuitului și, odată ce ați terminat, conectați doar ieșirea (pinul 3) al 555 timer IC la pinul de ceas al IC 4026.

Pasul 9: Schimbarea / creșterea logicii

Locul doi în concursul Remix