Цифров часовник, но без микроконтролер [хардкор електроника]: 13 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Създаването на схеми с микроконтролер е доста лесно, но напълно забравяме тоновете работа, през която микроконтролерът трябваше да премине, за да изпълни проста задача (дори за мигане на светодиод). И така, колко трудно би било да се направи цифров часовник напълно от нулата? Без кодиране и без микроконтролер.

Това наистина е предизвикателен проект, не заради начина, по който работи логиката на часовника, а заради начина, по който ще изградим веригата с всички тези компоненти заедно в компактна перф платка.

Този проект е вдъхновен от тази инструкция (автор: hp07) още през 2018 г., която би било безумно трудно да се изгради в перф-борд поради броя на връзките и използваните компоненти. И така, направих малко копаене онлайн, за да намаля сложността, но все пак го направих сравнително елементарен и труден за изграждане в перф-дъска.

Други справки: scopionz, danyk

Консумативи

Това е списъкът с продукти, които могат да ви помогнат да направите този проект с лекота

(Партньорска връзка)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-сегментен дисплей:
• Потенциометър:
• Комплект резистори:
• Диод:
• Комплект кондензатори:
• Бутон:
• Perfboard:
• Акрилен лист:
• Захранващ адаптер:
• Захранване на пейка:
• комплект осцилоскоп:
• Комплект цифрови часовници:

Стъпка 1: Концепция за времето [но за NOOBS]

Първо, трябва да разберем отговора на няколко въпроса, преди да можем да преминем към изграждането на този цифров часовник! как ще следим времето и как можем да определим самото време?

Решението на този проблем е съвсем просто (Ако мислите за себе си като за непокорен тийнейджър и просто се преструвате, че повече от век физиците никога не са чесали главата си по този въпрос). Начинът, по който ще подходим към това решение, може да е контраинтуитивен, където първо ще видим как можем да следим времето, а след това по-късно да дефинираме времето.

Помислете за часовника като брояч, който може да брои числа до 0-60 и 0-24 (нека просто се притесняваме само за 24 -часов часовник засега), когато тази стойност надвишава, просто прехвърлете към следващото по -високо обозначение [Секунди -> Минути -> Часове-> Дни-> Месеци-> Години].

Но тук пропускаме една важна точка: Кога трябва да увеличим тази стойност на брояча? Нека да разгледаме простата дефиниция на физиката

"Вторият се определя чрез приемане на фиксираната цифрова стойност на цезиевата честота ∆ν, честотата на невъзмутено хиперфинно преходно състояние на основното състояние на атома цезий 133, да бъде 9 192 631 770, изразена в единица Hz, която е равна на s −1."

Ако сте разбрали определението, вероятно трябва да вземете теоретична физика и да се откажете от електрониката!

Както и да е, за простота, просто ще приемем, че е време, необходимо на атом на цезий да вибрира 9 милиарда пъти. Сега, когато увеличавате брояча на всяка секунда или време, цезиевият атом да вибрира 9 милиарда пъти, вие получавате нещо като часовник! Към това, ако можем просто да добавим логика по такъв начин, че секундите се пренасят в минути, а минутите се пренасят в часове, когато достигнат 60 (и часовете се нулират на 24). Това ще ни даде напълно функционален часовник, който очакваме.

Сега, нека да видим как можем да въведем теорията в реалност, с малко магия на чистата електроника!

Стъпка 2: Седемсегментен дисплей

Нека първо да разберем начина на показване на номера (или часа). 7-сегментните дисплеи трябва да са идеални за тази конструкция, защото придават ретро вид, а също така са и един от най-простите дисплеи, които се предлагат на пазара, толкова са прости, че са направени само от 7 светодиода (8 светодиода, ако LED, беше отчетено) поставени по хитър начин, за да покажат буквено-цифрови стойности, които могат да бъдат поставени в съседство с множество 7-сегментни дисплеи, за да покажат по-голяма стойност.

Има 2 разновидности на тези 7 сегментни дисплеи.

ОБЩ КАТОД: Всички терминали -ve на светодиода са свързани към обща точка, а след това тази обща точка е свързана към земята (GND). Сега, за да включите която и да е част от сегмента, a +ve напрежение се прилага към съответния +ve щифт на този сегмент.

КАТОДЕН АНОД: Всички +ve изводи на светодиода са свързани към обща точка, а след това тази обща точка е свързана към VCC. Сега, за да включите всяка част от сегмента, се прилага напрежение -ve към съответния щифт -ve на този сегмент.

За нашето приложение ще използваме общата катодна версия на 7-сегментния дисплей, защото цифровата IC, която ще използваме, ще извежда HIGH сигнал (+ve сигнал).

Всеки сегмент на този дисплей е кръстен от A до G по посока на часовниковата стрелка и точката (или точката) на дисплея е маркирана като „p“, запомнете сегментите със съответните им азбуки, което ще бъде удобно, докато го свързвате към цифровия ИС.

Стъпка 3: Поставяне на седемсегментен дисплей

Тази стъпка ще бъде малко трудна, защото намирането на точния размер на перф-борда е доста трудно и може да не намерите такъв. В такъв случай можете да комбинирате 2 перф-борда, за да направите по-голям.

Поставянето на 7-сегментния дисплей е доста просто, просто поставете дисплея равномерно с дясно разстояние, за да можете да различавате секундите, минутите и часовете (вижте изображението за поставянето на светодиода).

Ако сте забелязали, че досега използвам куп резистори от 100 ома за всеки щифт на дисплея, това е изцяло за естетика и не е необходимо да се използват тези много резистори. Ако можете да поставите 470ohm резистор между общия щифт на 7-сегментния дисплей и земята, това трябва да е достатъчно добро. (Тези резистори се използват за ограничаване на тока, който ще премине през светодиода)

Тъй като тази верига има много за запояване и за да не се загуби представа за това, което правя, запоявах 7-сегментните щифтове на дисплея в азбучна последователност към резисторите и земята към горната част на веригата. Изглежда безполезно и сложно, но повярвайте ми, това ще улесни работата ви.

Докато изграждах тази схема, открих страхотен трик относно 7 -сегментния дисплей, по всяко време по погрешка, ако сте обърнали 7 -сегментния дисплей с главата надолу, не е нужно да разтваряте дисплея напълно и да го разпаявате отново. Всеки щифт ще остане същият, с изключение на щифта G и щифта P, само като добавите обикновен джъмпер, можете да отстраните проблема. (Проверете последните 2 изображения, където съм използвал зелен проводник, за да демонстрирам този проблем).

Стъпка 4: Брояч

"loading =" мързелив"

Що се отнася до цифровите схеми, има само 2 състояния ВИСОКО или НИСКО (двоично: 0 или 1). Това можем да свържем с превключвател, когато превключвателят е в положение ON, можем да кажем, че това е логика HIGH и когато превключвателят е изключен, можем да кажем, че е логика LOW. Ако можете да включите и изключите превключвателя с последователно време между ON и OFF, можете да генерирате сигнал с квадратна вълна.

Сега времето, необходимо за създаване както на високи, така и на ниски сигнали заедно, се нарича времеви период. Ако можете да включите превключвателя за 0,5 секунди и да изключите превключвателя за 0,5 секунди, тогава периодът от време на този сигнал ще бъде 1 секунда. По същия начин броят пъти, когато превключвателят се включва и изключва за секунда, се нарича честота.

[Пример: 4Hz -> 4 пъти включване и 4 пъти изключване]

В началото това може да изглежда малко полезно, но това синхронизиране на сигнала е много необходимо, за да се поддържа всичко в синхрон в цифровите схеми, поради което някои цифрови схеми с тактови сигнали се наричат още синхронни.

Ако можем да генерираме квадратна вълна от 1Hz, можем да увеличаваме брояча си всяка секунда, точно като секунди на цифровия часовник. Концепцията тук все още е доста неясна, защото се нуждаем от времето, необходимо за атом на цезий да вибрира 9 милиарда пъти (както видяхме в стъпка 1), защото това ще ни даде една секунда. Този вид прецизност, използваща нашата верига, ще бъде почти невъзможен, но можем да направим по-добре, ако можем да използваме осцилоскоп (където времето е предварително калибрирано), за да дадем приближение от една секунда.

Стъпка 7: Избор на тактова верига

Има много начини за изграждане на генератор на тактови импулси. Но ето няколко причини, поради които използвах таймера 555 IC и няколко причини, поради които не трябва.

Предимство

• Веригата е много проста (удобна за начинаещи)
• Изисква много малък отпечатък
• лесно регулиране на тактовата честота
• Може да има широк диапазон на напрежение (Не е необходимо за нашата цифрова верига на часовника)

Недостатък

• Времето на часовника не е точно
• Сигналът на часовника може да бъде сериозно повлиян от температура/ влажност
• Часовникът се дължи на резистори и кондензатори

Алтернативи за честотен генератор или генератор на тактови импулси: Кристален осцилатор, Делителна честота

Стъпка 8: Поставяне на веригата на часовника

Поставете веригата на часовника точно под секундата на цифровия часовник, това ще улесни свързването между IC 4026 и IC 555.

В този момент беше напълно безполезно да се правят снимки след всяка верига, тъй като веригите се усложняват с много проводници, които се разхождат в различни посоки. Така че, просто изградете часовниковата верига отделно, без да се притеснявате за останалата част от веригата, и след като това стане, просто свържете изхода (щифт 3) на 555 таймер IC към часовника на IC 4026.

Стъпка 9: Превключване/увеличаване на логиката

Вицешампион в конкурса за ремикси