Zegar cyfrowy, ale bez mikrokontrolera [Hardcore Electronics]: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Budowanie obwodów z mikrokontrolerem jest dość łatwe, ale całkowicie zapominamy o mnóstwie pracy, jaką musiał wykonać mikrokontroler, aby wykonać proste zadanie (nawet za miganie diody). Jak więc trudno byłoby stworzyć zegar cyfrowy całkowicie od zera? Bez kodowania i bez mikrokontrolera, a żeby był to prawdziwy HARDCORE, co powiesz na zbudowanie obwodu w płytce perf bez użycia płytek drukowanych.

To naprawdę trudny projekt, nie ze względu na to, jak działa logika zegara, ale ze względu na to, jak zamierzamy zbudować obwód ze wszystkimi tymi komponentami razem w kompaktowej płytce perf.

Ten projekt został zainspirowany tym instruktażem (autor: hp07) w 2018 roku, który byłby szalenie trudny do wbudowania w płytę perforowaną ze względu na liczbę połączeń i użytych komponentów. Więc trochę pogrzebałem w Internecie, aby zmniejszyć złożoność, ale nadal uczynić go dość podstawowym i trudnym do zbudowania na płycie perf.

Inne referencje: scopionz, danyk

Kieszonkowe dzieci

Oto lista produktów, które pomogą Ci z łatwością wykonać ten projekt

(Link afiliacyjny)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Wyświetlacz 7-segmentowy:
• Potencjometr:
• Zestaw rezystorów:
• Dioda:
• Zestaw kondensatorów:
• Przycisk:
• Płyta perforowana:
• Arkusz akrylowy:
• Zasilacz:
• Zasilanie ławki:
• zestaw oscyloskopowy:
• Zestaw zegara cyfrowego: https://amzn.to/3l5ymja /

Krok 1: Pojęcie czasu [ale dla NOOBS]

Najpierw musimy zrozumieć odpowiedź na kilka pytań, zanim będziemy mogli przejść do budowy tego cyfrowego zegara! jak będziemy śledzić czas i jak możemy zdefiniować sam czas?

Rozwiązanie tego problemu jest dość proste (jeśli myślisz o sobie jako o zbuntowanym nastolatku i po prostu udajesz, że ponad stuletni fizycy nigdy się tam nie drapali, pomyśl o tym). Sposób, w jaki zamierzamy podejść do tego rozwiązania, może być sprzeczny z intuicją, gdzie najpierw zobaczymy, jak możemy śledzić czas, a później go zdefiniować.

Rozważ zegar jako licznik, który może liczyć liczby do 0-60 i 0-24 (na razie martwmy się tylko zegarem 24-godzinnym), gdy ta wartość przekroczy, po prostu przejdź do następnego wyższego oznaczenia [Sekundy -> Minuty -> Godziny ->Dni->Miesiące->Lata].

Ale brakuje nam tutaj ważnej kwestii, kiedy powinniśmy zwiększyć tę wartość licznika? Przyjrzyjmy się prostej definicji fizyki

„Druga jest zdefiniowana poprzez przyjęcie stałej wartości liczbowej częstotliwości cezu ∆ν, częstotliwości nadsubtelnego przejścia w stanie podstawowym w stanie podstawowym atomu cezu 133, jako 9 192 631 770 wyrażonej w jednostce Hz, która jest równa s -1."

Jeśli rozumiesz definicję, prawdopodobnie powinieneś wziąć fizykę teoretyczną i zrezygnować z elektroniki!

W każdym razie, dla uproszczenia, załóżmy, że atom cezu wibruje 9 miliardów razy. Teraz, gdy zwiększasz licznik co sekundę lub gdy atom cezu wibruje 9 miliardów razy, otrzymujesz coś w rodzaju zegara! Do tego, gdybyśmy mogli po prostu dodać logikę w taki sposób, że sekundy przechodzą na minuty, a minuty na godziny, gdy osiągną 60 (a godziny resetują się po 24). To da nam w pełni funkcjonalny zegar, którego oczekujemy.

Zobaczmy teraz, jak możemy wprowadzić teorię w rzeczywistość, z odrobiną magii czystej elektroniki!

Krok 2: Wyświetlacz siedmiosegmentowy

Najpierw wymyślmy sposób wyświetlania liczby (lub czasu). 7-segmentowe wyświetlacze powinny być idealne do tej zabudowy, ponieważ nadają wygląd retro, a ponadto jest to jeden z najprostszych wyświetlaczy dostępnych na rynku, jest tak prosty, że składa się z 7 diod LED (8 diod, jeśli chodzi o LED, został naliczony) umieszczony w sprytny sposób, aby pokazać wartości alfanumeryczne, które można umieścić obok wielu wyświetlaczy 7-segmentowych, aby pokazać większą wartość.

Istnieją 2 odmiany tych 7-segmentowych wyświetlaczy.

WSPÓLNA KATODA: Cały -ve terminal diody jest podłączony do wspólnego punktu, a następnie ten wspólny punkt jest podłączony do ziemi (GND). Teraz, aby włączyć dowolną część segmentu, napięcie +ve jest przykładane do odpowiedniego pinu +ve tego segmentu.

KATODA ANODA: Wszystkie zaciski +ve diody są podłączone do wspólnego punktu, a następnie ten wspólny punkt jest podłączony do VCC. Teraz, aby włączyć dowolną część segmentu, do odpowiedniego styku -ve tego segmentu przykładane jest napięcie -ve.

W naszej aplikacji będziemy używać 7-segmentowej wersji wyświetlacza ze wspólną katodą, ponieważ cyfrowy układ scalony, którego będziemy używać, będzie wysyłał sygnał HIGH (sygnał +ve).

Każdy segment tego wyświetlacza jest nazwany od A do G zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a kropka (lub punkt) na wyświetlaczu jest oznaczony jako „p”, zapamiętaj segmenty z odpowiadającymi im alfabetami, które będą przydatne podczas podłączania go do cyfrowego IC.

Krok 3: Umieszczenie wyświetlacza siedmiosegmentowego

Ten krok będzie nieco trudny, ponieważ znalezienie dokładnego rozmiaru deski perforowanej jest dość trudne i możesz jej nie znaleźć. Jeśli tak jest, możesz połączyć 2 płyty perforowane, aby uzyskać większą.

Umieszczenie wyświetlacza 7-segmentowego jest dość proste, wystarczy ustawić wyświetlacz równomiernie z odpowiednim odstępem, aby można było rozróżnić sekundy, minuty i godziny (sprawdź obraz dla umieszczenia diody).

Jeśli zauważyłeś do tej pory, używam kilku rezystorów 100 omów na każdy pin wyświetlacza, jest to całkowicie estetyczne i nie ma potrzeby używania tych wielu rezystorów. Jeśli możesz umieścić opornik 470 omów między wspólnym pinem 7-segmentowego wyświetlacza a masą, to powinno wystarczyć. (Te rezystory służą do ograniczania prądu, który przechodzi przez diodę LED)

Ponieważ ten obwód ma dużo do lutowania i aby nie stracić z oczu tego, co robię, przylutowałem 7-segmentowe styki wyświetlacza w kolejności alfabetycznej do rezystorów, a masę do górnej części obwodu. Wydaje się to bezużyteczne i skomplikowane, ale uwierz mi, ułatwi ci to pracę.

Budując ten obwód znalazłem fajną sztuczkę dotyczącą 7-segmentowego wyświetlacza, w każdej chwili przez pomyłkę, jeśli odwróciłeś 7-segmentowy wyświetlacz do góry nogami, nie musisz całkowicie wylutowywać wyświetlacza i ponownie przelutowywać. Każdy pin pozostanie taki sam, z wyjątkiem pinu G i pinu P, wystarczy dodać prosty przewód połączeniowy, aby rozwiązać problem. (Sprawdź ostatnie 2 obrazy, na których użyłem zielonego przewodu połączeniowego, aby zademonstrować ten problem).

Krok 4: Licznik

"ładowanie="leniwe"

W przypadku układów cyfrowych są tylko 2 stany HIGH lub LOW (binarny: 0 lub 1). Możemy to odnieść do przełącznika, kiedy przełącznik jest włączony, możemy powiedzieć, że jest to logika WYSOKA, a gdy przełącznik jest wyłączony, możemy powiedzieć, że jest to logika NISKA. Jeśli możesz WŁĄCZYĆ i WYŁĄCZYĆ przełącznik w stałym czasie pomiędzy WŁĄCZENIEM i WYŁĄCZENIEM, można wygenerować sygnał fali prostokątnej.

Teraz czas potrzebny do stworzenia zarówno wysokich, jak i niskich sygnałów razem nazywa się Okresem Czasu. Jeśli możesz włączyć przełącznik na 0,5 sekundy i wyłączyć przełącznik na 0,5 sekundy, to okres czasu tego sygnału będzie wynosił 1 sekundę. Podobnie, liczba razy, gdy przełącznik włącza się i wyłącza w ciągu sekundy, nazywana jest częstotliwością.

[Przykład: 4 Hz -> 4-krotne włączenie i 4-krotne wyłączenie]

Na pierwszy rzut oka może się to wydawać niezbyt przydatne, ale takie taktowanie sygnału jest bardzo potrzebne, aby wszystko było zsynchronizowane w obwodach cyfrowych, dlatego niektóre obwody cyfrowe z sygnałami zegara są również nazywane obwodami synchronicznymi.

Jeśli możemy wygenerować falę prostokątną o częstotliwości 1 Hz, możemy zwiększać nasz licznik co sekundę, tak jak sekundy na zegarze cyfrowym. Koncepcja tutaj jest nadal dość niejasna, ponieważ potrzebujemy czasu, aby atom cezu wibrował 9 miliardów razy (jak widzieliśmy w kroku 1), ponieważ to da nam jedną sekundę. Taka precyzja przy użyciu naszego obwodu będzie prawie niemożliwa, ale możemy zrobić lepiej, jeśli użyjemy oscyloskopu (gdzie czas jest wstępnie skalibrowany), aby uzyskać przybliżenie jednej sekundy.

Krok 7: Wybór obwodu zegara

Istnieje wiele sposobów na zbudowanie generatora impulsów zegarowych. Ale oto kilka powodów, dla których użyłem układu scalonego 555 timera i kilka powodów, dla których nie powinieneś.

Korzyść

• Obwód jest bardzo prosty (przyjazny dla początkujących)
• Wymaga bardzo małej powierzchni
• łatwa regulacja częstotliwości zegara
• Może mieć szeroki zakres napięcia (nie jest to konieczne dla naszego obwodu zegara cyfrowego)

Niekorzyść

• Taktowanie zegara nie jest precyzyjne
• Na sygnał zegara może poważnie wpływać temperatura/wilgotność
• Taktowanie zegara jest spowodowane rezystorami i kondensatorami

Alternatywy dla generatora częstotliwości lub generatora impulsów zegarowych: oscylator kwarcowy, częstotliwość dzielenia

Krok 8: Umieszczenie obwodu zegara

Umieść obwód zegara dokładnie poniżej sekundowej części zegara cyfrowego, ułatwi to połączenie między IC 4026 i IC 555.

W tym momencie robienie zdjęć po każdym obwodzie było całkowicie bezużyteczne, ponieważ obwody stają się bardzo skomplikowane z wieloma przewodami biegnącymi w różnych kierunkach. Tak więc, po prostu zbuduj obwód zegara osobno, nie martwiąc się o resztę obwodu, a kiedy to zrobisz, po prostu podłącz wyjście (pin 3) układu scalonego 555 timera do pinu zegara układu IC 4026.

Krok 9: Przełączanie/inkrementacja logiki

Drugie miejsce w konkursie remiksów