IC Egg Timer: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Autor: Gabriel Chiu

Przegląd

Ten projekt demonstruje podstawy logiki cyfrowej, charakterystykę timera NE555 i pokazuje, jak liczone są liczby binarne. Zastosowane komponenty to: zegar NE555, 12-bitowy licznik tętnień, dwie 2-wejściowe bramki NOR, 4-wejściowa bramka AND, 2-wejściowa bramka AND i 2-wejściowa bramka OR. Bramki logiczne, NOR, AND i OR występują w odpowiednikach TTL i CMOS, które można znaleźć w Lee's Electronic. Ten projekt to prosty minutnik do jajek z dwoma ustawieniami: na twardo lub na miękko i wyposażony w funkcję resetowania.

Części i narzędzia

• 1x deska do krojenia chleba (numer Lee: 10516)

• 1x bateria 9V (numer Lee: 8775 lub 16123)

  UWAGA: TEN OBWÓD MOŻE RÓWNIEŻ PRACOWAĆ PRZY ZASILANIU 5V. NIE PRZEKRACZAJ 9 V, PONIEWAŻ MOŻE TO USZKODZIĆ CHIPS IC

• 1x uchwyt baterii 9V (numer Lee: 657 lub 6538 lub 653)
• Solidny drut przyłączeniowy (numer Lee: 2249)
• Przewód połączeniowy (numer Lee: 10318 lub 21805)
• Przewody testowe aligatora (numer Lee: 690)
• 3x przełączniki dotykowe (numer Lee: 31241 lub 31242)
• 1x Zegar NE555 (Numer Lee: 7307)
• 1x 12-bitowy licznik tętnień CMOS 4040 (numer Lee: 7210)
• 1x wejście Dual Quad ORAZ bramka CMOS 4082 (numer Lee: 7230)
• 1x Quad 2-wejściowy ORAZ bramka CMOS 4081 (numer Lee: 7229)
• 2x Quad 2-wejściowa bramka NOR CMOS 4001 lub 74HC02 (numer Lee: 7188 lub 71692)
• 1x poczwórna 2-wejściowa bramka OR 74HC32 (numer Lee: 71702)
• 3x rezystory 1k OHM ¼ W (numer Lee: 9190)
• 2x rezystory 150k OHM ¼ W (numer Lee: 91527)
• 1x 10nF (0,01 UF) kondensator (numer Lee: 8180)
• 1x 4.7UF Kondensator (numer Lee: 85)
• 1x dioda 1N4001 (numer Lee: 796)
• 1x brzęczyk 3-24V DC ciągły (numer Lee: 4135)

Narzędzia

1x szczypce do ściągania izolacji (numer Lee: 10325)

Krok 1: Konfiguracja tablicy

Skonfigurowanie tablicy do tego projektu jest kluczowe. Ta konfiguracja ma na celu zapewnienie, że wszystkie szyny zasilające (linie czerwone i niebieskie) są zasilane.

1. Będziesz musiał użyć przewodu połączeniowego, aby połączyć dwa zaciski bananowe na górze płytki z samą płytką stykową. Pomoże to w podłączeniu baterii lub źródła zasilania.
2. Tak jak na rysunku 1 powyżej, umieść czerwony przewód łączący, aby połączyć ze sobą czerwone linie szynowe.
3. Użyj czarnego drutu, aby połączyć ze sobą niebieskie linie kolejowe. (Użyłem czarnego drutu, ale niebieski jest w porządku)

WAŻNE!: Upewnij się, że żadna z czerwonych linii NIE jest połączona z liniami niebieskimi. Spowoduje to zwarcie obwodu i spalenie płyty chlebowej oraz zniszczenie przewodów i baterii.

UPEWNIJ SIĘ, ŻE TWOJA TABLICA NIE JEST ZASILANA PODCZAS OKABLOWANIA! MOŻE TO SPOWODOWAĆ PRZYPADKOWE USZKODZENIE TWOICH PODZESPOŁÓW

Zanim zaczniemy, będziemy używać znacznej ilości układów scalonych na naszej płytce prototypowej, więc podam lokalizację miejsca na płytce prototypowej, aby umieścić komponenty w celu uzyskania ładnego i łatwego odstępu.

Większość układów scalonych ma wskaźnik na chipie, który pokazuje, gdzie znajduje się kierunek do przodu lub do przodu. Chip powinien mieć małe nacięcie, aby wskazać, gdzie znajduje się przód chipa, jak pokazano na rysunku 2.

(Jeśli ciekawi Cię mały obwód LED w rogu, przejdź do samego końca. Pokażę Ci, dlaczego tam jest i jak działa)

Krok 2: Konfiguracja timera

Ten zegar co sekundę wysyła impuls do licznika, którego użyjemy w następnym kroku. Na razie skupimy się na prawidłowym ustawieniu Timera NE55. Użyłem kalkulatora timera NE555, aby znaleźć wartości rezystora i kondensatora potrzebne do ustawienia okresu na 1 sekundę. Zapewni to, że licznik będzie liczył sekundy.

1. Umieść układ scalony timera NE555 na płytce do krojenia chleba, tak aby przednie kołki znajdowały się na poziomie numer 5 po lewej stronie płytki do krojenia chleba
2. Podłącz pin 8 do czerwonej linii kolejowej
3. Podłącz pin 1 do niebieskiej linii kolejowej
4. Podłącz pin 7 do czerwonej linii kolejowej za pomocą jednego z rezystorów 150k OHM

5. Podłącz pin 7 do pinu 2 za pomocą drugiego rezystora 150k OHM i diody 1N4001

   • Upewnij się, że linia diody jest skierowana w stronę Pin 2, jak pokazano na schemacie
   • Nie martw się o kierunek, w którym skierowany jest rezystor
6. Połącz również pin 6 z pinem 2 za pomocą przewodu lub zworki
7. Podłącz pin 5 do niebieskiej linii kolejowej za pomocą kondensatora 10nF
8. Podłącz pin 2 do niebieskiej linii kolejowej za pomocą kondensatora 4,7 uF;
9. Upewnij się, że przewód znajdujący się po stronie oznaczenia linii jest podłączony do niebieskiej szyny, w przeciwnym razie kondensator jest do tyłu
10. Podłącz pin 4 do czerwonej linii kolejowej za pomocą przewodu, aby wyłączyć funkcję resetowania;
11. Na koniec umieść zworkę na styku 3 w następnym kroku.

Krok 3: Konfiguracja licznika

To najważniejsza część całego systemu, bo inaczej dostaniesz coś więcej niż tylko jajko na twardo!

1. Umieść układ scalony licznika CMOS 4040 na płytce do krojenia chleba, za układem timera NE555, tak aby przednie piny znajdowały się na poziomie 10
2. Podłącz pin 16 do czerwonej linii kolejowej
3. Podłącz pin 8 do niebieskiej linii kolejowej
4. Podłącz pin 10 do wyjścia timera NE555 (styk 3 na NE555), który zostawiłeś w poprzednim kroku
5. Zostaw Pin 11 dla funkcji resetowania

Krok 4: Przygotowanie mózgu systemu

Pierwszym krokiem do skonfigurowania mózgu systemu jest zadanie pytania: Jak długo chcemy, aby nasze jajka się gotowały?

System posiada dwa ustawienia gotowania; gotowane na twardo i na miękko. Jednak najtrudniejsze jest to, że systemy cyfrowe (nawet komputery) liczą się w liczbach binarnych, czyli jedynek i zer. więc musimy przekonwertować nasze normalne liczby dziesiętne na liczby binarne.

CZAS NA KOCHANIE NUMERU

Konwersja liczby dziesiętnej na binarną odbywa się w prostych krokach dzielenia.

1. Weź swoją liczbę i podziel ją przez 2
2. Zapamiętaj wynik i resztę z dzielenia
3. Reszta trafia do pierwszego bitu
4. Podziel swój wynik przez 2

5. Powtarzaj kroki od 2 do 4 dla każdego kolejnego bitu, aż wynik osiągnie zero.

   UWAGA: LICZBY BINARNE SĄ ODCZYTYWANE OD PRAWEJ DO LEWEJ, WIĘC BIT #1 JEST NAJBARDZIEJ WŁAŚCIWĄ LICZBĄ

Przykład, dla liczby dziesiętnej: 720

Patrz tabela powyżej

Dlatego wynikowa liczba binarna to 0010 1101 0000. Utrzymałem liczbę binarną w grupach po 4, aby uzyskać równe odstępy i dopasować nasz 12-bitowy licznik.

Znalezienie naszych czasów

Do tego projektu wybrałem 3 minuty na miękko i 6 minut na twardo. Te czasy należy przekonwertować na sekundy, aby dopasować się do szybkości naszego timera NE555 i naszego licznika.

W ciągu 1 minuty jest 60 sekund.

Tak więc 3 minuty zamieniają się w 180 sekund, a 6 minut zamieniają się w 360 sekund

Następnie musimy przekonwertować go na binarny.

Stosując metodę konwersji dziesiętnej na binarną otrzymujemy:

360 sekund 0001 0110 1000

180 sekund 0000 1011 0100

Krok 5: Konfiguracja 4-wejściowego ORAZ bramki CMOS 4082

Możemy wreszcie zacząć konfigurować mózg systemu na naszej tablicy prototypowej. Po pierwsze, 4-wejściowa bramka AND. Ta bramka wymaga, aby wszystkie wejścia miały wartość 1, zanim wyjście stanie się samo 1. Na przykład, jeśli wybraliśmy 3 minuty; bity 3, 5, 6 i 8 muszą być jedynkami, zanim bramka AND może wyprowadzić 1. To sprawi, że nasz system będzie wyzwalał się tylko w określonych momentach.

1. Umieść 4-wejściowy układ scalony CMOS 4082 AND Gate IC na płytce do krojenia chleba za licznikiem CMOS 4040, tak aby przednie piny znajdowały się na poziomie 20
2. Podłącz pin 14 do czerwonej linii kolejowej
3. Podłącz pin 7 do niebieskiej linii kolejowej
4. Połącz styki 2-5 z szpilkami licznika, jak pokazano na powyższym schemacie
5. Zrób to samo dla pinów 12-9
6. Piny 6 i 8 nie zostaną użyte, więc możesz je zostawić w spokoju

Krok 6: Konfiguracja przycisków i zatrzasków

To jest główna kontrola i kolejna kluczowa część systemu!

Najpierw zacznijmy od koncepcji zatrzasków. Rysunek 3 to schemat obwodu przedstawiający, jak będzie wyglądał jeden z naszych zatrzasków przy użyciu naszych bramek CMOS 4001 NOR.

Gdy jedno wejście jest WŁĄCZONE (podając stan logiczny wysoki lub 1), system przełączy które wyjście jest WŁĄCZONE i utrzyma je w stanie WŁĄCZONYM. Gdy drugie wejście jest WŁĄCZONE, system przełączy się ponownie i utrzyma to nowe wyjście włączone.

Teraz zastosuj go w naszym obwodzie!

Pierwszy zatrzask będzie na wyjściu 4-wejściowego I właśnie podłączyliśmy.

1. Umieść układ scalony CMOS 4001 NOR Gate IC na płytce do krojenia chleba za bramką CMOS 4082 4-Input AND, tak aby przednie piny miały numer 30
2. Podłącz pin 14 do czerwonej linii kolejowej
3. Podłącz pin 7 do niebieskiej linii kolejowej
4. Połącz pin 1 z pinem 1 bramki AND
5. Połącz styki 2 i 4 razem
6. Połącz styki 3 i 5 razem
7. Połącz pin 13 z pinem 13 bramki AND
8. Połącz styki 12 i 10 razem
9. Połącz styki 11 i 9 razem
10. Połącz ze sobą piny 6 i 8, użyjemy ich później do funkcji resetowania.

Krok 7: Konfiguracja przycisków i zatrzasków cd

Dalej jest drugi zatrzask i przyciski!

Umieścimy je na prawej połowie płytki, aby łatwiej było naciskać przyciski i utrzymywać nasz obwód w odpowiedniej odległości. Przyciski wykorzystują również zatrzask do ustawiania i resetowania wybranych ustawień.

1. Połóż przyciski (przełączniki dotykowe) na swojej tablicy

2. Podłącz przyciski jak na powyższym schemacie

   Zastosowane rezystory to rezystory 1k OHM

3. Podłącz CMOS 4001 tak, jak poprzednio dla pierwszego zatrzasku, ale zamiast tego podłączamy przyciski do wejść CMOS 4001

   Rysunek 4 używa odpowiednika 74HC02 NOR

TERAZ WRESZCIE UŻYJEMY TEGO PRZYCISKU RESET I WEJŚCIA RESET DO UŻYCIA!

1. Podłącz przycisk resetowania do innych miejsc resetowania w systemie

   • Zobacz zdjęcia w poprzednich krokach dla lokalizacji
   • Będziesz musiał użyć wielu przewodów połączeniowych, aby połączyć wszystkie styki razem
2. Wyjścia przycisków na twardo i na miękko z zatrzasku zostaną użyte w następnym kroku

Krok 8: Konfiguracja 2-wejściowej i bramki CMOS 4081

W tej części mamy do czynienia z potwierdzeniem wybranego przez nas ustawienia. Wyjście będzie włączone tylko wtedy, gdy oba wejścia są prawidłowe. Dzięki temu tylko jedno z ustawień aktywuje alarm na końcu.

1. Umieść układ CMOS 4081 I Gate IC na płytce do krojenia chleba za naszym pierwszym układem zatrzaskowym, tak aby przednie szpilki znajdowały się na poziomie 40 po prawej i lewej stronie płytki stykowej
2. Podłącz pin 14 do czerwonej linii kolejowej
3. Podłącz pin 7 do niebieskiej linii kolejowej
4. Podłącz wyjścia dwóch zatrzasków do wejść bramek AND (patrz Krok 6: Konfiguracja przycisków i zatrzasków)
5. Zrób to zarówno dla ustawień na twardo, jak i na miękko.

Krok 9: Kończenie systemu

Ostatnie poprawki do systemu. Bramka OR pozwala każdemu z wejść na włączenie wyjścia.

1. Umieść układ scalony 74HC32 OR Gate IC na płytce do krojenia chleba, za 2-wejściowym wejściem i bramką CMOS 4081, tak aby przednie szpilki znajdowały się na poziomie 50 po prawej i lewej stronie płytki stykowej
2. Podłącz pin 14 do czerwonej linii kolejowej
3. Podłącz pin 7 do niebieskiej linii kolejowej
4. Weź dwa wyjścia z kroku 7 i podłącz je do wejść układu 74HC32 (piny 1 i 2)
5. Podłącz wyjście (PIN 3) do czerwonego przewodu brzęczyka
6. Podłącz czarny przewód brzęczyka do niebieskiej linii kolejowej

Jesteś skończony

Podłącz baterię do uchwytu baterii i umieść czerwony przewód do czerwonego bananowego zacisku płytki stykowej, a czarny przewód do czarnego bananowego zacisku płytki stykowej, aby go zasilić. Aby uruchomić timer, najpierw naciśnij reset, a następnie wybierz opcję za każdym razem, gdy chcesz rozpocząć nowy czas, ponieważ timer NE555 jest stale uruchomiony i będzie zliczał system, jeśli przycisk resetowania nie zostanie najpierw naciśnięty

Przyszłe ulepszenia

Ten tor nie jest w 100% idealnym torem. Są rzeczy, które chciałbym poprawić:

1. Upewnij się, że timer i licznik NE555 rozpoczną zliczanie dopiero po dokonaniu wyboru
2. Zresetuj system po każdym zakończonym alarmie
3. Upewnij się, że można wybrać tylko jedną opcję na raz, obecnie można wybrać obie opcje
4. Oczyść obwód, aby ułatwić śledzenie i zrozumienie przepływu
5. Mieć część lub system, który pokazuje, który wybór został wybrany i aktualny czas timera

Krok 10: Film z operacji

Wymieniłem brzęczyk na mały obwód testowy. Po pomyślnym uruchomieniu alarmu dioda zmieni kolor z czerwonego na zielony.

Krok 11: BONUS obwodu punktu testowego

Więc… jesteś naprawdę ciekawy tego małego elementu.

Powyższe zdjęcia pokazują jak to wygląda na płytce oraz schemat ideowy dla obwodu. Ten obwód nazywa się obwodem testowania logiki. Może to sprawdzić, czy wyjścia układów scalonych lub wyjść cyfrowych są wysokie (1) lub niskie (0).

Ten obwód wykorzystuje podstawową koncepcję diod i prądu elektrycznego. Energia elektryczna płynie od wysokiego potencjału do niskiego potencjału jak rzeka, ale możesz zapytać, jak zmienia się potencjał? Potencjał obwodu spada po każdym elemencie. Na przykład na jednym końcu rezystora będzie miał wyższy potencjał niż na drugim końcu. Spadek ten nazywany jest spadkiem napięcia i jest spowodowany charakterystyką rezystora i znajduje się w prawie Ohma.

Prawo Ohma: Napięcie = Prąd x Rezystancja

Diody mają również spadek napięcia na nich, który spada dalej w miarę przemieszczania się po obwodzie. Trwa to, dopóki nie trafisz na symbol ziemi, który reprezentuje zerowy potencjał lub zerowe napięcie.

Teraz pytanie, w jaki sposób ten obwód testuje wysoki poziom logiczny (1) lub niski poziom logiczny (0)?

Cóż, kiedy podłączymy dowolne wyjście logiczne do punktu pomiędzy dwiema diodami LED, w tym punkcie pojawi się potencjał napięcia. Korzystając z podstaw diod, ponieważ diody LED są diodami elektroluminescencyjnymi i działają zgodnie z tymi samymi zasadami, diody umożliwiają przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Dlatego, gdy podłączysz diody w odwrotnym kierunku, nie zapalą się.

Efekt tego punktu pomiędzy dwiema diodami LED powoduje wystąpienie tej cechy. Gdy punkt jest logicznie wysoki (1), w tym punkcie umieszczany jest potencjał 5 woltów, a ponieważ potencjał napięcia przed CZERWONĄ diodą LED jest niższy niż potencjał w punkcie testowym, CZERWONA dioda LED nie włącza się. Zaświeci się jednak ZIELONA DIODA. To pokaże, że wszystko, co testujesz, jest na wysokim poziomie logicznym(1).

I odwrotnie, gdy punkt testowy jest na niskim poziomie logicznym (0), w punkcie testowym będzie potencjał napięcia zerowego. Pozwoli to tylko włączyć CZERWONĄ diodę LED, pokazując, że dowolny punkt, który próbujesz przetestować, jest na logicznym niskim poziomie.