Digitálne hodiny, ale bez mikrokontroléra [hardcore elektronika]: 13 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Je celkom ľahké stavať obvody pomocou mikrokontroléra, ale úplne zabúdame na množstvo práce, ktorú musel mikrokontrolér vykonať, aby vykonal jednoduchú úlohu (aj keď bliká LED dióda). Ako ťažké by bolo vytvoriť digitálne hodiny úplne od začiatku? Žiadne kódovanie a žiadny mikrokontrolér a aby to bolo skutočné HARDCORE, čo keby ste postavili obvod na výkonnej doske bez použitia akýchkoľvek dosiek s plošnými spojmi.

Toto je skutočne náročný projekt, nie kvôli tomu, ako funguje logika hodín, ale kvôli tomu, ako budeme stavať obvod so všetkými týmito komponentmi spoločne v kompaktnej doske.

Tento projekt bol inšpirovaný týmto návodom (autor: hp07) už v roku 2018, ktorý by bolo šialene ťažké postaviť do výkonnej dosky kvôli množstvu pripojení a použitých komponentov. Takže som trochu kopal online, aby som znížil zložitosť, ale napriek tomu je pomerne jednoduché a ťažké ho postaviť do výkonnej dosky.

Ďalšie odkazy: scopionz, danyk

Zásoby

Toto je zoznam produktov, ktoré vám môžu pomôcť ľahko vykonať tento projekt

(Affiliate Link)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-segmentový displej:
• Potenciometer:
• Sada rezistorov:
• Dióda:
• Súprava kondenzátorov:
• Tlačidlo:
• Perfboard:
• Akrylový list:
• Napájací adaptér:
• Napájanie na lavičku:
• súprava osciloskopu:
• Sada digitálnych hodín:

Krok 1: Pojem času [ale pre NOOBS]

Najprv musíme porozumieť odpovedi na niekoľko otázok, než sa pustíme do stavby týchto digitálnych hodín! ako budeme sledovať čas a ako môžeme definovať samotný čas?

Riešenie tohto problému je dosť jednoduché (ak si myslíte, že ste rebelský teenager a predstierate, že po storočie sa tu fyzici nikdy nepoškriabali) Spôsob, akým sa chystáme pristúpiť k tomuto riešeniu, môže byť neintuitívny, kde najskôr uvidíme, ako si dokážeme udržať čas a neskôr ho definovať.

Hodiny považujte za počítadlo, ktoré dokáže počítať čísla až 0-60 a 0-24 (zatiaľ sa zaoberajme iba hodinami 24 hodín), kedykoľvek ich táto hodnota prekročí, jednoducho prejdite na ďalšie vyššie označenie [sekundy -> minúty -> Hodiny-> dni-> mesiace-> roky].

Chýba nám tu však hlavný bod, kedy by sme mali túto protihodnotu zvýšiť? Pozrime sa na jednoduchú definíciu fyziky

„Druhá je definovaná tak, že pevná numerická hodnota céziovej frekvencie ∆ν, nepokojnej hyperjemnej prechodovej frekvencie základného stavu atómu cézia 133, je 9 192 631 770, ak je vyjadrená v jednotke Hz, ktorá sa rovná s -1."

Ak ste pochopili definíciu, pravdepodobne by ste mali vziať teoretickú fyziku a prestať s elektronikou!

Každopádne, pre jednoduchosť budeme len predpokladať, že je to čas, ktorý atóm cézia vibruje 9 miliárd krát. Teraz, keď zvýšite počítadlo každú jednu sekundu alebo keď atóm cézia vibruje 9 miliárd krát, získate niečo ako hodiny! K tomu, ak by sme mohli len pridať logiku takým spôsobom, že sekundy sa prenášajú na minúty a minúty na hodiny, keď dosiahnu 60 (a hodiny sa resetujú 24. Získame tak plne funkčné hodiny, ktoré očakávame.

Teraz sa pozrime, ako môžeme teóriu uviesť do reality pomocou kúzla čistej elektroniky!

Krok 2: Sedemsegmentový displej

Poďme najskôr zistiť spôsob zobrazenia čísla (alebo času). 7-segmentové displeje by mali byť pre túto zostavu perfektné, pretože dodávajú retro vzhľad a sú tiež jedným z najjednoduchších displejov, ktoré sú na trhu k dispozícii, a sú také jednoduché, že sú vyrobené iba zo 7 diód LED (8 diód LED, ak ide o to, LED, bola započítaná) chytro umiestneným spôsobom, aby sa zobrazili alfanumerické hodnoty, ktoré je možné umiestniť na susedné viacero 7-segmentových displejov, aby sa zobrazila väčšia hodnota.

Existujú 2 odrody týchto 7 segmentových displejov.

SPOLOČNÁ KATHODA: Všetky svorky -ve LED sú spojené so spoločným bodom a potom je tento spoločný bod spojený so zemou (GND). Teraz na zapnutie akejkoľvek časti segmentu je na zodpovedajúci kladný pól tohto segmentu aplikované kladné napätie.

CATHODE ANODE: Všetky kladné póly LED sú spojené so spoločným bodom a potom je tento spoločný bod spojený s VCC. Teraz na zapnutie akejkoľvek časti segmentu je na zodpovedajúci -ve pine tohto segmentu aplikované napätie -ve.

Pre našu aplikáciu budeme používať bežnú katódovú verziu 7-segmentového displeja, pretože digitálny IC, ktorý budeme používať, bude vydávať HIGH signál (+ve signál).

Každý segment tohto displeja je pomenovaný od A do G v smere hodinových ručičiek a bodka (alebo bod) na displeji je označená ako „p“, pamätajte na segmenty s príslušnými abecedami, ktoré budú praktické pri pripájaní k digitálnej IC.

Krok 3: Umiestnenie sedemsegmentového displeja

Tento krok bude trochu zložitý, pretože nájsť presnú veľkosť dosky je dosť ťažké a možno ju nenájdete. Ak je to tak, môžete skombinovať 2 výkonné dosky a vytvoriť väčšiu.

Umiestnenie 7-segmentového displeja je pomerne jednoduché, stačí ho umiestniť rovnomerne so správnymi rozstupmi, aby ste mohli rozlíšiť sekundy, minúty a hodiny (umiestnenie diódy nájdete na obrázku).

Ak ste si teraz všimli, že na každý kolík displeja používam zväzok 100 ohmových odporov, je to úplne pre estetiku a nie je potrebné používať tieto mnohé odpory. Ak medzi spoločný kolík 7-segmentového displeja a uzemnenie môžete umiestniť odpor 470 ohmov, mal by byť dostatočne dobrý. (Tieto odpory sa používajú na obmedzenie prúdu, ktorý prechádza LED diódou)

Pretože tento obvod má čo spájkovať a aby som nestratil prehľad o tom, čo robím, pripájal som 7-segmentové kolíky displeja v abecednom poradí na odpory a zem na hornú časť obvodu. Zdá sa to zbytočné a komplikované, ale verte mi, že vám to prácu uľahčí.

Pri vytváraní tohto obvodu som našiel úžasný trik o 7 -segmentovom displeji, kedykoľvek omylom, ak ste obrátili 7 -segmentový displej hore nohami, nemusíte displej úplne odspájkovať a znova rozkladať. Každý kolík zostane rovnaký, okrem kolíka G a kolíka P, problém môžete vyriešiť pridaním jednoduchého prepojovacieho vodiča. (Pozrite sa na posledné 2 obrázky, kde som na znázornenie tohto problému použil zelený prepojovací vodič).

Krok 4: Počítadlo

"loading =" lenivý"

Pokiaľ ide o digitálne obvody, existujú iba 2 stavy HIGH alebo LOW (binárne: 0 alebo 1). Toto môžeme uviesť do súvislosti s prepínačom, keď je spínač ZAPNUTÝ, môžeme povedať, že je to logická VYSOKÁ a keď je vypínač vypnutý, môžeme povedať, že je to logická NÍZKA. Ak môžete zapnúť a vypnúť spínač s konzistentným časovaním medzi ON a OFF, môžete vygenerovať signál štvorcovej vlny.

Teraz sa čas potrebný na vytvorenie obidvoch signálov - vysokého aj nízkeho - nazýva časový úsek. Ak môžete spínač zapnúť na 0,5 s a vypnúť na 0,5 s, časový úsek tohto signálu bude 1 sekunda. Podobne sa počet zapnutí vypínača za sekundu nazýva frekvencia.

[Príklad: 4Hz -> 4 -krát zapnuté a 4 -krát vypnuté]

Na prvý pohľad sa to môže zdať málo použiteľné, ale toto načasovanie signálu je veľmi potrebné na to, aby bolo všetko v digitálnych obvodoch synchronizované. To je dôvod, prečo sa niektoré digitálne obvody s hodinovými signálmi nazývajú aj synchrónne obvody.

Ak dokážeme generovať štvorcovú vlnu 1 Hz, môžeme náš počítadlo zvyšovať každú sekundu rovnako ako sekundy na digitálnych hodinách. Tento koncept je tu stále dosť vágny, pretože potrebujeme čas potrebný na to, aby atóm cézia vibroval 9 miliárd krát (ako sme videli v kroku 1), pretože to nám poskytne jednu sekundu. Tento druh presnosti pomocou nášho obvodu bude takmer nemožný, ale môžeme to urobiť lepšie, ak použijeme osciloskop (kde je čas vopred kalibrovaný) na poskytnutie aproximácie o jednu sekundu.

Krok 7: Výber hodinového obvodu

Existuje mnoho spôsobov, ako vytvoriť generátor hodinových impulzov. Tu je však niekoľko dôvodov, prečo som použil časovač IC 555, a niekoľko dôvodov, prečo by ste nemali.

Výhoda

• Okruh je veľmi jednoduchý (vhodný pre začiatočníkov)
• Vyžaduje veľmi malú stopu
• Jednoduché nastavenie frekvencie hodín
• Môže mať široký rozsah napätia (nie je potrebné pre náš obvod digitálnych hodín)

Nevýhoda

• Časovanie hodín nie je presné
• Hodinový signál môže byť vážne ovplyvnený teplotou/ vlhkosťou
• Časovanie hodín je spôsobené odpormi a kondenzátormi

Alternatívy pre frekvenčný generátor alebo generátor hodinových impulzov: kryštálový oscilátor, deliaca frekvencia

Krok 8: Umiestnenie hodinového obvodu

Hodinový obvod umiestnite presne pod sekundovú časť digitálnych hodín, čím sa uľahčí spojenie medzi IC 4026 a IC 555.

V tomto mieste bolo úplne zbytočné fotografovať po každom okruhu, pretože obvody sa veľmi komplikujú, pretože veľa drôtov prechádza rôznymi smermi. Stačí teda zostaviť hodinový obvod oddelene bez toho, aby ste sa museli starať o zvyšok obvodu, a keď to bude hotové, stačí pripojiť výstup (pin 3) integrovaného časovača 555 k hodinovému kolíku IC 4026.

Krok 9: Logika prepínania/prírastku

Druhé miesto v súťaži Remix