Časovač IC vajíčok: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Vytvoril: Gabriel Chiu

Prehľad

Tento projekt demonštruje základy digitálnej logiky, vlastnosti časovača NE555 a ukazuje, ako sa počítajú binárne čísla. Použité komponenty sú: časovač NE555, 12-bitový čítač zvlnenia, dve 2-vstupové brány NOR, 4-vstupová brána AND, 2-vstupová brána AND a 2-vstupová brána OR. Logické brány, NOR, AND a OR sa dodávajú v ekvivalentoch TTL a CMOS, ktoré nájdete v spoločnosti Lee’s Electronic. Tento projekt je jednoduchý časovač na vajíčka s dvoma nastaveniami: na tvrdo alebo na mäkko a dodáva sa s funkciou reset.

Diely a nástroje

• 1x Breadboard (Leeovo číslo: 10516)

• 1x 9V batéria (Leeovo číslo: 8775 alebo 16123)

  POZNÁMKA: TENTO OKRUH MÔŽE FUNGOVAŤ AJ NA 5V. NEPREKRAČUJTE 9V, pretože to môže poškodiť čipy IC

• 1x 9V držiak batérie (Leeovo číslo: 657 alebo 6538 alebo 653)
• Pevný zapojovací drôt (Leeovo číslo: 2249)
• Prepojovací drôt (Leeovo číslo: 10318 alebo 21805)
• Testovacie zvody aligátora (Leeovo číslo: 690)
• 3x dotykové spínače (Leeovo číslo: 31241 alebo 31242)
• 1x Časovač NE555 (Leeovo číslo: 7307)
• 1x 12-bitový čítač zvlnenia CMOS 4040 (Leeovo číslo: 7210)
• 1x Dual Quad vstup A brána CMOS 4082 (Leeovo číslo: 7230)
• 1x Quad 2-input AND Gate CMOS 4081 (Lee’s Number: 7229)
• 2x Quad 2-input NOR gate CMOS 4001 or 74HC02 (Lee’s Number: 7188 or 71692)
• 1x Quad 2-Input OR gate 74HC32 (Lee’s Number: 71702)
• 3x 1k OHM odpory, watt (Leeovo číslo: 9190)
• 2x 150k OHM odpory, watt (Leeovo číslo: 91527)
• 1 x 10nF (0,01UF) kondenzátor (Leeovo číslo: 8180)
• 1x kondenzátor 4,7UF (Leeovo číslo: 85)
• 1x dióda 1N4001 (Leeovo číslo: 796)
• 1x bzučiak 3-24V DC kontinuálny (Leeovo číslo: 4135)

Nástroje

1x Odizolovacie kliešte (Leeovo číslo: 10325)

Krok 1: Nastavenie dosky

Kľúčové je nastaviť dosku pre tento projekt. Toto nastavenie má zaistiť napájanie všetkých napájacích koľajníc (červená a modrá čiara).

1. Na prepojenie dvoch banánových svoriek v hornej časti dosky so samotným doskou budete musieť použiť prepojovací kábel. Pomôže to s pripojením batérie alebo zdroja napájania.
2. Rovnako ako na obrázku 1 vyššie, umiestnite červený zapojovací drôt na spojenie červených koľajnicových línií dohromady.
3. Na prepojenie modrých koľajníc použite čierny drôt. (Použil som čierny drôt, ale modrý je v poriadku)

DÔLEŽITÉ !: Uistite sa, že žiadna z červených čiar NIE JE spojená s modrými čiarami. To spôsobí skrat a SPÁJA VAŠU PLATNÚ DOSKU, A ZNIČÍ VAŠE KABELY A BATÉRIU.

Uistite sa, že vaša doska nie je počas zapojenia napájaná! TOTO MÔŽE SPÔSOBIŤ NÁHODNÉ POŠKODENIE VAŠICH KOMPONENTOV

Predtým, ako začneme, použijeme na našej doske značné množstvo IC čipov, takže budem uvádzať miesta, kde na doske umiestnime komponenty, aby boli pekné a ľahké medzery.

Väčšina integrovaných obvodov má na čipe indikátor, ktorý ukazuje, kde sa nachádza predný alebo predný smer. Čip by mal mať malý zárez, ktorý naznačuje, kde je predná časť čipu, ako je znázornené na obrázku 2.

(Ak vás zaujíma malý obvod LED v rohu, prejdite na úplný koniec. Ukážem vám, prečo tam je a ako funguje)

Krok 2: Nastavenie časovača

Tento časovač odosiela pulz každú sekundu na počítadlo, ktoré použijeme v nasledujúcom kroku. Zatiaľ sa zameriame na správne nastavenie časovača NE55. Použil som kalkulačku časovača NE555 na nájdenie hodnôt odporu a kondenzátora potrebných na nastavenie periódy na 1 sekundu. Zaistíte tak, že počítadlo bude počítať po sekundách.

1. Umiestnite IC čip časovača NE555 na dosku na chlieb tak, aby boli predné kolíky na úrovni číslo 5 na ľavej strane dosky na chlieb
2. Pripojte kolík 8 na linku červenej koľajnice
3. Pripojte kolík 1 k trati Blue rail
4. Pripojte pin 7 k červenej koľajnicovej linke jedným z odporov 150 k OHM

5. Pripojte Pin 7 na Pin 2 pomocou druhého 150k OHM odporu a diódy 1N4001

   • Uistite sa, že čiara diódy smeruje k kolíku 2, ako je znázornené na obrázku
   • Nerobte si starosti so smerom, ktorým je rezistor otočený
6. Pripojte pin 6 aj na pin 2 pomocou drôtu alebo prepojky
7. Pripojte kolík 5 na vedenie Blue rail pomocou kondenzátora 10nF
8. Pripojte pin 2 k vedeniu Blue rail pomocou kondenzátora 4,7uF
9. Uistite sa, že vodič, ktorý je na boku značenia čiary, je pripojený k modrej koľajnici, inak je kondenzátor obrátený dozadu
10. Pripojte kolík 4 k vodiču červenej koľajnice pomocou drôtu, aby ste deaktivovali funkciu resetovania
11. Nakoniec umiestnite prepojku na pin 3 pre ďalší krok.

Krok 3: Nastavenie počítadla

Toto je najdôležitejšia časť celého systému, inak získate viac ako len vajíčko uvarené na tvrdo!

1. Položte čip IC CMOS 4040 Counter na dosku na chlieb za čipom časovača NE555 tak, aby predné kolíky boli na úrovni čísla 10
2. Pripojte kolík 16 k červenej koľajnici
3. Pripojte kolík 8 k trati Blue rail
4. Pripojte kolík 10 k výstupu časovača NE555 (kolík 3 na NE555), ktorý ste opustili v predchádzajúcom kroku
5. Ponechajte kolík 11 pre funkciu resetovania

Krok 4: Príprava mozgov systému

Prvými krokmi nastavenia mozgov systému je položiť si otázku: Ako dlho chceme, aby sa nám vajíčka varili?

Systém má dve nastavenia varenia; na tvrdo a na mäkko. Najťažšou stránkou však je, že digitálne systémy (dokonca aj vaše počítače) počítajú v binárnych číslach, teda 1 a 0. preto musíme naše normálne desatinné čísla previesť na binárne čísla.

ČAS PRE NIEKTORÉ ČÍSLA

Konverzia desatinného čísla na binárne prebieha jednoduchými krokmi delenia.

1. Vezmite si svoje číslo a delte ho 2
2. Zapamätajte si výsledok a zvyšok z delenia
3. Zvyšok ide na prvý bit
4. Výsledok vydelíte 2

5. Kroky 2 až 4 opakujte pre každý sekvenčný bit, kým sa váš výsledok nevynuluje.

   POZNÁMKA: BINÁRNE ČÍSLA SA ČÍTAJÚ SPRÁVNE VLEVO, ALE BIT #1 JE SPRÁVNE NAJVIAC ČÍSLO

Príklad pre desatinné číslo: 720

Pozrite si tabuľku vyššie

Preto je výsledné binárne číslo 0010 1101 0000. Binárne číslo som ponechal v skupinách po 4 kvôli rovnomernému rozstupu a aby zodpovedal nášmu 12-bitovému počítadlu.

Nájdenie našich časov

Pre tento projekt som vybral 3 minúty pre varené na mäkko a 6 minút pre natvrdo. Tieto časy je potrebné previesť na sekundy, aby sa zhodovali s rýchlosťou nášho časovača NE555 a nášho počítadla.

K dispozícii je 60 sekúnd za 1 minútu.

3 minúty sa teda zmenia na 180 sekúnd a 6 minút na 360 sekúnd

Ďalej ho musíme previesť na binárne.

Použitím metódy na prevod desatinného čísla na binárne dostaneme:

360 sekúnd 0001 0110 1000

180 sekúnd 0000 1011 0100

Krok 5: Nastavenie 4-vstupového AND Gate CMOS 4082

Konečne môžeme začať nastavovať mozgy systému na našom breadboarde. Po prvé, 4-vstupová brána AND. Táto brána potrebuje, aby všetky vstupy boli 1, než sa z výstupu stane 1 samotný. Ak sme napríklad vybrali 3 minúty; bity 3, 5, 6 a 8 musia byť 1, aby brána AND mohla vydať 1. Tým sa náš systém spustí iba v určitých časoch.

1. Položte čítač CMOS 4082 so 4 vstupmi A bránou IC na dosku chleba za počítadlo CMOS 4040 tak, aby predné kolíky boli na úrovni čísla 20.
2. Pripojte kolík 14 k červenej koľajnici
3. Pripojte kolík 7 k trati Blue rail
4. Pripojte kolíky 2-5 k pultom počítadla podľa obrázku vyššie
5. To isté urobte s kolíkmi 12-9
6. Kolíky 6 a 8 nebudú použité, takže ich môžete nechať osamote

Krok 6: Nastavenie tlačidiel a západiek

Toto je hlavná kontrola a ďalšia zásadná časť systému!

Najprv začnime s konceptom zámok. Obrázok 3 je schéma zapojenia toho, ako bude vyzerať jedna z našich západiek pomocou našich brán NOR CMOS 4001.

Keď je jeden vstup ZAPNUTÝ (vzhľadom na logickú výšku alebo 1), systém prepne, ktorý výstup je ZAPNUTÝ a ponechá ho ZAPNUTÝ. Keď je druhý vstup ZAPNUTÝ, systém sa znova prepne a ponechá tento nový výstup zapnutý.

Teraz to aplikujte na náš okruh!

Prvá západka bude pre výstup 4-vstupu A práve sme zapojili.

1. Umiestnite čip IC CMOS 4001 NOR Gate IC na dosku s chlebom za 4-vstupovú bránu AND CMOS 4082 tak, aby predné kolíky boli na čísle 30
2. Pripojte kolík 14 k červenej koľajnici
3. Pripojte kolík 7 k trati Blue rail
4. Pripojte kolík 1 k kolíku 1 brány AND
5. Spojte kolíky 2 a 4 dohromady
6. Spojte kolíky 3 a 5 dohromady
7. Pripojte kolík 13 k kolíku 13 brány AND
8. Spojte kolíky 12 a 10 dohromady
9. Spojte kolíky 11 a 9 dohromady
10. Spojte piny 6 a 8 dohromady, použijeme ich neskôr na funkciu resetovania.

Krok 7: Nastavenie tlačidiel a západiek, pokračovanie

Nasleduje druhá západka a tlačidlá!

Tie umiestnime na pravú polovicu dosky, aby bolo jednoduchšie tlačiť tlačidlá a udržiavať náš obvod v potrebnom odstupe. Tlačidlá tiež používajú západku na nastavenie a resetovanie zvoleného nastavenia.

1. Odložte svoje tlačidlá (hmatové prepínače) na dosku

2. Zapojte tlačidlá podľa schémy vyššie

   Použité odpory sú rezistory 1k OHM

3. Zapojte CMOS 4001 tak, ako sme to urobili predtým pre prvú západku, ale namiesto toho pripájame tlačidlá k vstupom CMOS 4001

   Obrázok 4 používa ekvivalent NOR 74HC02

TERAZ TERAZ KONEČNE POUŽÍVAME TLAČIDLO RESET A RESETOVACÍ VSTUP NA POUŽITIE!

1. Pripojte tlačidlo resetovania k iným miestam resetovania v systéme

   • Miesta nájdete na obrázkoch v predchádzajúcich krokoch
   • Na prepojenie všetkých kolíkov budete musieť použiť viac prepojovacích káblov
2. V ďalšom kroku sa použijú tlačidlové výstupy natvrdo a jemne uvarené zo západky

Krok 8: Nastavenie 2-vstupového AND brány CMOS 4081

Táto časť sa zaoberá potvrdením toho, aké nastavenie sme vybrali. Výstup bude zapnutý iba vtedy, ak sú oba vstupy správne. To umožní, aby na konci aktivoval alarm iba jedno z nastavení.

1. Za náš prvý západkový čip umiestnite čip IC CMOS 4081 AND Gate na dosku na chlieb tak, aby boli predné kolíky na úrovni čísla 40 na pravej strane a ľavej strane dosky na chlieb
2. Pripojte kolík 14 k červenej koľajnici
3. Pripojte kolík 7 k trati Blue rail
4. Pripojte výstupy dvoch západiek k vstupom brán AND (pozrite krok 6: Nastavenie tlačidiel a západiek)
5. Vykonajte to pre nastavenia na tvrdo aj na mäkko.

Krok 9: Dokončenie systému

Posledné úpravy systému. Brána OR umožňuje buď vstupu zapnúť výstup.

1. Umiestnite čip IC 74HC32 OR Gate na dosku na chlieb, za 2-vstupový AND hradlo CMOS 4081, takže predné kolíky sú na úrovni čísla 50 na pravej strane a na ľavej strane doštičky
2. Pripojte kolík 14 k červenej koľajnici
3. Pripojte kolík 7 k trati Blue rail
4. Vyberte dva výstupy z kroku 7 a pripojte ich k vstupom čipu 74HC32 (kolíky 1 a 2)
5. Pripojte výstup (PIN 3) k červenému vodiču bzučiaka
6. Pripojte čierny vodič bzučiaka k trati Blue rail

Ste hotoví

Pripojte batériu k držiaku batérie a zapojte červený vodič do červeného banánového terminálu nepájivej dosky a čierny vodič do čierneho banánového terminálu v breadboarde, aby sa zapol. Na spustenie časovača najskôr stlačte reset a potom zvoľte svoju voľbu zakaždým, keď chcete spustiť nový čas, pretože časovač NE555 neustále beží a bude počítať systém, ak najskôr nestlačíte tlačidlo reset

Budúce vylepšenia

Tento obvod nie je 100% dokonalý obvod. Sú veci, ktoré by som chcel zlepšiť:

1. Zaistite, aby časovač a počítadlo NE555 začali počítať až po výbere
2. Po každom dokončenom alarme nechajte systém resetovať
3. Zaistite, aby bolo možné vybrať naraz iba jednu možnosť, v súčasnosti je možné zvoliť obe možnosti
4. Vyčistite okruh, aby bol tok ľahšie sledovateľný a zrozumiteľnejší
5. Máte časť alebo systém, ktorý ukazuje, ktorý výber bol zvolený a aktuálny čas časovača

Krok 10: Video z operácie

Bzučiak som vymenil za malý testovací obvod. Po úspešnom spustení alarmu sa LED dióda zmení z červenej na zelenú.

Krok 11: BONUSUJTE obvod testovacieho bodu

Takže … ste skutočne zvedaví na tento malý kúsok komponentov.

Vyššie uvedené obrázky ukazujú, ako to vyzerá na doske a schematický diagram obvodu. Tento obvod sa nazýva obvod logického testovania. Toto je možné otestovať, či sú výstupy integrovaných obvodov alebo digitálnych výstupov vysoké (1) alebo nízke (0).

Tento obvod používa základný koncept diód a elektrického prúdu. Elektrická energia prúdi z vysokého potenciálu do nižšieho potenciálu ako rieka, ale možno sa pýtate, ako sa potenciál mení? Potenciál obvodu klesá po každom komponente. Napríklad na jednom konci rezistora bude mať vyšší potenciál ako na druhej strane. Tento pokles sa nazýva pokles napätia a je spôsobený charakteristikami rezistora a nachádza sa v Ohmovom zákone.

Ohmov zákon: Napätie = prúd x odpor

Diódy majú tiež pokles napätia, ktorý pri prechode obvodom napätie ďalej znižuje. Pokračuje to, kým nenarazíte na symbol zeme, čo predstavuje nulový potenciál alebo nulové napätie.

Teraz otázka, ako tento obvod testuje logickú výšku (1) alebo logickú úroveň (0)?

Keď spojíme akýkoľvek logický výstup s bodom medzi dvoma diódami LED, v tomto bode sa zvýši napätie. Použitím základov diód, pretože diódy LED sú diódy vyžarujúce svetlo a riadia sa rovnakými zásadami, diódy umožňujú prúdenie prúdu iba v jednom smere. Preto keď zapojíte LED diódy opačne, nezapnú sa.

Účinok tohto bodu medzi dvoma LED diódami spôsobuje, že dôjde k tejto charakteristike. Keď je bod logicky vysoký (1), v tomto bode je umiestnený 5 voltový potenciál, a pretože napäťový potenciál pred ČERVENOU diódou LED je nižší ako potenciál v testovacom bode, ČERVENÁ dióda LED sa nezapne. ZELENÁ LED dióda sa však rozsvieti. To ukáže, že čokoľvek testujete, je na logickej úrovni (1).

A naopak, keď je testovací bod na logickej nízkej úrovni (0), v testovacom bode bude potenciál nulového napätia. To umožní iba rozsvietenie ČERVENEJ diódy LED, čo ukazuje, že akýkoľvek bod, ktorý sa pokúšate testovať, je na logickej úrovni.