Rellotge digital però sense microcontrolador [Hardcore Electronics]: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

És bastant fàcil construir circuits amb un microcontrolador, però oblidem totalment la feina que ha hagut de realitzar un microcontrolador per completar una tasca senzilla (fins i tot per parpellejar un led). Llavors, què tan greu seria fer un rellotge digital completament des de zero? No hi ha codificació ni microcontrolador i, per fer-ho realment HARDCORE, es pot construir el circuit en una placa de perfils sense utilitzar cap placa de circuit imprès.

Aquest és realment un projecte difícil de fer, no per com funciona la lògica del rellotge, sinó per com anem a construir el circuit amb tots aquests components junts en una placa de perfecció compacta.

Aquest projecte es va inspirar en aquest instructiu (autor: hp07) el 2018, que seria increïblement difícil de construir en una placa de perfils a causa del nombre de connexions i dels components utilitzats. Per tant, vaig fer una mica d’excavacions en línia per reduir la complexitat, però tot i així fer que fos bastant bàsic i difícil de construir en un tauler de perfils.

Altres referències: scopionz, danyk

Subministraments

Aquesta és la llista de productes que us poden ajudar a fer aquest projecte amb facilitat

(Enllaç d'afiliació)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Pantalla de 7 segments:
• Potenciòmetre:
• Kit de resistències:
• Diodo:
• Kit de condensadors:
• Polsador:
• Perfboard:
• Full acrílic:
• Adaptador de corrent:
• Font d'alimentació de banc:
• kit d'oscil·loscopi:
• Kit de rellotge digital: https://amzn.to/3l5ymja /

Pas 1: concepte de temps [però per a NOOBS]

En primer lloc, hem d’entendre la resposta a algunes preguntes abans de començar a construir aquest rellotge digital. com anem a fer un seguiment del temps i com podem definir el mateix temps?

La solució a aquest problema és bastant senzilla (si us penseu com un adolescent rebel i fingiu que més d’un segle els físics mai no s’hi van ratllar). La manera en què abordarem aquesta solució pot ser contraintuïtiu, on primer veurem com podem fer un seguiment del temps i després definir el temps.

Considereu el rellotge com un comptador que pot comptar números de fins a 0-60 i 0-24 (només ens preocupem pel rellotge de 24 hores per ara) sempre que aquest valor el superi, només cal passar a la següent designació superior [Segons -> Minuts -> Hores -> Dies-> Mesos-> Anys].

Però ens falta un punt important aquí: quan hauríem d’incrementar aquest valor de comptador? Vegem la definició física simple

"El segon es defineix prenent el valor numèric fix de la freqüència de cesi ∆ν, la freqüència de transició hiperfina de l'estat fonamental no perturbat de l'àtom de cesi 133, a 9 192 631 770 quan s'expressa en la unitat Hz, que és igual a s −1."

Si heu entès la definició, probablement hauríeu d’utilitzar la física teòrica i deixar l’electrònica.

De totes maneres, per simplicitat, assumirem que és el temps necessari per a que un àtom de cesi vibri 9 mil milions de vegades. Ara, quan incrementeu el comptador cada segon o es necessita un temps perquè un àtom de cesi vibri nou mil milions de vegades, teniu un rellotge similar. A això, si només poguéssim afegir la lògica de manera que els segons es traslladessin a minuts i els minuts passessin a hores quan arriben a 60 (i les hores es restableixen el 24). Això ens donarà un rellotge completament funcional que esperem.

Ara, vegem com podem fer realitat la teoria, amb una mica de màgia de l’electrònica pura.

Pas 2: visualització de set segments

Esbrinem primer la manera de mostrar el número (o el temps). Les pantalles de 7 segments haurien de ser perfectes per a aquesta versió perquè donen un aspecte retro i també és una de les pantalles més senzilles disponibles al mercat, és tan senzilla que només està formada per 7 LED (8 LED, si es tracta LED, es va comptar en) col·locat de manera intel·ligent per mostrar valors alfanumèrics que es poden col·locar en adjacents amb diverses pantalles de 7 segments per mostrar un valor més gran.

Hi ha 2 varietats d’aquestes pantalles de 7 segments.

CATHDEU COMUN: Tot el terminal -ve del led està connectat a un punt comú i, a continuació, aquest punt comú es connecta a terra (GND). Ara, per activar qualsevol part del segment, s’aplica una tensió + ve al pin + ve corresponent d’aquest segment.

ÀNODE DE CÀTODE: Tot el terminal + ve del led està connectat a un punt comú i, a continuació, aquest punt comú es connecta al VCC. Ara, per activar qualsevol part del segment, s'aplica una tensió de -ve al pin -ve corresponent d'aquest segment.

Per a la nostra aplicació, farem servir la versió de càtode comuna de la pantalla de 7 segments, ja que l’IC digital que utilitzarem emetrà senyal HIGH (senyal + ve).

Cada segment d’aquesta pantalla s’anomena de A a G en el sentit de les agulles del rellotge i el punt (o punt) de la pantalla es marca com a 'p', recordeu els segments amb els seus alfabets corresponents, que seran útils mentre es connecta al digital IC's.

Pas 3: col·locació de la pantalla de set segments

Aquest pas serà una mica complicat perquè trobar la mida exacta del tauler de perfils és bastant difícil i és possible que no en trobeu cap. Si aquest és el cas, podeu combinar 2 perf-board per fer-ne un de més gran.

Col·locar la pantalla de 7 segments és bastant senzill, només cal que col·loqueu la pantalla de manera uniforme amb un espaiat adequat perquè pugueu diferenciar els segons, els minuts i les hores (consulteu la imatge per a la ubicació del led).

Si ja us heu adonat que ara faig servir un munt de resistències de 100ohm per a cada pin de la pantalla, això és totalment estètic i no és necessari utilitzar aquestes resistències. Si podeu col·locar una resistència de 470ohm entre el pin comú de la pantalla de 7 segments i el terra, hauria de ser prou bo. (Aquestes resistències s'utilitzen per limitar el corrent que passarà pel LED)

Com que aquest circuit té molt a soldar i per assegurar-me de no perdre el control del que estic fent, he soldat els pins de visualització de 7 segments en una seqüència alfabètica a les resistències i el sòl a la part superior del circuit. Sembla inútil i complicat, però confieu en mi, això us facilitarà la feina.

En construir aquest circuit, vaig trobar un truc divertit sobre la pantalla de 7 segments, en qualsevol moment per error si heu invertit la pantalla de 7 segments de cap per avall, no haureu de dessoldar la pantalla completament i tornar-la a soldar. Tots els pins seguiran igual, excepte el pin G i el pin P, només afegint un cable de pont simple podeu solucionar el problema. (Consulteu les 2 darreres imatges on he utilitzat un cable de pont verd per demostrar aquest problema).

Pas 4: comptador

"loading =" mandrós"

Quan es tracta de circuits digitals, només hi ha 2 estats ALT o BAIX (binari: 0 o 1). Això ho podem relacionar amb un commutador, quan l’interruptor està ACTIVAT podem dir que és una lògica ALTA i quan l’interruptor està APAGAT podem dir que és una lògica BAIXA. Si podeu activar i apagar l’interruptor amb un temps constant entre ON i OFF, podeu generar un senyal d’ona quadrada.

Ara, el temps que es triga a crear junts els senyals tant d’alt com de baix s’anomena Període de temps. Si podeu activar l’interruptor durant 0,5 segons i apagar l’interruptor durant 0,5 segons, el període de temps d’aquest senyal serà d’1 segon. De la mateixa manera, el nombre de vegades que l’interruptor s’encén i s’apaga en un segon s’anomena Freqüència.

[Exemple: 4Hz -> 4 vegades encès i 4 vegades apagat]

Això pot semblar que no és massa útil al principi, però aquest moment del senyal és molt necessari per mantenir tot sincronitzat en circuits digitals, per això alguns circuits digitals amb senyals de rellotge també s’anomenen circuits síncrons.

Si podem generar una ona quadrada d'1 Hz, podem incrementar el comptador cada segon igual que segons al rellotge digital. El concepte aquí encara és bastant imprecís perquè necessitem el temps necessari perquè un àtom de cesi vibri nou mil milions de vegades (com hem vist al pas 1) perquè això és el que ens donarà un segon. Aquest tipus de precisió amb el nostre circuit serà gairebé impossible, però podem fer-ho millor si podem utilitzar un oscil·loscopi (on es pre-calibra el temps) per donar una aproximació d’un segon.

Pas 7: Selecció d'un circuit de rellotge

Hi ha moltes maneres de construir un generador d’impulsos de rellotge. Però aquí teniu algunes raons per les quals he utilitzat el temporitzador IC 555 i algunes de les raons per les quals no hauríeu de fer-ho.

Avantatge

• El circuit és molt senzill (per a principiants)
• Requereix una petjada molt petita
• fàcil d'ajustar la freqüència del rellotge
• Pot tenir una àmplia gamma de voltatge (no és necessari per al nostre circuit de rellotge digital)

Desavantatge

• El temps de rellotge no és precís
• El senyal del rellotge es pot veure afectat greument per la temperatura / humitat
• El temps de rellotge es deu a resistències i condensadors

Alternatives per al generador de freqüència o generador d’impulsos de rellotge: oscil·lador de cristall, freqüència de divisió

Pas 8: Col·locació del circuit del rellotge

Col·loqueu el circuit del rellotge exactament per sota de la part de segons del rellotge digital, cosa que facilitarà la connexió entre l'IC 4026 i l'IC 555.

En aquest moment, era completament inútil fer fotografies després de cada circuit, ja que els circuits es compliquen amb molts cables que circulen en diferents direccions. Per tant, només cal construir el circuit de rellotge per separat sense preocupar-se de la resta del circuit i, un cop fet això, connectar la sortida (pin 3) del temporitzador 555 IC al pin de rellotge de l’IC 4026.

Pas 9: Canviar / Incrementar la lògica

Accèssit al concurs de remescles