Temporitzador d'ous IC: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Creat per: Gabriel Chiu

Visió general

Aquest projecte demostra els conceptes bàsics de la lògica digital, les característiques d’un temporitzador NE555 i demostra com es compten els nombres binaris. Els components utilitzats són: un temporitzador NE555, un comptador d’ondulacions de 12 bits, dues portes NOR de 2 entrades, una porta AND de 4 entrades, una porta AND de 2 entrades i una porta OR de 2 entrades. Les portes lògiques, NOR, AND i OR vénen en equivalents TTL i CMOS que es poden trobar a Lee’s Electronic. Aquest projecte és un cronòmetre senzill amb dos paràmetres: dur o suau i inclou una funció de reinici.

Peces i eines

• 1x Taula de pa (número de Lee: 10516)

• 1 bateria de 9 V (número de Lee: 8775 o 16123)

  NOTA: AQUEST CIRCUIT TAMBÉ FUNCIONA AMB UNA ALIMENTACIÓ DE 5 V. NO EXCEPTEU 9V PERQUÈ POT DANYAR ELS XIPS IC

• 1x suport de bateria de 9V (número de Lee: 657 o 6538 o 653)
• Cable de connexió sòlid (número de Lee: 2249)
• Jumper Wire (número de Lee: 10318 o 21805)
• Proveïdors de cocodril (número de Lee: 690)
• 3 commutadors tàctils (número de Lee: 31241 o 31242)
• 1 temporitzador NE555 (número de Lee: 7307)
• 1x comptador d'ondulacions de 12 bits CMOS 4040 (número de Lee: 7210)
• 1 entrada dual quad i porta CMOS 4082 (número de Lee: 7230)
• 1x Quad 2 d'entrada i porta CMOS 4081 (número de Lee: 7229)
• 2x porta quad-entrada NOR 2 CMOS 4001 o 74HC02 (número de Lee: 7188 o 71692)
• 1 porta quadricular de 2 entrades O 74HC32 (número de Lee: 71702)
• 3x 1k resistències OHM ¼ watt (número de Lee: 9190)
• 2x resistències OHM de 150 k ¼ watt (número de Lee: 91527)
• Condensador 1x 10nF (0.01UF) (número de Lee: 8180)
• 1 condensador 4.7UF (número de Lee: 85)
• 1x diode 1N4001 (número de Lee: 796)
• 1x Buzzer 3-24V DC continu (número de Lee: 4135)

Eines

1x Strippers de filferro (número de Lee: 10325)

Pas 1: configuració del tauler

La configuració del tauler per a aquest projecte és clau. Aquesta configuració és per garantir que tots els rails d’alimentació (línies vermelles i blaves) s’alimentin.

1. Haureu d’utilitzar un cable de pont per connectar els dos terminals de plàtan situats a la part superior de la placa a la pròpia placa. Això us ajudarà a connectar la bateria o la font d'alimentació.
2. Com a la figura 1 anterior, col·loqueu un cable de connexió vermell per connectar les línies de ferrocarril vermelles.
3. Utilitzeu filferro negre per unir les línies de ferrocarril blaves. (He utilitzat fil negre, però el fil blau està bé)

IMPORTANT !: Assegureu-vos que cap de les línies vermelles NO estigui connectada a les línies blaves. Això provocarà un curtcircuit del circuit i FARÀ CRIMAR LA PANERA I DESTRUIR ELS FILS I LA BATERIA.

ASsegureu-vos que la vostra Junta no estigui alimentada mentre es connecta. AQUEST POT CAUSAR DANYS ACCIDENTALS ALS COMPONENTS

Abans de començar, utilitzarem una quantitat considerable de xips IC a la nostra taula de treball, de manera que aniré donant ubicacions de la taula de treball per col·locar els components per a un espaiat fàcil i agradable.

La majoria de CI tenen un indicador al xip per mostrar on es troba la direcció davantera o cap endavant. El xip ha de tenir una mica de ranura per indicar on es troba la part frontal del xip, tal com es mostra a la figura 2.

(Si teniu curiositat pel petit circuit LED de la cantonada, aneu fins al final. Us mostraré per què hi ha i com funciona)

Pas 2: Configuració del temporitzador

Aquest temporitzador envia un pols cada segon al comptador que utilitzarem al següent pas. De moment, ens centrarem en configurar correctament el temporitzador NE55. Vaig utilitzar una calculadora de temporitzador NE555 per trobar els valors de resistència i condensador necessaris per establir el període a 1 segon. Això assegurarà que el comptador compti per segons.

1. Col·loqueu el xip IC del temporitzador NE555 a la taula de pa de manera que els passadors frontals estiguin al nivell número 5 a la part esquerra de la taula de pa
2. Connecteu el pin 8 a la línia de ferrocarril vermella
3. Connecteu el pin 1 a la línia de ferrocarril Blau
4. Connecteu el pin 7 a la línia de ferrocarril vermell amb una de les resistències OHM de 150 k

5. Connecteu el pin 7 al pin 2 mitjançant l’altra resistència OHM de 150 k i el díode 1N4001

   • Assegureu-vos que la línia del díode està cap al pin 2 tal com es mostra al diagrama
   • No us preocupeu per la direcció cap a la resistència
6. Connecteu també el pin 6 al pin 2 mitjançant un cable o un pont
7. Connecteu el pin 5 a la línia de ferrocarril Blau mitjançant el condensador 10nF
8. Connecteu el pin 2 a la línia de ferrocarril blava mitjançant el condensador de 4,7 uF
9. Assegureu-vos que el cable que hi ha al costat del marcador de línia estigui connectat al rail blau o bé el condensador estigui cap enrere
10. Connecteu el pin 4 a la línia del carril vermell mitjançant un cable per desactivar la funció de restabliment
11. Finalment, col·loqueu un pont al pin 3 per al següent pas.

Pas 3: Configuració del comptador

Aquesta és la part més important de tot el sistema o, en cas contrari, obtindreu més que un ou dur.

1. Col·loqueu el xip CMOS 4040 IC al tauler de pa, després del xip del temporitzador NE555, de manera que els passadors frontals estiguin al nivell número 10
2. Connecteu el pin 16 a la línia de ferrocarril vermella
3. Connecteu el pin 8 a la línia de ferrocarril Blau
4. Connecteu el pin 10 a la sortida del temporitzador NE555 (pin 3 del NE555) que heu deixat al pas anterior
5. Deixeu el pin 11 per a la funció de restabliment

Pas 4: Prepara els cervells del sistema

Els primers passos per configurar el cervell del sistema són fer la pregunta: Quant de temps volem que es cuinin els ous?

El sistema té dues configuracions de cocció; bullit i dur. Tot i això, el més difícil és que els sistemes digitals (fins i tot els vostres ordinadors) compten amb nombres binaris, de manera que l’1 i el 0. per tant, hem de convertir els nostres nombres decimals normals en nombres binaris.

HORA PER ALGUNS CRUNXAMENTS

La conversió de decimal a binari fa passos de divisió senzills.

1. Agafeu el vostre número i dividiu-lo per 2
2. Recordeu el resultat i la resta de la divisió
3. La resta va al primer bit
4. Divideix el resultat per 2

5. Repetiu els passos 2 a 4 per a cada bit seqüencial fins que el resultat sigui zero.

   NOTA: ELS NOMBRES BINARIS ES LLEGEN DE DRETA A ESQUERRA, DE manera que el bit número 1 és el més correcte

Exemple, per al nombre decimal: 720

Consulteu la taula anterior

Per tant, el número binari resultant és 0010 1101 0000. He mantingut el número binari en grups de 4 per a un espaiat uniforme i perquè coincideixi amb el nostre comptador de 12 bits.

Trobar els nostres temps

Per a aquest projecte vaig triar 3 minuts per a bullits suaus i 6 minuts per a bullits durs. Aquests temps s’han de convertir en segons per coincidir amb la velocitat del nostre temporitzador NE555 i del nostre comptador.

Hi ha 60 segons en 1 minut.

Per tant, 3 minuts es converteixen en 180 segons i 6 minuts en 360 segons

A continuació, hem de convertir-lo en binari.

Utilitzant el mètode per convertir decimal a binari, obtenim:

360 segons 0001 0110 1000

180 segons 0000 1011 0100

Pas 5: Configuració del CMOS 4082 de l'entrada i de la porta 4

Per fi, podem començar a configurar el cervell del sistema a la nostra taula de treball. En primer lloc, la porta AND de 4 entrades. Aquesta porta necessita que totes les entrades hagin de ser 1 abans que la sortida es converteixi en 1 mateixa. Per exemple, si triem 3 minuts; els bits 3, 5, 6 i 8 han de ser 1 abans que la porta AND pugui generar un 1. Això farà que el nostre sistema s'activi només en moments específics.

1. Col·loqueu el xip CMOS 4082 de 4 entrades i IC de porta a la placa de pa després del comptador CMOS 4040 perquè els passadors frontals estiguin al nivell número 20
2. Connecteu el pin 14 a la línia de ferrocarril vermella
3. Connecteu el pin 7 a la línia de ferrocarril Blau
4. Connecteu els pins 2-5 als pins del comptador tal com es mostra al diagrama anterior
5. Feu el mateix amb els pins 12-9
6. Els pins 6 i 8 no s’utilitzaran per deixar-los tranquils

Pas 6: Configuració dels botons i pestells

Aquest és el control principal i una altra part crucial del sistema.

Primer comencem pel concepte de pestells. La figura 3 és un diagrama de circuits de l’aspecte que tindrà un dels nostres panys amb les nostres portes NOR CMOS 4001.

Quan una entrada està ACTIVADA (amb una lògica alta o un 1), el sistema canviarà quina sortida està ACTIVADA i la mantindrà ACTIVADA. Quan l'altra entrada estigui activada, el sistema tornarà a canviar i mantindrà aquesta nova sortida activada.

Ara aplica-ho al nostre circuit!

El primer pestell serà per a la sortida de la 4-entrada I que acabem de connectar.

1. Col·loqueu el xip CMOS 4001 NOR Gate IC a la placa de pa després de la porta CMOS 4082 de 4 entrades I perquè els passadors frontals estiguin al número 30
2. Connecteu el pin 14 a la línia de ferrocarril vermella
3. Connecteu el pin 7 a la línia de ferrocarril Blau
4. Connecteu el pin 1 al pin 1 de la porta AND
5. Connecteu els pins 2 i 4 junts
6. Connecteu els pins 3 i 5 junts
7. Connecteu el pin 13 al pin 13 de la porta AND
8. Connecteu els pins 12 i 10 junts
9. Connecteu els pins 11 i 9 junts
10. Connecteu els pins 6 i 8 junts, els utilitzarem més endavant per a la funció de restabliment.

Pas 7: Configuració dels botons de pressió i dels pestells Cont

El següent és el segon pestell i els botons.

Aquests els posarem a la meitat dreta del tauler perquè sigui més fàcil prémer els botons i mantenir la nostra necessitat de circuit separada. Els botons també utilitzen el pestell per configurar i restablir el paràmetre escollit.

1. Posa els botons (interruptors tàctils) al tauler

2. Connecteu els botons com l'esquema anterior

   Les resistències utilitzades són les resistències 1k OHM

3. Connecteu el CMOS 4001 tal com vam fer anteriorment per al primer tancament, però en lloc d’això connectem els botons a les entrades del CMOS 4001

   La figura 4 utilitza l’equivalent NOR 74HC02

ARA FINALMENT ANEM A UTILITZAR EL BOTÓ DE REINICIACIÓ I REINICIA LA INTRADA PER A L’ÚS.

1. Connecteu el botó de restabliment als altres llocs de restabliment del sistema
   • Consulteu les imatges dels passos anteriors per conèixer les ubicacions
   • Haureu d’utilitzar diversos cables de pont per connectar tots els pins junts
2. Les sortides de botó dur i suau del tancament s’utilitzaran al següent pas

Pas 8: Configuració de la porta d'entrada i entrada de 2 CMOS 4081

Aquesta part gestiona la confirmació de la configuració que hem escollit. La sortida només estarà activada quan les dues entrades siguin correctes. Això permetrà que només una de les configuracions activi l'alarma al final.

1. Col·loqueu el xip CMOS 4081 AND Gate IC al tauler de pa després del primer xip de bloqueig perquè els passadors frontals estiguin al nivell número 40 al costat dret i esquerre de la tauleta de pa
2. Connecteu el pin 14 a la línia de ferrocarril vermella
3. Connecteu el pin 7 a la línia de ferrocarril Blau
4. Connecteu les sortides dels dos pestells a les entrades de les portes AND (consulteu el pas 6: Configuració dels botons i pestells)
5. Feu això tant per a configuracions de cocció dura com de cocció suau.

Pas 9: Acabeu el sistema

Els darrers retocs al sistema. La porta OR permet que qualsevol entrada activi la sortida.

1. Col·loqueu el xip IC 74HC32 OR Gate a la placa de pa, després de la porta AND de 2 entrades CMOS 4081, de manera que els passadors frontals es trobin al nivell número 50 al costat dret i esquerre de la placa
2. Connecteu el pin 14 a la línia de ferrocarril vermella
3. Connecteu el pin 7 a la línia de ferrocarril Blau
4. Preneu les dues sortides del pas 7 i connecteu-les a les entrades del xip 74HC32 (pins 1 i 2)
5. Connecteu la sortida (PIN 3) al cable vermell del brunzidor
6. Connecteu el cable negre del brunzidor a la línia de ferrocarril Blau

Ja heu acabat

Connecteu la bateria al suport de la bateria i poseu el cable vermell al terminal de plàtan vermell de la placa i el fil negre al terminal de plàtan negre de la placa per encendre-la. Per al funcionament del temporitzador, primer premeu Restablir i, a continuació, trieu la vostra opció cada vegada que vulgueu iniciar una nova hora, perquè el temporitzador NE555 funciona constantment i mantindrà el sistema comptant si no es prem el botó de reinici primer

Millores futures

Aquest circuit no és un circuit 100% perfecte. Hi ha coses que voldria millorar:

1. Assegureu-vos que el temporitzador i el comptador NE555 només comencen a comptar un cop s’hagi fet una tria
2. Feu que el sistema es restableixi després de cada alarma completa
3. Assegureu-vos que només es pugui triar una opció alhora, actualment es poden triar les dues opcions
4. Netegeu el circuit per facilitar el seguiment i la comprensió del flux
5. Disposar d’una peça o sistema que mostri quina selecció s’ha escollit i l’hora actual del temporitzador

Pas 10: vídeo de l'operació

Vaig substituir el brunzidor pel petit circuit de prova. El LED canviarà de vermell a verd quan activi l'alarma amb èxit.

Pas 11: BONIFICAR el circuit del punt de prova

Així que … esteu realment curiosos d’aquest petit tros de components.

Les imatges anteriors mostren el seu aspecte a la placa i el diagrama esquemàtic del circuit. Aquest circuit s’anomena circuit de prova lògica. Es pot comprovar si les sortides de les sortides digitals o IC són altes (1) o baixes (0).

Aquest circuit utilitza el concepte fonamental de díodes i corrent elèctric. L’electricitat flueix d’un potencial elevat a un potencial més baix com un riu, però us podeu preguntar, com canvia el potencial? El potencial del circuit disminueix després de cada component. Per tant, en un extrem d’una resistència, per exemple, tindrà un potencial superior a l’altre costat. Aquesta caiguda s’anomena caiguda de tensió i és causada per les característiques de la resistència i es troba a través de la llei d’Ohm.

Llei d’Ohm: Voltatge = Corrent x Resistència

Els díodes també tenen una caiguda de tensió a través d’ells que fa caure la tensió a mesura que avança pel circuit. Això continua fins que toqueu el símbol de terra, això representa zero potencial o zero voltatge.

Ara, la pregunta: com prova aquest circuit per obtenir una lògica alta (1) o una lògica baixa (0)?

Bé, quan connectem qualsevol sortida lògica al punt intermedi entre els dos LED, es posa un potencial de tensió en aquest punt. Utilitzant els fonaments dels díodes perquè els LED són díodes emissors de llum i segueixen els mateixos principis, els díodes només permeten que el corrent flueixi en una direcció. Per això, quan connecteu els LEDs al revés, no s’encenen.

L'efecte d'aquest punt entre els dos LED fa que aquesta característica passi. Quan el punt és lògic alt (1), es col·loca un potencial de 5 volts en aquest punt i, atès que el potencial de tensió abans que el LED VERMELL sigui inferior al potencial en el punt de prova, el LED VERMELL no s’encendrà. Tot i això, el LED VERD s’encendrà. Això demostrarà que tot el que esteu provant té una lògica màxima (1).

I viceversa, quan el punt de prova està en una lògica baixa (0) hi haurà potencial de voltatge zero en el punt de prova. Això només permetrà que el LED VERMELL s'encengui, mostrant que qualsevol punt que intenteu provar té un nivell lògic baix.