Digitalt ur men uden mikrokontroller [Hardcore Electronics]: 13 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Det er ret let at opbygge kredsløb med en mikrokontroller, men vi glemmer helt de tonsvis af arbejde, som en mikrokontroller skulle udføre for at fuldføre en simpel opgave (selv for at blinke en LED). Så hvor svært ville det være at lave et digitalt ur helt fra bunden? Ingen kodning og ingen mikrokontroller og for at gøre det virkelig HARDCORE hvad med at bygge kredsløbet i et perf-board uden at bruge printkort.

Dette er virkelig et udfordrende projekt at lave, ikke på grund af hvordan urlogikken fungerer, men på grund af hvordan vi skal bygge kredsløbet med alle disse komponenter sammen i et kompakt perf-board.

Dette projekt blev inspireret af denne instruerbare (forfatter: hp07) tilbage i 2018, hvilket ville være vanvittigt svært at bygge i et perf-board på grund af antallet af forbindelser og de anvendte komponenter. Så jeg gravede lidt online for at reducere kompleksiteten, men gør det stadig ret grundlæggende og svært at bygge i et perf-board.

Andre referencer: scopionz, danyk

Forbrugsvarer

Dette er listen over produkter, der let kan hjælpe dig med at udføre dette projekt

(Tilknyttet link)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-segment display:
• Potentiometer:
• Modstandssæt:
• Diode:
• Kondensatorsæt:
• Trykknap:
• Perfboard:
• Akrylark:
• Strømadapter:
• Bænk strømforsyning:
• oscilloskop kit:
• Digitalt ur -kit:

Trin 1: Tidsbegreb [men for NOOBS]

Først skal vi forstå svaret på et par spørgsmål, før vi kan springe i gang med at bygge dette digitale ur! hvordan skal vi holde styr på tiden, og hvordan kan vi definere tiden selv?

Løsningen på dette problem er ganske enkel (Hvis du tænker på dig selv som en oprørsk teenager og bare lader som over et århundrede, har fysikere aldrig ridset hovedet om det). Den måde, vi kommer til at nærme os denne løsning på, kan være kontra-intuitiv, hvor vi først ser, hvordan vi kan holde styr på tiden og derefter definere tid.

Betragt uret som en tæller, der kan tælle tal op til 0-60 og 0-24 (lad os bare bekymre os om 24 -timers ur for nu), når denne værdi overstiger det, går du bare videre til den næste højere betegnelse [Sekunder -> minutter -> Timer-> Dage-> Måneder-> År].

Men vi mangler et vigtigt punkt her: Hvornår skal vi øge denne modværdi? Lad os kigge nærmere på den fysiske definition

"Den anden defineres ved at tage den faste numeriske værdi af cæsiumfrekvensen ∆ν, den uforstyrrede hyperfin-overgangsfrekvens for cæsium 133-atom til 9 192 631 770, når den udtrykkes i enheden Hz, som er lig med s -1."

Hvis du forstod definitionen, skulle du nok tage teoretisk fysik og afslutte elektronik!

Anyway, for enkelheds skyld antager vi bare, at det er tid, det tager for et cæsiumatom at vibrere 9 milliarder gange. Når du nu øger tælleren hvert andet sekund eller hver gang det tager et cæsiumatom at vibrere 9 milliarder gange, får du dig selv en ur-ting! Hertil, hvis vi bare kunne tilføje logik på en sådan måde, at sekunder overføres til minutter, og minutter overføres til timer, når de når 60 (og timer nulstilles på 24). Dette vil give os et fuldt funktionelt ur, som vi forventer.

Lad os nu se, hvordan vi kan bringe teori til virkelighed med en magi af ren elektronik!

Trin 2: Display med syv segmenter

Lad os først finde ud af, hvordan nummeret (eller tiden) skal vises. 7-segmentet skærme skulle være perfekte til denne build, fordi det giver et retro-look, og det er også en af de enkleste skærme, der er tilgængelig på markedet, det er så enkelt, at det bare er lavet af 7 LED'er (8 LED'er, hvis punktet LED, blev talt med) placeret på en smart måde for at vise alfanumeriske værdier, der kan placeres i tilstødende med flere 7-segment skærme for at vise en større værdi.

Der er 2 varianter af disse 7 segmentdisplays.

FÆLLES KATODE: Hele ledets -ve terminal er forbundet til et fælles punkt, og derefter er dette fælles punkt forbundet til jorden (GND). For at tænde en hvilken som helst del af segmentet påføres en +ve spænding på den tilsvarende +ve pin i segmentet.

KATODE ANODE: Alle +ve terminalerne på LED'en er forbundet til et fælles punkt, og derefter er dette fælles punkt forbundet til VCC. Nu, for at tænde for enhver del af segmentet, påføres en -ve spænding på den tilsvarende -ve pin i segmentet.

Til vores applikation bruger vi den almindelige katodeversion af 7-segment displayet, fordi den digitale IC, som vi vil bruge, udsender HIGH signal (+ve signal).

Hvert segment på dette display navngives fra A til G i retning med uret, og prikken (eller punktet) på displayet er markeret som 'p', husk segmenterne med deres tilsvarende alfabeter, hvilket vil være praktisk, når det sluttes til det digitale IC'er.

Trin 3: Placering af display med syv segmenter

Dette trin bliver en smule vanskelig, fordi det er ret svært at finde den nøjagtige størrelse på perf-boardet, og du måske ikke finder et. Hvis det er tilfældet, kan du kombinere 2 perf-board til at lave et større.

Placering af 7-segment displayet er ganske enkelt, bare placer displayet jævnt med den rigtige afstand, så du kan differentiere sekunder, minutter og timer (se billedet for placeringen af LED'en).

Hvis du nu har bemærket, at jeg bruger en flok 100ohm modstande til hver pin på skærmen, er dette helt for æstetik, og det er ikke nødvendigt at bruge disse mange modstande. Hvis du kan placere en 470ohm modstand mellem den fælles pin på 7-segment displayet og jorden, bør det være godt nok. (Disse modstande bruges til at begrænse den strøm, der skal gå gennem LED'en)

Da dette kredsløb har meget at lodde og for ikke at miste overblikket over, hvad jeg laver, lodde jeg de 7-segmenters displaystifter i en alfabetisk sekvens til modstandene og jorden til toppen af kredsløbet. Det virker ubrugeligt og kompliceret, men tro mig, det vil gøre dit job lettere.

Mens jeg byggede dette kredsløb, fandt jeg et fedt trick om 7 -segmentets display, når som helst ved en fejltagelse, hvis du har vendt 7 -segmentets display på hovedet, behøver du ikke at aflodse skærmen helt og løse igen. Hver pin forbliver den samme bortset fra pin G og pin P, bare ved at tilføje en simpel jumper wire kan du løse problemet. (Kontroller de sidste 2 billeder, hvor jeg har brugt en grøn jumper wire til at demonstrere dette problem).

Trin 4: Tæller

"loading =" doven"

Når det kommer til digitale kredsløb, er der kun 2 tilstande HIGH eller LOW (binært: 0 eller 1). Dette kan vi relatere til med en switch, når kontakten er ON, kan vi sige, at det er en logik HIGH, og når kontakten er slukket, kan vi sige, at det er logisk LOW. Hvis du kan tænde og slukke kontakten med en konsekvent timing mellem ON og OFF, kan du generere et firkantet bølgesignal.

Nu kaldes den tid det tager at skabe både høje og lave signaler sammen Tidsperiode. Hvis du kan tænde kontakten i 0,5 sekunder og slukke for kontakten i 0,5 sekunder, vil tidsperioden for dette signal være 1 sekund. På samme måde kaldes antallet af gange, kontakten tænder og slukker på et sekund, Frekvens.

[Eksempel: 4Hz -> 4 gange tændt og 4 gange slukket]

Dette virker måske ikke meget nyttigt i starten, men denne timing af signal er meget nødvendig for at holde alt synkroniseret i digitale kredsløb, det er grunden til, at nogle digitale kredsløb med kloksignaler også kaldes synkrone kredsløb.

Hvis vi kan generere en firkantbølge på 1Hz, kan vi øge vores tæller hvert sekund ligesom sekunder på det digitale ur. Konceptet her er stadig ret vagt, fordi vi har brug for den tid, det tager for et cæsiumatom at vibrere 9 milliarder gange (som vi så i trin-1), fordi det er det, der vil give os et sekund. Denne form for præcision ved hjælp af vores kredsløb vil være tæt på umulig, men vi kan gøre det bedre, hvis vi kan bruge et oscilloskop (Hvor tiden er forkalibreret) til at give en tilnærmelse på et sekund.

Trin 7: Valg af et urkredsløb

Der er mange måder at bygge en urpulsgenerator på. Men her er et par grunde til, at jeg brugte 555 timer IC og et par grunde til, at du ikke burde.

Fordel

• Kredsløbet er meget enkelt (begyndervenligt)
• Kræver et meget lille fodaftryk
• let at justere urfrekvensen
• Kan have en lang række spændinger (ikke nødvendigt for vores digitale urkredsløb)

Ulempe

• Urets timing er ikke præcis
• Ursignalet kan blive alvorligt påvirket af temperatur/ fugtighed
• Urets timing skyldes modstande og kondensatorer

Alternativer til frekvensgenerator eller urpulsgenerator: Krystaloscillator, Opdelingsfrekvens

Trin 8: Placering af urkredsløbet

Placer urkredsløbet nøjagtigt under sekunddelen af det digitale ur, dette vil gøre forbindelsen lettere mellem IC 4026 og IC 555.

På dette tidspunkt var det helt ubrugeligt at tage billeder efter hvert kredsløb, da kredsløbene bliver meget komplicerede med masser af ledninger, der går rundt i forskellige retninger. Så byg bare urkredsløbet separat uden at bekymre dig om resten af kredsløbet, og når det er gjort, skal du bare slutte output (pin 3) fra 555 timer IC til urstiften på IC 4026.

Trin 9: Skift/øg logik

Runner Up i Remix -konkurrencen