Digitalηφιακό ρολόι αλλά χωρίς μικροελεγκτή [Hardcore Electronics]: 13 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Είναι αρκετά εύκολο να χτίσετε κυκλώματα με μικροελεγκτή, αλλά ξεχνάμε εντελώς τον τόνο εργασίας που χρειάστηκε να περάσει ένας μικροελεγκτής για να ολοκληρώσει μια απλή εργασία (ακόμη και για να αναβοσβήνει ένα led). Λοιπόν, πόσο δύσκολο θα ήταν να φτιάξετε ένα ψηφιακό ρολόι εντελώς από την αρχή; Χωρίς κωδικοποίηση και χωρίς μικροελεγκτή και για να γίνει πραγματικό HARDCORE τι θα λέγατε να χτίσετε το κύκλωμα σε μια πλακέτα perf χωρίς να χρησιμοποιήσετε τυπωμένες πλακέτες κυκλώματος.

Αυτό είναι πραγματικά ένα δύσκολο έργο που πρέπει να γίνει, όχι λόγω του πώς λειτουργεί η λογική του ρολογιού, αλλά εξαιτίας του τρόπου με τον οποίο θα κατασκευάσουμε το κύκλωμα με όλα αυτά τα στοιχεία μαζί σε έναν συμπαγή υπερ-πίνακα.

Αυτό το έργο ήταν εμπνευσμένο από αυτό το διδακτικό (συγγραφέας: hp07) το 2018, το οποίο θα ήταν τρομερά δύσκολο να κατασκευαστεί σε μια πλατφόρμα λόγω του αριθμού των συνδέσεων και των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται. Έτσι, έκανα λίγο σκάψιμο στο διαδίκτυο για να μειώσω την πολυπλοκότητα, αλλά εξακολουθώ να το κάνω αρκετά βασικό και δύσκολο να κατασκευαστεί σε μια υπερ-σανίδα.

Άλλες αναφορές: scopionz, danyk

Προμήθειες

Αυτή είναι η λίστα των προϊόντων που μπορούν να σας βοηθήσουν να κάνετε αυτό το έργο με ευκολία

(Affiliate Link)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Οθόνη 7 τμημάτων:
• Ποτενσιόμετρο:
• Κιτ αντιστάσεων:
• Δίοδος:
• Κιτ πυκνωτών:
• Κουμπί ώθησης:
• Perfboard:
• Ακρυλικό φύλλο:
• Προσαρμογέας ρεύματος:
• Τροφοδοτικό πάγκου:
• κιτ παλμογράφο:
• Κιτ ψηφιακού ρολογιού:

Βήμα 1: Έννοια του χρόνου [αλλά για NOOBS]

Πρώτον, πρέπει να κατανοήσουμε την απάντηση σε μερικές ερωτήσεις προτού μπορέσουμε να προχωρήσουμε στην κατασκευή αυτού του ψηφιακού ρολογιού! πώς θα παρακολουθούμε τον χρόνο και πώς μπορούμε να ορίσουμε τον ίδιο τον χρόνο;

Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι αρκετά απλή (Αν σκεφτείτε τον εαυτό σας ως επαναστατημένο έφηβο και απλώς προσποιηθείτε για έναν αιώνα, οι φυσικοί δεν ξύσανε ποτέ εκεί). Ο τρόπος με τον οποίο θα προσεγγίσουμε αυτήν τη λύση μπορεί να είναι αντι-διαισθητικός, όπου πρώτα θα δούμε πώς μπορούμε να παρακολουθούμε τον χρόνο και στη συνέχεια να ορίσουμε αργότερα τον χρόνο.

Θεωρήστε το ρολόι ως μετρητή που μπορεί να μετρήσει αριθμούς έως 0-60 και 0-24 (ας ανησυχούμε μόνο για 24ωρο ρολόι προς το παρόν) κάθε φορά που αυτή η τιμή το υπερβεί, μεταφερθείτε στην επόμενη υψηλότερη ονομασία [Δευτερόλεπτα -> Λεπτά -> Hρες-> Ημέρες-> Μήνες-> Χρόνια].

Αλλά μας λείπει ένα σημαντικό σημείο, Πότε πρέπει να αυξήσουμε αυτήν την αντιτιμή; Ας ρίξουμε μια ματιά στον απλό ορισμό της φυσικής

«Το δεύτερο ορίζεται με τη λήψη της σταθερής αριθμητικής τιμής της συχνότητας καισίου ∆ν, της αδιατάρακτης συχνότητας υπερμεγέθης μετάβασης του ατόμου καισίου 133, σε 9 192 631 770, όταν εκφράζεται στη μονάδα Hz, η οποία ισούται με s −1.

Αν καταλάβατε τον ορισμό, μάλλον θα πρέπει να πάρετε θεωρητική φυσική και να σταματήσετε τα ηλεκτρονικά!

Εν πάση περιπτώσει, για λόγους απλότητας, θα υποθέσουμε ότι είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να δονήσει ένα άτομο καισίου 9 δισεκατομμύρια φορές. Τώρα, όταν αυξάνετε τον μετρητή κάθε ένα δευτερόλεπτο ή απαιτείται χρόνος για να δονείται ένα άτομο καισίου 9 δισεκατομμύρια φορές, οπότε έχετε τον εαυτό σας ένα είδος ρολογιού! Σε αυτό, αν μπορούσαμε απλά να προσθέσουμε τη λογική με τέτοιο τρόπο ώστε τα δευτερόλεπτα να μεταφέρονται σε λεπτά και τα λεπτά να μεταφέρονται σε ώρες όταν φτάνουν τα 60 (και οι ώρες επαναφέρονται στις 24). Αυτό θα μας δώσει ένα πλήρως λειτουργικό ρολόι που περιμένουμε.

Τώρα, ας δούμε πώς μπορούμε να φέρουμε τη θεωρία στην πραγματικότητα, με κάποια μαγεία από καθαρά ηλεκτρονικά!

Βήμα 2: Επίδειξη επτά τμημάτων

Ας βρούμε πρώτα τον τρόπο εμφάνισης του αριθμού (ή του χρόνου). Οι οθόνες των 7 τμημάτων θα πρέπει να είναι τέλειες για αυτήν την κατασκευή επειδή δίνει μια ρετρό εμφάνιση και είναι επίσης μια από τις πιο απλές οθόνες που διατίθενται στην αγορά, είναι τόσο απλές που απλώς αποτελούνται από 7 LED (8 LED, αν το σημείο Το LED, μετρήθηκε) τοποθετήθηκε με έναν έξυπνο τρόπο για να δείξει αλφαριθμητικές τιμές που μπορούν να τοποθετηθούν δίπλα σε πολλές οθόνες 7 τμημάτων για να δείξουν μεγαλύτερη τιμή.

Υπάρχουν 2 ποικιλίες αυτών των οθονών 7 τμημάτων.

ΚΟΙΝΟΣ ΚΑΘΟΔΟΣ: Όλος ο ακροδέκτης -ve του led συνδέεται με ένα κοινό σημείο και στη συνέχεια αυτό το κοινό σημείο συνδέεται με τη γείωση (GND). Τώρα, για να ενεργοποιήσετε οποιοδήποτε τμήμα του τμήματος εφαρμόζεται τάση +ve στον αντίστοιχο ακροδέκτη +ve αυτού του τμήματος.

ΑΝΟΔΟΣ ΚΑΘΟΔΟΥ: Όλος ο ακροδέκτης +ve του led συνδέεται με ένα κοινό σημείο και, στη συνέχεια, αυτό το κοινό σημείο συνδέεται με το VCC. Τώρα, για να ενεργοποιήσετε οποιοδήποτε τμήμα του τμήματος, εφαρμόζεται τάση -ve στον αντίστοιχο πείρο -ve αυτού του τμήματος.

Για την εφαρμογή μας, θα χρησιμοποιήσουμε την κοινή έκδοση καθόδου της οθόνης 7 τμημάτων, επειδή το ψηφιακό IC που θα χρησιμοποιήσουμε θα βγάλει σήμα HIGH (+ve σήμα).

Κάθε τμήμα αυτής της οθόνης ονομάζεται από το Α έως το Γ προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού και η τελεία (ή το σημείο) στην οθόνη σημειώνεται ως «p», θυμηθείτε τα τμήματα με τα αντίστοιχα αλφάβητά τους, τα οποία θα είναι χρήσιμα ενώ τη συνδέετε με το ψηφιακό IC's.

Βήμα 3: Τοποθέτηση επίδειξης επτά τμημάτων

Αυτό το βήμα θα είναι λίγο δύσκολο, επειδή η εύρεση του ακριβούς μεγέθους της σανίδας είναι αρκετά δύσκολη και ίσως να μην τη βρείτε. Εάν συμβαίνει αυτό, μπορείτε να συνδυάσετε 2 υπερ-σανίδες για να φτιάξετε ένα μεγαλύτερο.

Η τοποθέτηση της οθόνης των 7 τμημάτων είναι αρκετά απλή, απλώς τοποθετήστε την οθόνη ομοιόμορφα με σωστή απόσταση ώστε να μπορείτε να διαφοροποιήσετε τα δευτερόλεπτα, τα λεπτά και τις ώρες (ανατρέξτε στην εικόνα για την τοποθέτηση του led).

Αν έχετε παρατηρήσει μέχρι τώρα χρησιμοποιώ μια δέσμη αντιστάσεων 100ohm για κάθε ακίδα της οθόνης, αυτό είναι εντελώς για αισθητική και δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείτε αυτές τις πολλές αντιστάσεις. Εάν μπορείτε να τοποθετήσετε μια αντίσταση 470ohm μεταξύ του κοινού πείρου της οθόνης 7 τμημάτων και της γείωσης που θα πρέπει να είναι αρκετά καλή. (Αυτές οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό του ρεύματος που πρόκειται να περάσει από το LED)

Δεδομένου ότι αυτό το κύκλωμα έχει πολλά να συγκολλήσει και να βεβαιωθώ ότι δεν θα χάσω την παρακολούθηση του τι κάνω, κόλλησα τις καρφίτσες οθόνης 7 τμημάτων με αλφαβητική σειρά στις αντιστάσεις και τη γείωση στην κορυφή του κυκλώματος. Φαίνεται άχρηστο και περίπλοκο, αλλά πιστέψτε με αυτό θα κάνει τη δουλειά σας πιο εύκολη.

Κατά την κατασκευή αυτού του κυκλώματος βρήκα ένα υπέροχο κόλπο σχετικά με την οθόνη των 7 τμημάτων, ανά πάσα στιγμή κατά λάθος αν έχετε αντιστρέψει την οθόνη των 7 τμημάτων ανάποδα, δεν χρειάζεται να ξεκολλήσετε εντελώς την οθόνη και να την επανακολλήσετε ξανά. Κάθε πείρος θα παραμείνει ο ίδιος εκτός από τον πείρο G και τον πείρο P, απλά προσθέτοντας ένα απλό καλώδιο βραχυκυκλωτήρα μπορείτε να διορθώσετε το πρόβλημα. (Ελέγξτε τις τελευταίες 2 εικόνες όπου χρησιμοποίησα ένα πράσινο καλώδιο βραχυκυκλωτήρα για να αποδείξετε αυτό το πρόβλημα).

Βήμα 4: Μετρητής

"φόρτωση =" τεμπέλης"

Όταν πρόκειται για ψηφιακά κυκλώματα, υπάρχουν μόνο 2 καταστάσεις Υ HIGHΗΛΗ ή ΧΑΜΗΛΗ (Δυαδική: 0 ή 1). Αυτό μπορούμε να το συσχετίσουμε με έναν διακόπτη, όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος μπορούμε να πούμε ότι είναι μια λογική Υ HIGHΗΛΗ και όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος μπορούμε να πούμε ότι είναι λογική ΧΑΜΗΛΟΣ. Εάν μπορείτε να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε τον διακόπτη με σταθερό χρονισμό μεταξύ ON και OFF, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα σήμα τετραγωνικού κύματος.

Τώρα ο χρόνος που απαιτείται για τη δημιουργία και των δύο και υψηλών και χαμηλών σημάτων μαζί ονομάζεται Περίοδος Χρόνου. Εάν μπορείτε να ενεργοποιήσετε το διακόπτη για 0,5 δευτερόλεπτα και να απενεργοποιήσετε το διακόπτη για 0,5 δευτερόλεπτα, τότε η χρονική περίοδος αυτού του σήματος θα είναι 1 δευτερόλεπτο. Ομοίως, ο αριθμός των φορών που ο διακόπτης ενεργοποιείται και απενεργοποιείται σε ένα δευτερόλεπτο ονομάζεται Συχνότητα.

[Παράδειγμα: 4Hz -> 4 φορές ON ON και 4 φορές OFF]

Αυτό μπορεί να φαίνεται ότι δεν είναι πολύ χρήσιμο στην αρχή, αλλά αυτός ο χρονισμός του σήματος είναι πολύ απαραίτητος για να διατηρηθούν όλα συγχρονισμένα σε ψηφιακά κυκλώματα, αυτός είναι ο λόγος που ορισμένα ψηφιακά κυκλώματα με σήματα ρολογιού ονομάζονται επίσης σύγχρονα κυκλώματα.

Εάν μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα τετραγωνικό κύμα 1Hz, μπορούμε να αυξήσουμε τον μετρητή μας κάθε ένα δευτερόλεπτο, ακριβώς όπως δευτερόλεπτα στο ψηφιακό ρολόι. Η ιδέα εδώ είναι ακόμα αρκετά αόριστη γιατί χρειαζόμαστε τον χρόνο που χρειάζεται για να δονείται ένα άτομο καισίου 9 δισεκατομμύρια φορές (όπως είδαμε στο βήμα 1) γιατί αυτό θα μας δώσει ένα δευτερόλεπτο. Αυτό το είδος ακρίβειας χρησιμοποιώντας το κύκλωμά μας θα είναι σχεδόν αδύνατο, αλλά μπορούμε να το κάνουμε καλύτερα εάν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν παλμογράφο (Όπου ο χρόνος είναι προκαθορισμένος) για να δώσουμε μια προσέγγιση ενός δευτερολέπτου.

Βήμα 7: Επιλογή κυκλώματος ρολογιού

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να χτίσετε μια γεννήτρια παλμών ρολογιού. Αλλά εδώ είναι μερικοί λόγοι για τους οποίους χρησιμοποίησα το χρονοδιακόπτη 555 και μερικούς λόγους για τους οποίους δεν πρέπει.

Πλεονέκτημα

• Το κύκλωμα είναι πολύ απλό (φιλικό για αρχάριους)
• Απαιτεί ένα πολύ μικρό αποτύπωμα
• εύκολη ρύθμιση της συχνότητας του ρολογιού
• Μπορεί να έχει ένα ευρύ φάσμα τάσης (Δεν είναι απαραίτητο για το κύκλωμα ψηφιακού ρολογιού μας)

Μειονέκτημα

• Ο χρόνος του ρολογιού δεν είναι ακριβής
• Το σήμα του ρολογιού μπορεί να επηρεαστεί σοβαρά από τη θερμοκρασία/ υγρασία
• Ο χρονισμός του ρολογιού οφείλεται σε αντιστάσεις και πυκνωτές

Εναλλακτικές λύσεις για γεννήτρια συχνότητας ή γεννήτρια παλμών ρολογιού: Κρυσταλλικός ταλαντωτής, Διαίρεση συχνότητας

Βήμα 8: Τοποθέτηση του κυκλώματος ρολογιού

Τοποθετήστε το κύκλωμα του ρολογιού ακριβώς κάτω από το δευτερόλεπτο του ψηφιακού ρολογιού, αυτό θα διευκολύνει τη σύνδεση μεταξύ του IC 4026 και του IC 555.

Σε αυτό το σημείο, ήταν εντελώς άχρηστο να τραβάτε φωτογραφίες μετά από κάθε κύκλωμα, καθώς τα κυκλώματα περιπλέκονται πολύ με πολλά καλώδια να κυκλοφορούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Έτσι, απλώς δημιουργήστε το κύκλωμα του ρολογιού χωριστά χωρίς να ανησυχείτε για το υπόλοιπο κύκλωμα και μόλις τελειώσετε, απλώς συνδέστε την έξοδο (ακίδα 3) του 555 IC χρονοδιακόπτη με τον πείρο ρολογιού του IC 4026.

Βήμα 9: Εναλλαγή/Αύξηση λογικής

Δευτέρα στο διαγωνισμό Remix