Цифровые часы, но без микроконтроллера [Hardcore Electronics]: 13 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Довольно легко построить схемы с помощью микроконтроллера, но мы полностью забываем о тоннах работы, которую пришлось выполнить микроконтроллеру для выполнения простой задачи (даже для мигания светодиода). Итак, насколько сложно сделать цифровые часы полностью с нуля? Никакого кодирования и микроконтроллера, и чтобы сделать его настоящим HARDCORE, как насчет того, чтобы построить схему на перфокарте без использования каких-либо печатных плат.

Это действительно сложный проект не из-за того, как работает логика часов, а из-за того, как мы собираемся построить схему со всеми этими компонентами вместе на компактной перфокартах.

Этот проект был вдохновлен этой инструкцией (автор: hp07) еще в 2018 году, которую было бы безумно сложно встроить в перфокарту из-за количества подключений и используемых компонентов. Итак, я немного покопался в Интернете, чтобы уменьшить сложность, но все же сделать его довольно простым и сложным для сборки на перфокартах.

Другие ссылки: scopionz, danyk

Запасы

Это список продуктов, которые помогут вам с легкостью выполнить этот проект.

(Партнерская ссылка)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-сегментный дисплей:
• Потенциометр:
• Комплект резисторов:
• Диод:
• Комплект конденсаторов:
• Кнопка:
• Перфорированная плата:
• Акриловый лист:
• Адаптер питания:
• Стендовый источник питания:
• комплект осциллографа:
• Комплект цифровых часов: https://amzn.to/3l5ymja /

Шаг 1. Понятие времени [но для NOOBS]

Во-первых, мы должны понять ответ на несколько вопросов, прежде чем приступить к созданию этих цифровых часов! как мы собираемся отслеживать время и как мы можем определить само время?

Решение этой проблемы довольно простое (если вы думаете о себе как о непослушном подростке и притворяетесь, что более века физики ни разу не почесали в этом голову). То, как мы собираемся подойти к этому решению, может показаться нелогичным: сначала мы увидим, как мы можем отслеживать время, а затем определим время.

Рассматривайте часы как счетчик, который может считать числа до 0-60 и 0-24 (давайте пока будем беспокоиться только о 24-часовых часах), когда это значение превышает его, просто перенесите его на следующее более высокое обозначение [Секунды -> Минуты -> Часы -> Дни-> Месяцы-> Годы].

Но здесь мы упускаем важный момент: когда нам следует увеличивать значение этого счетчика? Давайте посмотрим на простое определение физики

Второе значение определяется путем принятия фиксированного числового значения частоты цезия ∆ν, невозмущенной частоты сверхтонкого перехода в основное состояние атома цезия 133, равным 9 192 631 770 при выражении в единицах Гц, что равно s −1."

Если вы поняли определение, вам, вероятно, следует заняться теоретической физикой и бросить электронику!

В любом случае, для простоты мы предположим, что это время, за которое атом цезия колеблется 9 миллиардов раз. Теперь, когда вы увеличиваете счетчик каждую секунду или за время, необходимое для того, чтобы атом цезия вибрировал 9 миллиардов раз, вы получаете что-то вроде часов! К этому, если бы мы могли просто добавить логику таким образом, чтобы секунды переносились в минуты, а минуты переносились в часы, когда они достигают 60 (и часы сбрасываются на 24). Это даст нам ожидаемые полностью функциональные часы.

Теперь давайте посмотрим, как мы можем воплотить теорию в жизнь с помощью магии чистой электроники!

Шаг 2. Семисегментный дисплей

Давайте сначала выясним, как отображать число (или время). 7-сегментные дисплеи должны идеально подходить для этой сборки, потому что они придают ретро-вид, и это также один из самых простых дисплеев, доступных на рынке, он настолько прост, что состоит всего из 7 светодиодов (8 светодиодов, если точка Светодиод, был подсчитан), размещенный таким образом, чтобы отображать буквенно-цифровые значения, которые могут быть размещены рядом с несколькими 7-сегментными дисплеями для отображения большего значения.

Есть 2 разновидности этих 7-сегментных дисплеев.

ОБЩИЙ КАТОД: Все отрицательные клеммы светодиода подключаются к общей точке, а затем эта общая точка подключается к земле (GND). Теперь, чтобы включить любую часть сегмента, на соответствующий положительный вывод этого сегмента подается положительное напряжение.

КАТОДНЫЙ АНОД: Все положительные клеммы светодиода подключаются к общей точке, а затем эта общая точка подключается к VCC. Теперь, чтобы включить любую часть сегмента, на соответствующий вывод -ve этого сегмента подается напряжение -ve.

Для нашего приложения мы будем использовать версию 7-сегментного дисплея с общим катодом, потому что цифровая ИС, которую мы будем использовать, будет выводить ВЫСОКИЙ сигнал (сигнал + ve).

Каждый сегмент этого дисплея назван от A до G по часовой стрелке, а точка (или точка) на дисплее помечена как 'p', запомните сегменты с соответствующими алфавитами, которые будут удобны при подключении его к цифровому IC.

Шаг 3: Размещение семисегментного дисплея

Этот шаг будет немного сложным, потому что найти точный размер перфокарта довольно сложно, и вы можете его не найти. В этом случае вы можете объединить 2 перфокарты, чтобы сделать одну большую.

Размещение 7-сегментного дисплея довольно просто, просто разместите дисплей равномерно с правильным интервалом, чтобы вы могли различать секунды, минуты и часы (см. Изображение для размещения светодиода).

Если вы заметили, что сейчас я использую кучу резисторов 100 Ом для каждого вывода дисплея, это полностью для эстетики, и нет необходимости использовать такое количество резисторов. Если вы можете разместить резистор 470 Ом между общим выводом 7-сегментного дисплея и землей, этого должно быть достаточно. (Эти резисторы используются для ограничения тока, проходящего через светодиод)

Поскольку в этой схеме есть что припаять и чтобы не потерять из виду то, что я делаю, я припаял 7-сегментные выводы дисплея в алфавитном порядке к резисторам, а землю к верхней части схемы. Это кажется бесполезным и сложным, но поверьте мне, это облегчит вашу работу.

Создавая эту схему, я обнаружил крутой трюк с 7-сегментным дисплеем, в любое время по ошибке, если вы перевернули 7-сегментный дисплей вверх ногами, вам не нужно полностью демонтировать дисплей и повторно паять. Все контакты останутся такими же, за исключением контактов G и P, просто добавив простую перемычку, вы можете решить проблему. (Проверьте последние 2 изображения, где я использовал зеленую перемычку, чтобы продемонстрировать эту проблему).

Шаг 4: счетчик

"loading =" ленивый"

Когда дело доходит до цифровых схем, есть только 2 состояния HIGH или LOW (двоичное: 0 или 1). Это мы можем связать с переключателем, когда переключатель включен, мы можем сказать, что это ВЫСОКИЙ логический уровень, а когда переключатель выключен, мы можем сказать, что это логический НИЗКИЙ. Если вы можете включать и выключать переключатель с постоянной синхронизацией между включением и выключением, вы можете генерировать прямоугольный сигнал.

Теперь время, необходимое для создания обоих сигналов одновременно, называется периодом времени. Если вы можете включить переключатель на 0,5 секунды и выключить переключатель на 0,5 секунды, то период времени этого сигнала будет 1 секунда. Точно так же количество раз, когда переключатель включается и выключается за секунду, называется частотой.

[Пример: 4 Гц -> 4 раза включается и 4 раза выключается]

Поначалу это может показаться бесполезным, но такая синхронизация сигнала очень необходима для того, чтобы все было синхронизировано в цифровых схемах, поэтому некоторые цифровые схемы с тактовыми сигналами также называются синхронными схемами.

Если мы можем генерировать прямоугольную волну с частотой 1 Гц, мы можем увеличивать наш счетчик каждую секунду, как секунды на цифровых часах. Концепция здесь все еще довольно расплывчата, потому что нам нужно время, за которое атом цезия колеблется 9 миллиардов раз (как мы видели в шаге 1), потому что это то, что дает нам одну секунду. Такая точность с использованием нашей схемы будет практически невозможной, но мы можем добиться большего, если сможем использовать осциллограф (где время предварительно откалибровано), чтобы получить приближение в одну секунду.

Шаг 7: Выбор схемы часов

Существует множество способов создания генератора тактовых импульсов. Но вот несколько причин, по которым я использовал микросхему таймера 555, и несколько причин, почему вам не следует этого делать.

Преимущество

• Схема очень простая (для начинающих)
• Требуется очень небольшая занимаемая площадь
• легко настроить тактовую частоту
• Может иметь широкий диапазон напряжения (не требуется для нашей схемы цифровых часов)

Недостаток

• Часы неточные
• На тактовый сигнал может серьезно повлиять температура / влажность.
• Синхронизация часов связана с резисторами и конденсаторами.

Альтернативы для генератора частоты или генератора тактовых импульсов: кварцевый генератор, частота деления

Шаг 8: Размещение схемы часов

Разместите схему часов точно под секундной частью цифровых часов, это упростит соединение между IC 4026 и IC 555.

На этом этапе было совершенно бесполезно делать снимки после каждой схемы, так как схемы становятся очень сложными из-за большого количества проводов, идущих в разных направлениях. Итак, просто создайте схему часов отдельно, не беспокоясь об остальной части схемы, и как только это будет сделано, просто подключите выход (контакт 3) микросхемы таймера 555 к контакту синхронизации IC 4026.

Шаг 9: логика переключения / приращения

Финалист конкурса ремиксов