IC Egg Timer: 11 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Создал: Gabriel Chiu

Обзор

Этот проект демонстрирует основы цифровой логики, характеристики таймера NE555 и демонстрирует, как подсчитываются двоичные числа. Используемые компоненты: таймер NE555, 12-битный счетчик пульсаций, два логических элемента ИЛИ-НЕ с 2 входами, логический элемент И с 4 входами, логический элемент И с 2 входами и логический элемент ИЛИ с 2 входами. Логические вентили ИЛИ, И и ИЛИ поставляются в эквивалентах TTL и CMOS, которые можно найти в Lee’s Electronic. Этот проект представляет собой простой таймер для яиц с двумя настройками: вкрутую или всмятку и имеет функцию сброса.

Детали и инструменты

• 1x макетная плата (номер Ли: 10516)

• 1x батарея 9 В (номер Ли: 8775 или 16123)

  ПРИМЕЧАНИЕ. ЭТА ЦЕПЬ ТАКЖЕ МОЖЕТ РАБОТАТЬ НА ПИТАНИИ 5 В. НЕ ПРЕВЫШАЙТЕ 9 В, ПОТОМУ ЧТО ЭТО МОЖЕТ ПОВРЕДИТЬ ЧИПЫ IC

• 1x держатель батареи 9 В (номер Ли: 657, 6538 или 653)
• Сплошной соединительный провод (номер Ли: 2249)
• Перемычка (номер Ли: 10318 или 21805)
• Тестовые лидеры-аллигаторы (номер Ли: 690)
• 3 тактильных переключателя (номер Ли: 31241 или 31242)
• 1x таймер NE555 (номер Ли: 7307)
• 1x 12-битный счетчик пульсаций CMOS 4040 (номер Ли: 7210)
• 1x Dual Quad вход И CMOS 4082 затвора (номер Ли: 7230)
• 1x четырехканальный CMOS-датчик изображения 4081 с 2 входами и затвором (номер Ли: 7229)
• 2x Quad 2-входных КМОП-матрицы с логическим элементом ИЛИ-НЕ 4001 или 74HC02 (номер Ли: 7188 или 71692)
• 1x четырехканальный вентиль ИЛИ с 2 входами 74HC32 (номер Ли: 71702)
• 3 резистора по 1 кОм Вт (номер Ли: 9190)
• 2 резистора по 150 кОм ¼ Вт (номер Ли: 91527)
• 1x 10 нФ (0,01 мкФ) конденсатор (номер Ли: 8180)
• 1x 4,7 мкФ конденсатор (число Ли: 85)
• 1x 1N4001 диод (номер Ли: 796)
• 1x зуммер 3-24 В постоянного тока, непрерывный (номер Ли: 4135)

Инструменты

1x устройства для зачистки проводов (номер Ли: 10325)

Шаг 1: Настройка вашей доски

Настройка вашей доски для этого проекта является ключевым моментом. Эта настройка обеспечивает питание всех шин питания (красная и синяя линии).

1. Вам нужно будет использовать перемычку, чтобы соединить два банановых вывода в верхней части платы с самой макетной платой. Это поможет прикрепить аккумулятор или источник питания.
2. Как и на Рисунке 1 выше, разместите красный соединительный провод, чтобы соединить вместе красные линии рельса.
3. Используйте черный провод, чтобы соединить синие рельсы вместе. (Я использовал черный провод, но синий провод подойдет)

ВАЖНО! Убедитесь, что ни одна из красных линий НЕ соединена с синими линиями. Это приведет к короткому замыканию и СЖИГЕНИЮ ВАШЕЙ ПЛИТКИ, А ТАКЖЕ ВЫРАЖАЕТСЯ ПРОВОДА И АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ.

УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ВАША ПЛАТА НЕ ВКЛЮЧАЕТСЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ ПРОВОДКИ! ЭТО МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К СЛУЧАЙНОМУ ПОВРЕЖДЕНИЮ ВАШИХ КОМПОНЕНТОВ

Прежде чем мы начнем, мы будем использовать значительное количество микросхем на нашей макетной плате, поэтому я укажу места на макете для размещения компонентов для удобного и удобного размещения.

У большинства микросхем есть индикатор на микросхеме, показывающий, где находится переднее или прямое направление. На микросхеме должна быть небольшая выемка для обозначения передней части микросхемы, как показано на рисунке 2.

(Если вас интересует маленькая светодиодная схема в углу, пройдите до самого конца. Я покажу вам, почему она там и как работает)

Шаг 2: Настройка таймера

Этот таймер каждую секунду отправляет импульс счетчику, который мы будем использовать на следующем шаге. А пока мы сосредоточимся на правильной настройке таймера NE55. Я использовал калькулятор таймера NE555, чтобы найти значения резистора и конденсатора, необходимые для установки периода в 1 секунду. Это гарантирует, что счетчик будет считать по секундам.

1. Поместите микросхему таймера NE555 на макетную плату так, чтобы передние контакты находились на уровне 5 на левой стороне макета.
2. Подключите контакт 8 к линии красного рельса.
3. Подключите контакт 1 к синей линии рельса.
4. Подключите контакт 7 к линии красной шины с помощью одного из резисторов 150 кОм.

5. Подключите контакт 7 к контакту 2, используя другой резистор 150 кОм и диод 1N4001.

   • Убедитесь, что линия диода обращена к контакту 2, как показано на схеме.
   • Не беспокойтесь о направлении резистора
6. Подключите контакт 6 к контакту 2, используя провод или перемычку.
7. Подключите контакт 5 к линии синей шины с помощью конденсатора 10 нФ.
8. Подключите контакт 2 к линии синей шины с помощью конденсатора 4,7 мкФ.
9. Убедитесь, что провод, который находится на стороне разметки линии, подключен к синей шине, в противном случае конденсатор находится в обратном направлении.
10. Подключите контакт 4 к линии красного рельса с помощью провода, чтобы отключить функцию сброса.
11. Наконец, установите перемычку на контакт 3 для следующего шага.

Шаг 3: Настройка счетчика

Это самая важная часть всей системы, иначе вы получите больше, чем просто сваренное вкрутую яйцо!

1. Поместите микросхему счетчика CMOS 4040 на макетную плату после микросхемы таймера NE555 так, чтобы передние контакты находились на уровне 10.
2. Подключите контакт 16 к красной линии рельса.
3. Подключите контакт 8 к синей линии рельса.
4. Подключите контакт 10 к выходу таймера NE555 (контакт 3 на NE555), который вы оставили на предыдущем шаге.
5. Оставьте контакт 11 для функции сброса

Шаг 4: Подготовка мозгов системы

Первые шаги по настройке мозга системы - это задать вопрос: как долго мы хотим, чтобы яйца готовились?

Система имеет две настройки приготовления; вкрутую и всмятку. Однако самая сложная часть состоит в том, что цифровые системы (даже ваши компьютеры) считают двоичными числами, поэтому единицы и нули. поэтому нам нужно преобразовать наши обычные десятичные числа в двоичные числа.

ВРЕМЯ ДЛЯ НЕСКОЛЬКИХ НОМЕРОВ

Преобразование десятичного числа в двоичное требует простых шагов деления.

1. Возьмите свое число и разделите его на 2
2. Запомните результат и остаток от деления
3. Остальное идет на первый бит
4. Разделите результат на 2

5. Повторите шаги 2–4 для каждого последовательного бита, пока ваш результат не станет нулевым.

   ПРИМЕЧАНИЕ: ДВОИЧНЫЕ НОМЕРА ПРОЧИТАЮТСЯ ОТ СПРАВА НА ВЛЕВО, поэтому БИТ №1 - САМЫЙ ПРАВИЛЬНЫЙ НОМЕР

Пример для десятичного числа: 720

См. Таблицу выше

Таким образом, результирующее двоичное число будет 0010 1101 0000. Я сохранил двоичное число в группах по 4 для четного интервала и для соответствия нашему 12-битному счетчику.

В поисках нашего времени

Для этого проекта я выбрал 3 минуты для всмятку и 6 минут для вкрутую. Это время необходимо преобразовать в секунды, чтобы соответствовать скорости нашего таймера NE555 и нашего счетчика.

В 1 минуте 60 секунд.

Итак, 3 минуты превращаются в 180 секунд, а 6 минут превращаются в 360 секунд

Далее нам нужно преобразовать его в двоичный.

Используя метод преобразования десятичной дроби в двоичную, получаем:

360 секунд 0001 0110 1000

180 секунд 0000 1011 0100

Шаг 5: Настройка CMOS 4082 с 4 входами и затвором

Наконец-то мы можем приступить к настройке мозгов системы на нашей макетной плате. Во-первых, вентиль И с 4 входами. Этот вентиль требует, чтобы все входы были равны 1, прежде чем выход сам станет равным 1. Например, если мы выбрали 3 минуты; биты 3, 5, 6 и 8 должны быть 1, прежде чем логический элемент И сможет выдать 1. Это заставит нашу систему срабатывать только в определенное время.

1. Поместите микросхему CMOS 4082 с 4 входами и затвором на макетную плату после счетчика CMOS 4040 так, чтобы передние контакты находились на уровне 20.
2. Подключите контакт 14 к красной линии рельса.
3. Подключите контакт 7 к синей линии рельса.
4. Подключите контакты 2-5 к контактам счетчика, как показано на схеме выше.
5. Сделайте то же самое для контактов 12–9.
6. Контакты 6 и 8 не будут использоваться, поэтому вы можете оставить их в покое.

Шаг 6: установка кнопок и защелок

Это основной элемент управления и еще одна важная часть системы!

Сначала давайте начнем с концепции защелок. На рисунке 3 представлена принципиальная схема того, как будет выглядеть одна из наших защелок с нашими вентилями CMOS 4001 NOR.

Когда один вход включен (задан высокий логический уровень или 1), система переключит, какой выход включен, и оставит его включенным. Когда другой вход включен, система снова включится и оставит этот новый выход включенным.

Теперь применим его к нашей схеме!

Первая защелка будет для выхода 4-входного И, который мы только что подключили.

1. Поместите микросхему CMOS 4001 NOR Gate IC на макетную плату после CMOS 4082 с 4 входами и вентилем так, чтобы передние контакты находились под номером 30.
2. Подключите контакт 14 к красной линии рельса.
3. Подключите контакт 7 к синей линии рельса.
4. Подключите контакт 1 к контакту 1 логического элемента AND.
5. Соедините контакты 2 и 4 вместе
6. Соедините контакты 3 и 5 вместе
7. Подключите контакт 13 к контакту 13 логического элемента AND.
8. Соедините контакты 12 и 10 вместе
9. Соедините контакты 11 и 9 вместе
10. Соедините контакты 6 и 8 вместе, мы будем использовать их позже для функции сброса.

Шаг 7: Установка кнопок и защелок Продолжение

Далее идет вторая защелка и кнопки!

Мы разместим их на правой половине платы, чтобы было легче нажимать кнопки и держать нашу схему в нужном месте и на расстоянии. Кнопки также используют защелку для установки и сброса выбранной настройки.

1. Положите кнопки (тактильные переключатели) на доску

2. Подключите кнопки, как показано на схеме выше.

   Используемые резисторы - резисторы сопротивлением 1 кОм

3. Подключите CMOS 4001, как мы делали ранее для первой защелки, но вместо этого мы подключаем кнопки ко входам CMOS 4001.

   На рисунке 4 используется эквивалент 74HC02 NOR

ТЕПЕРЬ МЫ НАКОНЕЦ ИСПОЛЬЗУЕМ ЭТУ КНОПКУ СБРОСА И СБРОС ВХОДА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ!

1. Подключите кнопку сброса к другим местам сброса в системе.

   • Обратитесь к изображениям на предыдущих шагах для определения местоположения
   • Вам нужно будет использовать несколько перемычек, чтобы соединить все контакты вместе.
2. Выходы кнопок вкрутую и всмятку из защелки будут использоваться на следующем шаге.

Шаг 8: Настройка CMOS 4081 с 2 входами и вентилем

Эта часть обрабатывает подтверждение того, какую настройку мы выбрали. Выход будет включен только тогда, когда оба входа верны. Это позволит только одной из настроек активировать сигнал тревоги в конце.

1. Поместите микросхему CMOS 4081 AND Gate IC на макетную плату после нашей первой микросхемы защелки так, чтобы передние контакты находились на уровне 40 с правой и левой стороны макета.
2. Подключите контакт 14 к красной линии рельса.
3. Подключите контакт 7 к синей линии рельса.
4. Подключите выходы двух защелок к входам логических элементов И (см. Шаг 6: Настройка кнопок и защелок).
5. Сделайте это для настроек как вкрутую, так и всмятку.

Шаг 9: Завершение работы с системой

Последние штрихи в системе. Логический элемент ИЛИ позволяет любому входу включать выход.

1. Поместите микросхему 74HC32 OR Gate IC на макетную плату после CMOS 4081 с 2 входами AND Gate так, чтобы передние контакты находились на уровне 50 с правой и левой стороны макета.
2. Подключите контакт 14 к красной линии рельса.
3. Подключите контакт 7 к синей линии рельса.
4. Возьмите два выхода из шага 7 и подключите их ко входам микросхемы 74HC32 (контакты 1 и 2).
5. Подключите выход (PIN 3) к красному проводу зуммера.
6. Подключите черный провод зуммера к синей линии рельса.

Готово

Подключите батарею к держателю батареи и подключите красный провод к красной банановой клемме макетной платы, а черный провод к черной банановой клемме макетной платы, чтобы включить ее. Для работы таймера сначала нажмите кнопку сброса, а затем выбирайте свой вариант каждый раз, когда вы хотите начать новое время, потому что таймер NE555 работает постоянно и будет продолжать подсчет системы, если сначала не будет нажата кнопка сброса

Будущие улучшения

Эта схема не является на 100% идеальной. Есть вещи, которые я хотел бы улучшить:

1. Убедитесь, что таймер и счетчик NE555 начинают отсчет только после того, как был сделан выбор.
2. Сбрасывайте систему после каждого завершенного сигнала тревоги
3. Убедитесь, что одновременно можно выбрать только один вариант, в настоящее время можно выбрать оба варианта.
4. Очистите контур, чтобы упростить отслеживание и понимание потока.
5. Имейте деталь или систему, которая показывает, какой выбор был выбран, и текущее время таймера

Шаг 10: Видео работы

Я заменил зуммер на небольшую тестовую схему. Цвет светодиода изменится с красного на зеленый при успешном срабатывании сигнала тревоги.

Шаг 11: БОНУС за схему контрольных точек

Итак … вам действительно интересно узнать об этом маленьком кусочке компонентов.

На рисунках выше показано, как это выглядит на плате, и принципиальная схема схемы. Эта схема называется схемой тестирования логики. Это может проверить, имеют ли выходы IC или цифровых выходов высокий (1) или низкий (0) уровень.

В этой схеме используется фундаментальная концепция диодов и электрического тока. Электричество течет от высокого потенциала к низкому, как река, но вы можете спросить, как меняется потенциал? Потенциал цепи падает после каждого компонента. Так, например, на одном конце резистора будет более высокий потенциал, чем на другом. Это падение называется падением напряжения и вызвано характеристиками резистора и определяется по закону Ома.

Закон Ома: напряжение = ток x сопротивление

На диодах также наблюдается падение напряжения, которое еще больше падает по мере прохождения цепи. Это продолжается до тех пор, пока вы не коснетесь символа заземления, который представляет нулевой потенциал или нулевое напряжение.

Теперь вопрос, как эта схема проверяет высокий логический уровень (1) или низкий логический уровень (0)?

Что ж, когда мы подключаем любой логический выход к точке между двумя светодиодами, в этой точке появляется потенциал напряжения. Используя основы диодов, поскольку светодиоды являются светодиодами и следуют тем же принципам, диоды позволяют току течь только в одном направлении. Вот почему, когда вы подключаете светодиоды в обратном направлении, они не загораются.

Эффект этой точки между двумя светодиодами вызывает эту характеристику. Когда точка имеет высокий логический уровень (1), в этой точке создается потенциал 5 В, и поскольку потенциал напряжения перед КРАСНЫМ светодиодом ниже, чем потенциал в контрольной точке, КРАСНЫЙ светодиод не включается. Однако ЗЕЛЕНЫЙ светодиод загорится. Это покажет, что все, что вы тестируете, находится на высоком логическом уровне (1).

И наоборот, когда контрольная точка находится на низком логическом уровне (0), в контрольной точке будет нулевой потенциал напряжения. Это позволит загореться только КРАСНОМУ светодиоду, показывая, что в любой точке, которую вы пытаетесь проверить, установлен низкий логический уровень.