Digitální hodiny, ale bez mikrokontroléru [hardcore elektronika]: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Je docela snadné stavět obvody s mikrokontrolérem, ale úplně zapomínáme na spoustu práce, kterou musel mikrokontrolér vykonat, aby dokončil jednoduchý úkol (i když bliká LED). Jak těžké by tedy bylo vytvořit digitální hodiny úplně od nuly? Žádné kódování a žádný mikrokontrolér a aby to bylo skutečné HARDCORE, co takhle postavit obvod na desce perf-board bez použití desek s plošnými spoji.

To je opravdu náročný projekt, ne kvůli tomu, jak funguje logika hodin, ale kvůli tomu, jak budeme stavět obvod se všemi těmito součástmi dohromady v kompaktní desce.

Tento projekt byl inspirován tímto návodem (autor: hp07) už v roce 2018, který by bylo šíleně těžké postavit do výkonné desky kvůli množství připojení a použitých komponent. Takže jsem trochu kopal online, abych snížil složitost, ale přesto jsem to udělal docela základní a obtížné postavit v desce.

Další odkazy: scopionz, danyk

Zásoby

Toto je seznam produktů, které vám mohou pomoci snadno provést tento projekt

(Affiliate Link)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7segmentový displej:
• Potenciometr:
• Sada odporů:
• Dioda:
• Sada kondenzátorů:
• Tlačítko:
• Perfboard:
• Akrylový list:
• Napájecí adaptér:
• Stolní napájecí zdroj:
• sada osciloskopu:
• Sada digitálních hodin:

Krok 1: Pojem času [ale pro NOOBS]

Nejprve musíme porozumět odpovědi na několik otázek, než se pustíme do stavby těchto digitálních hodin! jak budeme sledovat čas a jak můžeme definovat čas samotný?

Řešení tohoto problému je docela jednoduché (pokud si o sobě myslíte, že jste vzpurný teenager a jen předstíráte, že přes století se tam fyzikové nikdy nepoškrábali). Způsob, jakým k tomuto řešení přistoupíme, může být neintuitivní, kde nejprve uvidíme, jak můžeme sledovat čas a později čas definovat.

Hodiny považujte za čítač, který dokáže počítat čísla až 0-60 a 0-24 (zatím si dělejme starosti jen s hodinami 24 hodin), kdykoli ji tato hodnota překročí, stačí přejít na další vyšší označení [Sekundy -> Minuty -> Hodiny-> Dny-> Měsíce-> Roky].

Ale chybí nám zde hlavní bod, kdy bychom měli tuto protihodnotu zvýšit? Podívejme se na definici jednoduché fyziky

"Druhá je definována tak, že pevná numerická hodnota cesiové frekvence ∆ν, nerušené hyperjemné přechodové frekvence základního stavu atomu cesia 133, bude 9 192 631 770, pokud je vyjádřena v jednotce Hz, což se rovná s -1."

Pokud jste pochopili definici, měli byste pravděpodobně vzít teoretickou fyziku a přestat s elektronikou!

Každopádně pro jednoduchost budeme předpokládat, že je to doba, za kterou atom cesia vibruje 9 miliardkrát. Nyní, když zvýšíte počitadlo každou sekundu nebo čas, než atom cesia vibruje 9 miliardkrát, získáte něco jako hodiny! K tomu bychom mohli přidat logiku takovým způsobem, že sekundy se přenesou na minuty a minuty se přenesou na hodiny, když dosáhnou 60 (a reset hodin 24). Tím získáme plně funkční hodiny, které očekáváme.

Nyní se podívejme, jak můžeme s trochou magie čisté elektroniky uvést realitu do reality!

Krok 2: Sedm segmentový displej

Pojďme nejprve zjistit způsob zobrazení čísla (nebo času). 7segmentové displeje by pro tuto konstrukci měly být perfektní, protože dodávají retro vzhled, a také je to jeden z nejjednodušších displejů, které jsou na trhu k dispozici, je tak jednoduchý, že je vyroben pouze ze 7 LED diod (8 LED diod, pokud jde o LED, byla započítána) umístěna chytře, aby zobrazovala alfanumerické hodnoty, které lze umístit do sousedících s více 7segmentovými displeji, aby se zobrazila větší hodnota.

Existují 2 varianty těchto 7 segmentových displejů.

SPOLEČNÁ KATHODA: Všechny svorky -ve diody LED jsou připojeny ke společnému bodu a poté je tento společný bod připojen k zemi (GND). Nyní pro zapnutí jakékoli části segmentu je na odpovídající kladný kolík tohoto segmentu přivedeno kladné napětí.

CATHODE ANODE: Všechny kladné svorky LED jsou připojeny ke společnému bodu a poté je tento společný bod připojen k VCC. Nyní pro zapnutí jakékoli části segmentu je na odpovídající -ve pin tohoto segmentu aplikováno napětí -ve.

Pro naši aplikaci použijeme běžnou katodovou verzi 7segmentového displeje, protože digitální IC, který budeme používat, bude vysílat HIGH signál (+ve signál).

Každý segment tohoto displeje je pojmenován od A do G ve směru hodinových ručiček a tečka (nebo bod) na displeji je označena jako 'p', pamatujte si segmenty s jejich odpovídajícími abecedami, které budou užitečné při připojování k digitálnímu IC.

Krok 3: Umístění zobrazení sedmi segmentů

Tento krok bude trochu ošidný, protože najít přesnou velikost desky je docela obtížné a možná ji nenajdete. Pokud tomu tak je, můžete zkombinovat 2 perf-board, abyste vytvořili větší.

Umístění 7segmentového displeje je docela jednoduché, stačí umístit displej rovnoměrně se správnými mezerami, abyste mohli rozlišit sekundy, minuty a hodiny (umístění diody najdete na obrázku).

Pokud jste si teď všimli, že pro každý kolík displeje používám svazek 100 ohmových odporů, je to zcela pro estetiku a není nutné používat tyto mnoho odporů. Pokud můžete umístit odpor 470 ohmů mezi společný kolík 7segmentového displeje a zem, mělo by to být dost dobré. (Tyto odpory se používají k omezení proudu, který bude procházet LED diodou)

Protože tento obvod má co pájet a abych neztratil přehled o tom, co dělám, připájel jsem 7segmentové zobrazovací piny v abecedním pořadí k rezistorům a uzemnění k horní části obvodu. Zdá se to zbytečné a složité, ale věřte mi, že vám to práci usnadní.

Při stavbě tohoto obvodu jsem našel skvělý trik ohledně 7segmentového displeje, kdykoli omylem, pokud jste převrátili 7segmentový displej vzhůru nohama, nemusíte displej úplně odpájet a znovu rozpojovat. Každý kolík zůstane stejný, s výjimkou kolíku G a kolíku P, problém lze vyřešit pouhým přidáním jednoduchého propojovacího vodiče. (Podívejte se na poslední 2 obrázky, kde jsem použil zelený propojovací vodič k demonstraci tohoto problému).

Krok 4: Počitadlo

"loading =" líný"

Pokud jde o digitální obvody, existují pouze 2 stavy HIGH nebo LOW (binární: 0 nebo 1). To můžeme uvést do souvislosti s přepínačem, když je spínač zapnutý, můžeme říci, že je to logická VYSOKÁ a když je spínač vypnutý, můžeme říci, že je to logická NÍZKÁ. Pokud můžete zapnout a vypnout spínač s konzistentním časováním mezi ON a OFF, můžete generovat signál obdélníkové vlny.

Nyní se doba potřebná k vytvoření obou signálů a signálů vysokého a nízkého dohromady nazývá časové období. Pokud můžete spínač zapnout na 0,5 s a vypnout na 0,5 s, bude časový úsek tohoto signálu 1 sekunda. Podobně se počet zapnutí a vypnutí spínače za sekundu nazývá Frekvence.

[Příklad: 4 Hz -> 4krát zapnout a 4krát vypnout]

Zpočátku se to může zdát málo užitečné, ale toto načasování signálu je velmi nutné, aby bylo vše v synchronizaci v digitálních obvodech, proto se některým digitálním obvodům s hodinovými signály říká také synchronní obvody.

Pokud dokážeme generovat čtvercovou vlnu 1 Hz, můžeme náš čítač zvyšovat každou sekundu stejně jako sekundy na digitálních hodinách. Tento koncept je zde stále dost vágní, protože potřebujeme čas, který zabere atomu cesia 9 miliardkrát (jak jsme viděli v kroku 1), protože to nám dá jednu sekundu. Tento druh přesnosti pomocí našeho obvodu bude téměř nemožný, ale můžeme to udělat lépe, pokud můžeme použít osciloskop (kde je čas předem kalibrován), abychom poskytli aproximaci o jednu sekundu.

Krok 7: Výběr obvodu hodin

Existuje mnoho způsobů, jak vybudovat generátor hodinových impulsů. Ale zde je několik důvodů, proč jsem použil časovač IC 555, a několik důvodů, proč byste neměli.

Výhoda

• Okruh je velmi jednoduchý (vhodný pro začátečníky)
• Vyžaduje velmi malou stopu
• snadné nastavení hodinové frekvence
• Může mít široký rozsah napětí (Není nutné pro náš obvod digitálních hodin)

Nevýhoda

• Časování hodin není přesné
• Hodinový signál může být vážně ovlivněn teplotou/ vlhkostí
• Časování hodin je způsobeno odpory a kondenzátory

Alternativy pro generátor frekvence nebo generátor hodinových impulsů: Krystalový oscilátor, Dělící frekvence

Krok 8: Umístění obvodu hodin

Umístěte obvod hodin přesně pod sekundovou část digitálních hodin, což usnadní spojení mezi IC 4026 a IC 555.

V tuto chvíli bylo úplně zbytečné fotit po každém okruhu, protože obvody se velmi komplikují se spoustou drátů obíhajících různými směry. Stačí tedy sestavit hodinový obvod samostatně, aniž byste se museli starat o zbytek obvodu, a jakmile to bude hotové, stačí připojit výstup (pin 3) integrovaného časovače 555 k hodinovému pinu IC 4026.

Krok 9: Přepínání/inkrementace logiky

Druhé místo v soutěži Remix