IC Egg Timer: 11 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Vytvořil: Gabriel Chiu

Přehled

Tento projekt demonstruje základy digitální logiky, vlastnosti časovače NE555 a ukazuje, jak se počítají binární čísla. Použité komponenty jsou: časovač NE555, 12bitový čítač zvlnění, dvě brány NOR se 2 vstupy, brána se 4 vstupy AND, brána se 2 vstupy AND a brána se 2 vstupy NEBO. Logické brány, NOR, AND a OR se dodávají v ekvivalentech TTL a CMOS, které najdete v Lee’s Electronic. Tento projekt je jednoduchý časovač vajec se dvěma nastaveními: tvrdý nebo měkký vařený a přichází s funkcí reset.

Díly a nástroje

• 1x Breadboard (Leeovo číslo: 10516)

• 1x 9V baterie (Leeovo číslo: 8775 nebo 16123)

  POZNÁMKA: TENTO OBVOD MŮŽE FUNGOVAT TAKÉ S POUŽITÍM 5V NAPÁJENÍ. NEPŘEKRAČUJTE 9V, PROTOŽE MŮŽE POŠKOZIT ČIPY IC

• 1x 9V držák baterie (Leeovo číslo: 657 nebo 6538 nebo 653)
• Pevný propojovací drát (Leeovo číslo: 2249)
• Propojovací vodič (Leeovo číslo: 10318 nebo 21805)
• Aligátorové testovací svody (Leeovo číslo: 690)
• 3x hmatové spínače (Leeovo číslo: 31241 nebo 31242)
• 1x Časovač NE555 (Leeovo číslo: 7307)
• 1x 12bitový čítač zvlnění CMOS 4040 (Leeovo číslo: 7210)
• 1x Dual Quad vstup A brána CMOS 4082 (Leeovo číslo: 7230)
• 1x Quad 2-vstup A brána CMOS 4081 (Leeovo číslo: 7229)
• 2x Quad 2-input NOR gate CMOS 4001 or 74HC02 (Lee’s Number: 7188 or 71692)
• 1x Quad 2-Input OR gate 74HC32 (Lee’s Number: 71702)
• 3x 1k OHM odpory ¼ watt (Leeovo číslo: 9190)
• 2x 150k OHM odpory ¼ watt (Leeovo číslo: 91527)
• 1 x 10nF (0,01UF) kondenzátor (Leeovo číslo: 8180)
• 1x kondenzátor 4,7UF (Leeovo číslo: 85)
• 1x dioda 1N4001 (Leeovo číslo: 796)
• 1x bzučák 3-24V DC kontinuální (Leeovo číslo: 4135)

Nástroje

1x Odizolovací kleště (Leeho číslo: 10325)

Krok 1: Nastavení desky

Klíčové je nastavení desky pro tento projekt. Toto nastavení má zajistit napájení všech napájecích kolejnic (červené a modré čáry).

1. K propojení dvou banánových svorek v horní části desky se samotným prkénkem budete muset použít propojovací kabel. To pomůže s připojením baterie nebo zdroje napájení.
2. Stejně jako na obrázku 1 výše umístěte červený propojovací vodič k propojení červených kolejnic.
3. Pomocí černého drátu spojte modré železniční tratě dohromady. (Použil jsem černý drát, ale modrý je v pořádku)

DŮLEŽITÉ !: Ujistěte se, že některá z červených čar NENÍ připojena k modrým čarám. Zkratujete tím obvod a PÁLÍ SE VAŠE PLOCHÁ DESKA A ZNIČÍ SE VAŠE DIAJNICE A BATERIE.

ZAJIŠTĚTE, ABY VAŠE DESKA BĚHEM ZAPOJENÍ NENÍ NAPÁJENA! TOTO MŮŽE ZPŮSOBIT NÁHODNÉ POŠKOZENÍ VAŠICH SOUČÁSTEK

Než začneme, použijeme na našem prkénku značné množství IC čipů, takže uvedu umístění, kde na prkénko umístím součásti, aby bylo možné dosáhnout pěkného a snadného rozestupu.

Většina integrovaných obvodů má na čipu indikátor, který ukazuje, kde se nachází přední nebo dopředný směr. Čip by měl mít malý zářez, který ukazuje, kde je přední část čipu, jak ukazuje obrázek 2.

(Pokud vás zajímá malý obvod LED v rohu, přejděte na úplný konec. Ukážu vám, proč tam je a jak funguje)

Krok 2: Nastavení časovače

Tento časovač odesílá puls každou sekundu na čítač, který použijeme v dalším kroku. Prozatím se zaměříme na správné nastavení časovače NE55. Pomocí kalkulačky časovače NE555 jsem našel hodnoty odporu a kondenzátoru potřebné k nastavení periody na 1 sekundu. Tím zajistíte, že se počítadlo počítá po sekundách.

1. Umístěte IC čip časovače NE555 na prkénko tak, aby přední kolíky byly na úrovni čísla 5 na levé straně prkénka
2. Připojte kolík 8 k červené železniční trati
3. Připojte kolík 1 k modré železniční trati
4. Připojte pin 7 na červenou kolejnici jedním z odporů 150 k OHM

5. Připojte pin 7 na pin 2 pomocí dalšího 150k ohmového rezistoru a diody 1N4001

   • Ujistěte se, že čára diody směřuje ke kolíku 2, jak je znázorněno na obrázku
   • Nedělejte si starosti se směrem, kterým rezistor směřuje
6. Připojte také pin 6 na pin 2 pomocí drátu nebo propojky
7. Připojte pin 5 k vedení Blue rail pomocí kondenzátoru 10nF
8. Připojte pin 2 k vedení Blue rail pomocí kondenzátoru 4,7uF
9. Ujistěte se, že vodič, který je na straně značení čáry, je připojen k modré kolejnici, jinak je kondenzátor zpět
10. Chcete -li deaktivovat funkci resetování, připojte pin 4 k vedení Red rail
11. Nakonec umístěte propojku na pin 3 pro další krok.

Krok 3: Nastavení čítače

Toto je nejdůležitější část celého systému, jinak získáte více než jen vejce natvrdo!

1. Umístěte IC čítač CMOS 4040 IC na chlebovou desku za čip časovače NE555, aby přední kolíky byly na úrovni čísla 10
2. Připojte kolík 16 k červené železniční trati
3. Připojte kolík 8 k modré železniční trati
4. Připojte kolík 10 k výstupu časovače NE555 (kolík 3 na NE555), který jste opustili v předchozím kroku
5. Ponechte kolík 11 pro funkci resetování

Krok 4: Příprava mozků systému

Prvními kroky nastavení mozků systému je položení otázky: Jak dlouho chceme, aby se nám vajíčka vařila?

Systém má dvě nastavení vaření; na tvrdo a na měkko. Nejtěžší však je, že digitální systémy (dokonce i vaše počítače) počítají v binárních číslech, tedy 1 a 0. potřebujeme tedy převést naše normální desítková čísla na binární čísla.

ČAS NA NĚKTERÉ ČÍSLO SKLÁDÁNÍ

Převod desítkové soustavy na binární má jednoduché dělící kroky.

1. Vezměte si své číslo a vydělte ho 2
2. Zapamatujte si výsledek a zbytek z rozdělení
3. Zbytek jde na první bit
4. Vydělte svůj výsledek 2

5. Kroky 2 až 4 opakujte pro každý sekvenční bit, dokud se váš výsledek nezmění na nulu.

   POZNÁMKA: BINÁRNÍ ČÍSLA SE ČTÍ Z PRÁVA NA VLEVO, TAKŽE BIT č. 1 JE SPRÁVNĚ NEJVĚTŠÍ ČÍSLO

Příklad pro desetinné číslo: 720

Viz tabulka výše

Výsledné binární číslo je tedy 0010 1101 0000. Ponechal jsem binární číslo ve skupinách po 4 pro rovnoměrné mezery a pro porovnání s naším 12bitovým čítačem.

Hledání našich časů

Pro tento projekt jsem vybral 3 minuty pro měkké a 6 minut pro tvrdé. Tyto časy je třeba převést na sekundy, aby odpovídaly rychlosti našeho časovače NE555 a našeho počítadla.

K dispozici je 60 sekund za 1 minutu.

Takže 3 minuty se změní na 180 sekund a 6 minut na 360 sekund

Dále jej musíme převést na binární.

Pomocí metody pro převod desítkové soustavy na binární dostaneme:

360 sekund 0001 0110 1000

180 sekund 0000 1011 0100

Krok 5: Nastavení CMOS 4082 se 4 vstupy a bránou

Konečně můžeme začít nastavovat mozky systému na našem prkénku. Nejprve brána se 4 vstupy AND. Tato brána potřebuje, aby všechny vstupy byly 1, než se výstup stane 1 samotným. Pokud jsme například vybrali 3 minuty; bity 3, 5, 6 a 8 musí být 1, než může brána AND vydat 1. Tím se náš systém spustí pouze v určitých časech.

1. Umístěte 4-vstupový AND AND Gate IC čip CMOS 4082 na desku chleba za čítač CMOS 4040 tak, aby přední piny byly na úrovni čísla 20
2. Připojte kolík 14 k červené železniční trati
3. Připojte pin 7 k modré železniční trati
4. Připojte piny 2-5 k vývodům čítače, jak ukazuje obrázek výše
5. Totéž proveďte pro Piny 12-9
6. Piny 6 a 8 nebudou použity, takže je můžete nechat na pokoji

Krok 6: Nastavení tlačítek a západek

Toto je hlavní ovládací prvek a další zásadní část systému!

Nejprve začněme konceptem západek. Obrázek 3 je schéma zapojení, jak bude vypadat jedna z našich západek pomocí našich bran CMOS 4001 NOR.

Když je jeden vstup ZAPNUTÝ (s logickou výškou nebo 1), systém přepne, který výstup je ZAPNUTÝ a ponechá jej ZAPNUTÝ. Když je druhý vstup ZAPNUTÝ, systém se znovu přepne a ponechá tento nový výstup zapnutý.

Nyní to aplikujte do našeho okruhu!

První západka bude pro výstup 4-vstupu A právě jsme zapojili.

1. Umístěte IC čip CMOS 4001 NOR Gate na chlebovou desku za 4-vstupovou bránu AND CMOS 4082 tak, aby přední piny byly na čísle 30
2. Připojte kolík 14 k červené železniční trati
3. Připojte pin 7 k modré železniční trati
4. Připojte pin 1 ke kolíku 1 brány AND
5. Spojte piny 2 a 4 dohromady
6. Spojte piny 3 a 5 dohromady
7. Připojte pin 13 ke kolíku 13 brány AND
8. Spojte piny 12 a 10 dohromady
9. Spojte piny 11 a 9 dohromady
10. Spojte piny 6 a 8 dohromady, použijeme je později pro funkci reset.

Krok 7: Nastavení tlačítek a západek Pokrač

Další je druhá západka a tlačítka!

Ty umístíme na pravou polovinu desky, takže je snazší stisknout tlačítka a udržet náš obvod potřebný a rozložený. Tlačítka také používají západku k nastavení a resetování zvoleného nastavení.

1. Odložte tlačítka (hmatové přepínače) na desku

2. Zapojte tlačítka podle schématu výše

   Použité odpory jsou 1k OHM odpory

3. Zapojte CMOS 4001 jako dříve pro první západku, ale místo toho připojujeme tlačítka ke vstupům CMOS 4001

   Obrázek 4 používá ekvivalent 74HC02 NOR

TEĎ SE KONEČNĚ POUŽÍVÁME TOTO TLAČÍTKO RESET A RESET VSTUPU K POUŽITÍ!

1. Připojte resetovací tlačítko k dalším resetovacím místům v systému

   • Umístění najdete na obrázcích v předchozích krocích
   • K propojení všech kolíků budete muset použít více propojovacích vodičů
2. Hard-boiled a Soft-boiled výstupy ze západky budou použity v dalším kroku

Krok 8: Nastavení brány CMOS 4081 se 2 vstupy AND

Tato část zpracovává potvrzení, jaké nastavení jsme vybrali. Výstup bude zapnut pouze tehdy, jsou -li oba vstupy správné. To umožní pouze jednomu z nastavení aktivovat alarm na konci.

1. Po našem prvním západkovém čipu umístěte čip CMOS 4081 AND Gate IC na chlebovou desku tak, aby přední kolíky byly na úrovni čísla 40 na pravé straně a levé straně prkénka
2. Připojte kolík 14 k červené železniční trati
3. Připojte pin 7 k modré železniční trati
4. Připojte výstupy dvou západek ke vstupům hradel AND (viz krok 6: Nastavení tlačítek a západek)
5. Udělejte to pro nastavení Hard-boiled i Soft-boiled.

Krok 9: Dokončení systému

Poslední úpravy systému. Brána OR umožňuje buď vstupu zapnout výstup.

1. Umístěte čip IC 74HC32 NEBO Gate na desku s pečivem, za bránou CMOS 4081 se 2 vstupy AND, aby přední kolíky byly na úrovni čísla 50 na pravé a levé straně desky
2. Připojte kolík 14 k červené železniční trati
3. Připojte pin 7 k modré železniční trati
4. Vezměte dva výstupy z kroku 7 a připojte je ke vstupům čipu 74HC32 (piny 1 a 2)
5. Připojte výstup (PIN 3) k červenému vodiči bzučáku
6. Připojte černý vodič bzučáku k modré železniční trati

Jste hotovi

Připojte baterii k držáku baterie a zapojte červený vodič do červeného banánového terminálu na prkénku a černý vodič do černého banánového terminálu na prkénku, aby se zapnul. Chcete -li spustit časovač, nejprve stiskněte reset a poté vyberte svou možnost pokaždé, když chcete spustit nový čas, protože časovač NE555 neustále běží a bude udržovat systém v počítání, pokud nejprve nestisknete tlačítko reset

Budoucí vylepšení

Tento obvod není 100% dokonalý obvod. Jsou věci, které bych chtěl zlepšit:

1. Zajistěte, aby časovač a počítadlo NE555 začaly počítat až poté, co byla provedena volba
2. Nechte systém resetovat po každém dokončeném alarmu
3. Zajistěte, aby bylo možné vybrat vždy pouze jednu možnost, aktuálně lze zvolit obě možnosti
4. Vyčistěte obvod, aby bylo snazší sledovat tok a porozumět mu
5. Mějte součást nebo systém, který ukazuje, který výběr byl vybrán a aktuální čas časovače

Krok 10: Video operace

Vyměnil jsem bzučák za malý testovací obvod. Po úspěšném spuštění alarmu se LED změní z červené na zelenou.

Krok 11: BONUSUJTE obvod testovacího bodu

Takže … jste opravdu zvědaví na tento malý kousek součástek.

Výše uvedené obrázky ukazují, jak to vypadá na desce a schematický diagram obvodu. Tento obvod se nazývá logický testovací obvod. To lze otestovat, zda jsou výstupy integrovaných obvodů nebo digitálních výstupů vysoké (1) nebo nízké (0).

Tento obvod využívá základní koncept diod a elektrického proudu. Elektřina proudí z vysokého potenciálu do nižšího potenciálu jako řeka, ale možná se ptáte, jak se potenciál mění? Potenciál obvodu klesá po každé součásti. Například na jednom konci rezistoru bude mít vyšší potenciál než na druhé straně. Tento pokles se nazývá pokles napětí a je způsoben charakteristikami rezistoru a je nalezen pomocí Ohmova zákona.

Ohmův zákon: Napětí = proud x odpor

Diody mají také pokles napětí, který dále klesá napětí, když jdete po obvodu. To pokračuje, dokud nenarazíte na symbol země, což představuje nulový potenciál nebo nulové napětí.

Nyní otázka, jak tento obvod testuje logickou vysokou (1) nebo logickou nízkou (0)?

Když připojíme jakýkoli logický výstup k bodu mezi dvěma LED diodami, v tomto bodě se vytvoří napěťový potenciál. Vzhledem k tomu, že diody LED jsou světelné diody a řídí se stejnými principy, využívají základy diod, takže diody mohou proudit pouze jedním směrem. Proto když zapojíte diody LED obráceně, nezapnou se.

Účinek tohoto bodu mezi dvěma LED diodami způsobí, že dojde k této charakteristice. Když je bod logicky vysoký (1), je v tomto bodě umístěn 5voltový potenciál a protože napěťový potenciál před ČERVENOU LED je nižší než potenciál v testovacím bodě, ČERVENÁ LED se nezapne. ZELENÁ LED dioda se však rozsvítí. To ukáže, že cokoli, co testujete, je na logické úrovni (1).

A naopak, když je testovací bod na logickém minimu (0), bude v testovacím bodě potenciál nulového napětí. To umožní pouze rozsvícení ČERVENÉ LED diody, což ukazuje, že jakýkoli bod, který se pokoušíte otestovat, je na logické úrovni.