Digital klocka men utan mikrokontroller [Hardcore Electronics]: 13 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Det är ganska enkelt att bygga kretsar med en mikrokontroller, men vi glömmer totalt massorna av arbete som en mikrokontroller måste gå igenom för att slutföra en enkel uppgift (även för att blinka en lysdiod). Så hur svårt skulle det vara att göra en digital klocka helt från grunden? Ingen kodning och ingen mikrokontroller och för att göra det riktigt HARDCORE vad sägs om att bygga kretsen i ett perf-kort utan att använda några kretskort.

Detta är verkligen ett utmanande projekt att göra, inte på grund av hur klocklogiken fungerar utan på grund av hur vi ska bygga kretsen med alla dessa komponenter tillsammans i en kompakt perf-board.

Detta projekt inspirerades av denna instruerbara (författare: hp07) redan 2018, vilket skulle vara vansinnigt svårt att bygga in en perf-board på grund av antalet anslutningar och komponenterna som används. Så jag grävde lite på nätet för att minska komplexiteten men ändå göra det ganska enkelt och svårt att bygga in ett perf-board.

Andra referenser: scopionz, danyk

Tillbehör

Detta är listan över produkter som kan hjälpa dig att göra detta projekt med lätthet

(Affiliate Link)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-segmentskärm:
• Potentiometer:
• Resistorsats:
• Diod:
• Kondensatorer Kit:
• Tryckknapp:
• Perfboard:
• Akrylark:
• Nätadapter:
• Bänk strömförsörjning:
• oscilloskop kit:
• Digitalt klocksats:

Steg 1: Begreppet tid [men för NOOBS]

Först måste vi förstå svaret på några frågor innan vi kan hoppa in i att bygga denna digitala klocka! hur ska vi hålla reda på tiden och hur kan vi definiera tiden själv?

Lösningen på detta problem är ganska enkel (om du tänker på dig själv som en upprorisk tonåring och bara låtsas över ett sekel fysiker aldrig repat det där). Sättet vi ska närma oss denna lösning kan vara kontraintuitivt, där vi först ska se hur vi kan hålla reda på tiden och sedan definiera tiden.

Betrakta klockan som en räknare som kan räkna siffror upp till 0-60 och 0-24 (låt oss bara oroa oss för 24 -timmars klocka för närvarande) när detta värde överstiger det går det bara vidare till nästa högre beteckning [Sekunder -> minuter -> Timmar-> dagar-> månader-> år].

Men vi saknar en viktig punkt här, när ska vi öka detta motvärde? Låt oss ta en titt på den enkla fysikdefinitionen

"Den andra definieras genom att ta det fasta numeriska värdet för cesiumfrekvensen,ν, den oförstörda hyperfin-övergångsfrekvensen för cesium 133-atomen till 9 192 631 770, uttryckt i enheten Hz, vilket är lika med s −1."

Om du förstod definitionen borde du antagligen ta teoretisk fysik och sluta med elektronik!

Hur som helst, för enkelhetens skull, antar vi bara att det är dags för en cesiumatom att vibrera 9 miljarder gånger. Nu när du ökar räknaren varannan sekund eller tid det tar för en cesiumatom att vibrera 9 miljarder gånger fick du dig en klocka-grej! Till detta, om vi bara kunde lägga till logik på ett sådant sätt att sekunder går över till minuter och minuter över till timmar när de når 60 (och timmar återställs på 24). Detta kommer att ge oss en fullt fungerande klocka som vi förväntar oss.

Låt oss nu se hur vi kan förverkliga teorin med en magi av ren elektronik!

Steg 2: Display med sju segment

Låt oss först räkna ut sättet att visa numret (eller tiden). 7-segmentskärmarna ska vara perfekta för den här byggnaden eftersom den ger ett retro-utseende, och det är också en av de enklaste skärmarna som finns på marknaden, det är så enkelt att det bara är gjord av 7 lysdioder (8 lysdioder, om punkten LED, räknades in) placerade på ett smart sätt för att visa alfanumeriska värden som kan placeras i angränsande med flera 7-segmentskärmar för att visa ett större värde.

Det finns 2 varianter av dessa 7 segmentdisplayer.

GEMENSAM KATOD: Alla led -vägs terminaler är anslutna till en gemensam punkt, och sedan är denna gemensamma punkt ansluten till marken (GND). För att slå på någon del av segmentet appliceras en +ve -spänning på motsvarande +ve -stift i det segmentet.

CATHODE ANODE: Alla +ve terminalen på lysdioden är ansluten till en gemensam punkt, och sedan är denna gemensamma punkt ansluten till VCC. Nu, för att slå på någon del av segmentet appliceras en -ve -spänning på motsvarande -ve -stift i det segmentet.

För vår applikation kommer vi att använda den vanliga katodversionen av 7-segmentskärmen, eftersom den digitala IC som vi kommer att använda kommer att mata ut HIGH-signal (+ve-signal).

Varje segment i den här displayen heter från A till G medurs och pricken (eller punkten) på displayen är markerad som 'p', kom ihåg segmenten med motsvarande alfabet, vilket är praktiskt när du ansluter den till den digitala IC: er.

Steg 3: Placering av Seven Segment Display

Det här steget kommer att bli lite knepigt eftersom det är ganska svårt att hitta den exakta storleken på perf-boardet och du kanske inte hittar en. Om så är fallet kan du kombinera 2 perf-board för att göra en större.

Att placera 7-segmentskärmen är ganska enkelt, placera bara skärmen jämnt med rätt avstånd så att du kan skilja sekunder, minuter och timmar (se bilden för placering av lysdioden).

Om du märkt nu använder jag ett gäng 100ohm motstånd för varje stift på skärmen, det här är helt för estetik och det är inte nödvändigt att använda dessa många motstånd. Om du kan placera ett 470ohm-motstånd mellan den gemensamma stiftet på 7-segmentskärmen och marken bör det vara tillräckligt bra. (Dessa motstånd används för att begränsa strömmen som ska gå genom lysdioden)

Eftersom den här kretsen har mycket att löda och för att se till att jag inte tappar koll på vad jag gör, lödde jag de 7-segmentiga displaystiften i en alfabetisk sekvens till motstånden och marken till toppen av kretsen. Det verkar värdelöst och komplicerat, men lita på mig, det kommer att göra ditt jobb enklare.

När jag byggde den här kretsen hittade jag ett coolt trick om 7 -segmentskärmen, när som helst av misstag om du har vänt upp och ner på den 7 -segmentiga skärmen behöver du inte avlöda skärmen helt och lösa igen. Varje stift förblir densamma förutom stift G och stift P, bara genom att lägga till en enkel bygelkabel kan du åtgärda problemet. (Kontrollera de två senaste bilderna där jag har använt en grön tröja för att visa detta problem).

Steg 4: Räknare

"laddar =" lat"

När det gäller digitala kretsar finns det bara 2 tillstånd HIGH eller LOW (binärt: 0 eller 1). Detta kan vi relatera till en omkopplare, när strömbrytaren är PÅ kan vi säga att det är en logik HÖG och när omkopplaren är avstängd kan vi säga att den är logisk LÅG. Om du kan slå på och stänga av omkopplaren med en konsekvent timing mellan PÅ och AV kan du generera en fyrkantig signal.

Nu kallas den tid det tar att skapa både höga och låga signaler tillsammans Tidsperiod. Om du kan slå på omkopplaren i 0,5 sekunder och stänga av strömbrytaren i 0,5 sekunder, kommer tidsperioden för denna signal att vara 1 sekund. På samma sätt kallas antalet gånger omkopplaren slås PÅ och stängs av på en sekund Frekvens.

[Exempel: 4Hz -> 4 gånger switch ON och 4 times switch OFF]

Det kan tyckas att det inte är särskilt användbart till en början, men den här tidpunkten för signalen är mycket nödvändig för att hålla allt i synkronisering i digitala kretsar, det är anledningen till att vissa digitala kretsar med klocksignaler också kallas synkrona kretsar.

Om vi kan generera en kvadratvåg på 1Hz kan vi öka vår räknare varannan sekund precis som sekunder på den digitala klockan. Konceptet här är fortfarande ganska vagt eftersom vi behöver den tid det tar för en cesiumatom att vibrera 9 miljarder gånger (som vi såg i steg-1) eftersom det är det som ger oss en sekund. Denna typ av precision med vår krets kommer att vara nästan omöjlig, men vi kan göra det bättre om vi kan använda ett oscilloskop (där tiden är förkalibrerad) för att ge en approximation på en sekund.

Steg 7: Välja en klockkrets

Det finns många sätt att bygga en klockpulsgenerator. Men här är några anledningar till varför jag använde 555 timer IC och några anledningar till varför du inte borde.

Fördel

• Kretsen är mycket enkel (nybörjarvänlig)
• Kräver ett mycket litet fotavtryck
• lätt att justera klockfrekvensen
• Kan ha ett brett spänningsintervall (Inte nödvändigt för vår digitala klockkrets)

Nackdel

• Klockan är inte exakt
• Klocksignalen kan påverkas allvarligt av temperatur/ luftfuktighet
• Klockans timing beror på motstånd och kondensatorer

Alternativ för frekvensgenerator eller klockpulsgenerator: Kristalloscillator, Delningsfrekvens

Steg 8: Placering av klockkretsen

Placera klockkretsen exakt under den sekundära delen av den digitala klockan, detta kommer att göra anslutningen enklare mellan IC 4026 och IC 555.

Vid denna tidpunkt var det helt värdelöst att ta bilder efter varje krets, eftersom kretsarna blir mycket komplicerade med massor av ledningar som går runt i olika riktningar. Så, bygg bara klockkretsen separat utan att oroa dig för resten av kretsen, och när det är klart, anslut bara utgången (stift 3) från 555 timer IC till klockstiftet på IC 4026.

Steg 9: Växla/öka logiken

Tvåa i Remix -tävlingen