IC Egg Timer: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Skapad av: Gabriel Chiu

Översikt

Detta projekt visar grunderna i digital logik, egenskaperna hos en NE555 -timer och visar hur binära tal räknas. Komponenterna som används är: en NE555-timer, en 12-bitars krusningsräknare, två 2-ingångs NOR-grindar, en 4-ingång OCH-grind, en 2-ingång OCH-grind och en 2-ingång ELLER-grind. Logikportarna NOR, AND och OR finns i TTL- och CMOS -ekvivalenter som finns på Lee’s Electronic. Detta projekt är en enkel äggklocka med två inställningar: hård eller mjukkokt och har en återställningsfunktion.

Delar och verktyg

• 1x brödbräda (Lees nummer: 10516)

• 1x 9V batteri (Lees nummer: 8775 eller 16123)

  OBS: DENNA KRETS KAN OCKSÅ ARBETA MED 5V STRÖM. Överskrid inte 9V eftersom det kan skada IC -chipsen

• 1x 9V batterihållare (Lees nummer: 657 eller 6538 eller 653)
• Massiv anslutningstråd (Lees nummer: 2249)
• Jumper Wire (Lees nummer: 10318 eller 21805)
• Alligator -testledningar (Lees nummer: 690)
• 3x taktila omkopplare (Lees nummer: 31241 eller 31242)
• 1x NE555 -timer (Lees nummer: 7307)
• 1x 12-bitars krusningsräknare CMOS 4040 (Lees nummer: 7210)
• 1x Dual Quad -ingång OCH grind CMOS 4082 (Lees nummer: 7230)
• 1x Quad 2-ingång OCH grind CMOS 4081 (Lees nummer: 7229)
• 2x Quad 2-ingång NOR-grind CMOS 4001 eller 74HC02 (Lees nummer: 7188 eller 71692)
• 1x Quad 2-ingång ELLER gate 74HC32 (Lees nummer: 71702)
• 3x 1k OHM -motstånd ¼ watt (Lees nummer: 9190)
• 2x 150k OHM -motstånd ¼ watt (Lees nummer: 91527)
• 1x 10nF (0.01UF) kondensator (Lees nummer: 8180)
• 1x 4.7UF kondensator (Lees nummer: 85)
• 1x 1N4001 -diod (Lees nummer: 796)
• 1x summer 3-24V DC kontinuerlig (Lees nummer: 4135)

Verktyg

1x Wire Strippers (Lees nummer: 10325)

Steg 1: Konfigurera din styrelse

Att sätta upp din styrelse för detta projekt är nyckeln. Denna inställning är för att säkerställa att alla kraftskenor (röda och blå linjer) drivs.

1. Du måste använda en bygelkabel för att ansluta de två bananterminalerna högst upp på brädet till själva brödbrädan. Detta hjälper dig att ansluta ditt batteri eller din strömkälla.
2. Som med figur 1 ovan, placera röd anslutningstråd för att ansluta de röda skenorna.
3. Använd svart tråd för att ansluta de blå järnvägslinjerna. (Jag använde svart tråd, men blå tråd är bra)

VIKTIGT !: Se till att någon av de röda linjerna INTE är anslutna till de blå linjerna. Detta kommer att kortsluta kretsen och BRÄNNA DITT BREADBOARD, OCH förstöra dina ledningar och batteri.

SÄKRA ATT DITT STYRELSE INTE KOMMER FÖR STRÖMNING! DETTA KAN ORSAKA DITT SKADA FÖR DINA KOMPONENTER

Innan vi börjar kommer vi att använda en avsevärd mängd IC -chips på vårt brödbräda, så jag kommer att ge var på brödbrädan platsen för att placera komponenterna för ett trevligt och enkelt avstånd.

De flesta IC: er har en indikator på chipet för att visa var riktningen framåt eller framåt är belägen. Chippet bör ha en liten hack för att ange var fronten på chipet är, som visas i figur 2.

(Om du är nyfiken på den lilla LED -kretsen i hörnet, gå till slutet. Jag ska visa dig varför den är där och hur den fungerar)

Steg 2: Konfigurera timern

Denna timer skickar en puls varje sekund till räknaren som vi kommer att använda i nästa steg. För tillfället kommer vi att fokusera på att korrekt konfigurera NE55 -timern. Jag använde en NE555 -timerkalkylator för att hitta motstånds- och kondensatorvärdena som behövs för att ställa in perioden till 1 sekund. Detta kommer att se till att räknaren räknas i sekunder.

1. Placera NE555 -timer -IC -chipet på brödbrädet så att de främre stiften ligger på nivå 5 på vänster sida av brödbrädet
2. Anslut stift 8 till den röda skenbanan
3. Anslut stift 1 till den blå järnvägslinjen
4. Anslut stift 7 till den röda skenlinjen med ett av 150k OHM -motståndet

5. Anslut stift 7 till stift 2 med det andra 150k OHM -motståndet och 1N4001 -dioden

   • Se till att diodens linje är vänd mot stift 2 som visas i diagrammet
   • Oroa dig inte för motståndets riktning
6. Anslut också stift 6 till stift 2 med en tråd eller en bygel
7. Anslut stift 5 till den blå järnvägslinjen med 10nF -kondensatorn
8. Anslut stift 2 till den blå järnvägslinjen med hjälp av kondensatorn 4,7 uF
9. Se till att tråden på sidan av linjemarkeringen är ansluten till den blå skenan, annars är kondensatorn bakåt
10. Anslut stift 4 till den röda skenlinjen med en kabel för att inaktivera återställningsfunktionen
11. Slutligen, placera en bygel vid Pin 3 för nästa steg.

Steg 3: Konfigurera räknaren

Detta är den viktigaste delen av hela systemet, annars får du mer än bara ett hårdkokt ägg!

1. Placera CMOS 4040 Counter IC -chipet på brödbrädet, efter NE555 Timer -chipet, så att de främre stiften ligger på nivå 10
2. Anslut stift 16 till den röda skenbanan
3. Anslut stift 8 till den blå järnvägslinjen
4. Anslut stift 10 till NE555 -timerutgången (stift 3 på NE555) som du lämnade i föregående steg
5. Lämna stift 11 för återställningsfunktionen

Steg 4: Förbereda systemets hjärnor

De första stegen i att sätta upp systemets hjärnor är att ställa frågan: Hur länge vill vi att våra ägg ska tillagas?

Systemet har två tillagningsinställningar; hårdkokt och mjukkokt. Den svåra delen är dock att digitala system (även dina datorer) räknar i binära tal, så 1: or och 0: or. så vi måste konvertera våra normala decimaltal till binära tal.

DAG FÖR NÅGOT NUMMER KRUNNAR

Omvandlingen av decimal till binär tar enkla divisionsteg.

1. Ta ditt nummer och dela det med 2
2. Kom ihåg resultatet och resten från divisionen
3. Resten går till den första biten
4. Dela ditt resultat med 2

5. Upprepa steg 2 till 4 för varje sekventiell bit tills ditt resultat blir noll.

   OBS: BINÄR NUMMER LÄSES FRÅN HÖGER TILL VÄNSTER SÅ BIT #1 ÄR RÄTT MEST NUMMER

Exempel, för decimaltal: 720

Se tabellen ovan

Därför är det resulterande binära talet 0010 1101 0000. Jag behöll det binära talet i grupper om 4 för jämnt avstånd och för att matcha vår 12-bitars räknare.

Hitta våra tider

För detta projekt valde jag 3 minuter för mjukkokt och 6 minuter för hårdkokt. Dessa tider måste konverteras till sekunder för att matcha hastigheten på vår NE555 -timer och vår räknare.

Det finns 60 sekunder på 1 minut.

Så, 3 minuter blir 180 sekunder och 6 minuter till 360 sekunder

Därefter måste vi konvertera det till binärt.

Med hjälp av metoden för att konvertera decimal till binär får vi:

360 sekunder 0001 0110 1000

180 sekunder 0000 1011 0100

Steg 5: Konfigurera 4-ingång OCH Gate CMOS 4082

Vi kan äntligen börja sätta upp systemets hjärnor på vår brödbräda. Först 4-ingång OCH grind. Denna gate behöver alla ingångar måste vara 1: or innan utgången blir 1 själv. Till exempel, om vi valde 3 minuter; bitarna 3, 5, 6 och 8 måste vara 1: or innan AND -grinden kan mata ut 1. Detta kommer att få vårt system att utlösa endast vid specifika tidpunkter.

1. Placera CMOS 4082 4-input AND Gate IC-chipet på brödbrädet efter CMOS 4040-räknaren så att de främre stiften ligger på nivå 20
2. Anslut stift 14 till den röda järnvägslinjen
3. Anslut stift 7 till den blå järnvägslinjen
4. Anslut stiften 2-5 till räknestiften enligt diagrammet ovan
5. Gör samma sak för stift 12-9
6. Stift 6 och 8 kommer inte att användas så att du kan lämna dem ifred

Steg 6: Konfigurera tryckknapparna och spärrarna

Detta är huvudkontrollen och en annan viktig del av systemet!

Låt oss först börja med konceptet spärrar. Figur 3 är ett kretsschema över hur en av våra spärrar kommer att se ut med våra CMOS 4001 NOR -portar.

När en ingång är PÅ (med en logik hög eller 1), växlar systemet vilken utgång som är PÅ och håller den PÅ. När den andra ingången är PÅ, växlar systemet igen och behåller den nya utgången.

Nu för att tillämpa det i vår krets!

Den första spärren kommer att vara för utgången från 4-ingången OCH vi har precis anslutit.

1. Placera CMOS 4001 NOR Gate IC-chipet på brödbrädet efter CMOS 4082 4-ingångs-OCH-grinden så att de främre stiften är vid nummer 30
2. Anslut stift 14 till den röda järnvägslinjen
3. Anslut stift 7 till den blå järnvägslinjen
4. Anslut stift 1 till stift 1 på OCH -grinden
5. Anslut stift 2 och 4 tillsammans
6. Anslut stift 3 och 5 tillsammans
7. Anslut stift 13 till stift 13 på OCH -grinden
8. Anslut stift 12 och 10 tillsammans
9. Anslut stift 11 och 9 tillsammans
10. Anslut stift 6 och 8 tillsammans, vi kommer att använda dem senare för återställningsfunktionen.

Steg 7: Konfigurera tryckknapparna och spärrarna Forts

Nästa är den andra spärren och knapparna!

Dessa kommer vi att sätta på den högra halvan av brädet så det är lättare att trycka på knapparna och hålla vårt kretsbehov och åtskilt. Knapparna använder också spärren för att ställa in och återställa den valda inställningen.

1. Lägg ner dina knappar (taktila omkopplare) på ditt bräde

2. Koppla upp knapparna som schemat ovan

   Motstånden som används är 1k OHM -motstånden

3. Anslut CMOS 4001 som vi gjorde tidigare för den första spärren men istället ansluter vi knapparna till ingångarna på CMOS 4001

   Figur 4 använder motsvarande 74HC02 NOR

NU KOMMER VI ÄNTLIGEN ATT ANVÄNDA DEN ÅTERSTÄLLNINGSKNAPPEN OCH ÅTERSTÄLL INPUTEN ATT ANVÄNDA!

1. Anslut återställningsknappen till de andra återställningsplatserna i systemet

   • Se bilderna i föregående steg för platserna
   • Du måste använda flera bygelkablar för att ansluta alla stiften
2. De hårdkokta och mjukkokta knapputgångarna från spärren kommer att användas i nästa steg

Steg 8: Konfigurera CMOS 4081 2-Input AND Gate

Denna del hanterar bekräftelsen på vilken inställning vi har valt. Utgången kommer bara att vara på när båda ingångarna är korrekta. Detta gör att endast en av inställningarna kan aktivera larmet i slutet.

1. Placera CMOS 4081 AND Gate IC -chipet på brödbrädet efter vårt första spärrchip så att de främre stiften är i nivå 40 på höger och vänster sida av brödbrädet
2. Anslut stift 14 till den röda skenbanan
3. Anslut stift 7 till den blå järnvägslinjen
4. Anslut utgångarna från de två spärrarna till ingångarna på AND -grindarna (Se steg 6: Ställa in tryckknapparna och spärrarna)
5. Gör detta för både hårdkokta och mjukkokta inställningar.

Steg 9: Slutföra systemet

Den sista handen vid systemet. ELLER -grinden låter endera ingången slå på utgången.

1. Placera 74HC32 OR Gate IC-chipet på brödbrädet, efter CMOS 4081 2-ingång OCH Gate, så att de främre stiften ligger på nivå 50 på höger sida och vänster sida av brödbrädet
2. Anslut stift 14 till den röda järnvägslinjen
3. Anslut stift 7 till den blå järnvägslinjen
4. Ta de två utgångarna från steg 7 och anslut dem till ingångarna på 74HC32 -chipet (stift 1 och 2)
5. Anslut utgången (PIN 3) till summerns röda kabel
6. Anslut summerns svarta ledning till Blue rail -linjen

Du är klar

Anslut batteriet till batterihållaren och sätt den röda ledningen till den röda banankontakten på brödbrädet och den svarta ledningen till den svarta bananterminalen på brödbrädan för att driva den. För att använda timern, tryck först på reset och välj sedan ditt alternativ varje gång du vill starta en ny tid eftersom NE555 -timern ständigt körs och kommer att hålla systemet att räkna om återställningsknappen inte trycks först

Framtida förbättringar

Denna krets är inte en 100% perfekt krets. Det finns saker som jag skulle vilja förbättra:

1. Se till att NE555 -timern och räknaren först börjar räkna efter att ett val har gjorts
2. Låt systemet återställa efter varje avslutat larm
3. Se till att endast ett alternativ kan väljas åt gången, för närvarande kan båda alternativen väljas
4. Rensa upp kretsen för att göra flödet lättare att följa och förstå
5. Ha en del eller ett system som visar vilket val som valdes och den aktuella tiden för timern

Steg 10: Video av driften

Jag bytte summern mot den lilla testkretsen. Lysdioden ändras från rött till grönt när det lyckas utlösa larmet.

Steg 11: BONUS Test Point Circuit

Så … du är verkligen nyfiken på den här lilla komponenten.

Bilderna ovan visar hur det ser ut på tavlan och det schematiska diagrammet för kretsen. Denna krets kallas en logisk testkrets. Detta kan testa om utgångarna från IC eller digitala utgångar är höga (1) eller låga (0).

Denna krets använder det grundläggande begreppet dioder och elektrisk ström. Elektricitet flyter från hög potential till lägre potential som en flod, men du kanske frågar, hur förändras potentialen? Kretsens potential sjunker efter varje komponent. Så, i ena änden av ett motstånd, till exempel, kommer att ha en högre potential än på andra sidan. Detta fall kallas ett spänningsfall och orsakas av motståndets egenskaper och hittas genom Ohms lag.

Ohms lag: Spänning = Ström x Motstånd

Dioderna har också ett spänningsfall över dem som sänker spänningen ytterligare när du går längs kretsen. Detta fortsätter tills du träffar marken symbolen representerar noll potential eller noll spänning.

Nu är frågan, hur testar denna krets en logisk hög (1) eller en logisk låg (0)?

Tja, när vi ansluter vilken logisk utgång som helst till punkten mellan de två lysdioderna sätter det en spänningspotential vid den punkten. Genom att använda grundläggande för dioder eftersom lysdioder är ljusemitterande dioder och följer samma principer, tillåter dioder bara ström att flöda i en riktning. Det är därför som du inte slås på när du kopplar upp lysdioderna i omvänd ordning.

Effekten av denna punkt mellan de två lysdioderna gör att denna egenskap händer. När punkten är en logisk hög (1) placeras en 5 volt potential vid den punkten och eftersom spänningspotentialen före den RÖDA lysdioden är lägre än potentialen vid testpunkten tänds inte den RÖDA lysdioden. Den GRÖNA LED -lampan tänds dock. Detta kommer att visa att vad du än testar ligger på en logisk höjdpunkt (1).

Och vice versa, när testpunkten är logisk låg (0) kommer det att finnas noll spänningspotential vid testpunkten. Detta gör det bara möjligt för den RÖDA lysdioden att tändas, vilket visar att vilken punkt du än försöker testa är på en logisk låg nivå.