Digitale klok maar zonder microcontroller [Hardcore Electronics] - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Het is vrij eenvoudig om circuits te bouwen met een microcontroller, maar we vergeten totaal de tonnen werk die een microcontroller moest doorstaan om een eenvoudige taak te voltooien (zelfs voor het knipperen van een led). Dus, hoe moeilijk zou het zijn om een digitale klok helemaal opnieuw te maken? Geen codering en geen microcontroller en om het echt HARDCORE te maken, hoe zit het met het bouwen van het circuit in een perf-board zonder printplaten te gebruiken.

Dit is echt een uitdagend project om te doen, niet vanwege hoe de kloklogica werkt, maar vanwege hoe we het circuit gaan bouwen met al deze componenten samen in een compact perf-board.

Dit project is geïnspireerd op deze instructable (auteur: hp07) in 2018, wat waanzinnig moeilijk zou zijn om in een perf-board te bouwen vanwege het aantal verbindingen en de gebruikte componenten. Dus ik heb wat online gegraven om de complexiteit te verminderen, maar het nog steeds vrij eenvoudig en moeilijk te maken om een perf-board in te bouwen.

Andere referenties: scopionz, danyk

Benodigdheden

Dit is de lijst met producten die u kunnen helpen dit project met gemak te doen

(Partnerlink)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• 7-segments display:
• Potentiometer:
• Weerstanden Kit:
• Diode:
• Condensatorenkit:
• Drukknop:
• Perfboard:
• Acrylplaat:
• Stroomadapter:
• Bankvoeding:
• oscilloscoop kit:
• Digitale klokkit: https://amzn.to/3l5ymja /

Stap 1: Tijdsconcept [maar voor NOOBS]

Eerst moeten we het antwoord op een paar vragen begrijpen voordat we kunnen beginnen met het bouwen van deze digitale klok! hoe gaan we de tijd bijhouden en hoe kunnen we de tijd zelf definiëren?

De oplossing voor dit probleem is vrij eenvoudig (als je jezelf als een opstandige tiener beschouwt en doet alsof meer dan een eeuw natuurkundigen er nooit over hebben gekrabd). De manier waarop we deze oplossing gaan benaderen, is misschien contra-intuïtief, waarbij we eerst zullen zien hoe we de tijd kunnen bijhouden en later de tijd kunnen definiëren.

Beschouw de klok als een teller die getallen kan tellen tot 0-60 en 0-24 (laten we ons voorlopig alleen zorgen maken over de 24-uurs klok) wanneer deze waarde deze overschrijdt, wordt deze gewoon overgedragen naar de volgende hogere aanduiding [Seconden -> Minuten -> Uren -> Dagen-> Maanden-> Jaren].

Maar we missen hier een belangrijk punt: wanneer moeten we deze tellerwaarde verhogen? Laten we eens kijken naar de definitie van eenvoudige natuurkunde

"De tweede wordt gedefinieerd door de vaste numerieke waarde van de cesiumfrequentie ∆ν, de onverstoorde hyperfijn-overgangsfrequentie van de grondtoestand van het cesium 133-atoom, te nemen als 9 192 631 770, uitgedrukt in de eenheid Hz, wat gelijk is aan s −1."

Als je de definitie begreep, zou je waarschijnlijk theoretische natuurkunde moeten nemen en stoppen met elektronica!

Hoe dan ook, voor de eenvoud nemen we aan dat het de tijd is die een cesiumatoom nodig heeft om 9 miljard keer te trillen. Als je nu de teller elke seconde verhoogt of de tijd die een cesiumatoom nodig heeft om 9 miljard keer te trillen, heb je een klok-achtig ding! Hieraan zouden we logica kunnen toevoegen op zo'n manier dat seconden worden overgedragen naar minuten en minuten worden overgedragen naar uren wanneer ze 60 bereiken (en uren worden gereset op 24). Dit geeft ons een volledig functionele klok die we verwachten.

Laten we nu eens kijken hoe we theorie in realiteit kunnen brengen, met wat magie van pure elektronica!

Stap 2: Zeven Segment Display

Laten we eerst uitzoeken hoe we het nummer (of de tijd) kunnen weergeven. De 7-segment-displays zouden perfect moeten zijn voor deze build omdat het een retro-look geeft, en het is ook een van de eenvoudigste displays die op de markt verkrijgbaar zijn. LED, werd meegeteld) op een slimme manier geplaatst om alfanumerieke waarden weer te geven die naast meerdere 7-segments displays kunnen worden geplaatst om een grotere waarde weer te geven.

Er zijn 2 varianten van deze 7 segment displays.

GEMEENSCHAPPELIJKE KATHODE: Alle -ve-aansluitingen van de led zijn verbonden met een gemeenschappelijk punt en vervolgens is dit gemeenschappelijke punt verbonden met de grond (GND). Om nu een deel van het segment in te schakelen, wordt een +ve-spanning toegepast op de corresponderende +ve-pin van dat segment.

KATHODE ANODE: Alle +ve-aansluitingen van de led zijn verbonden met een gemeenschappelijk punt en vervolgens is dit gemeenschappelijke punt verbonden met de VCC. Om nu een deel van het segment in te schakelen, wordt een -ve-spanning toegepast op de corresponderende -ve-pin van dat segment.

Voor onze toepassing gebruiken we de gemeenschappelijke kathodeversie van het 7-segments display, omdat de digitale IC die we gaan gebruiken een HOOG signaal (+ve signaal) zal uitvoeren.

Elk segment van dit display heeft een naam van A tot G met de klok mee en de stip (of punt) op het display is gemarkeerd als 'p', onthoud de segmenten met hun bijbehorende alfabetten, wat handig zal zijn bij het aansluiten op de digitale IC's.

Stap 3: plaatsing van zevensegmentendisplay

Deze stap zal een beetje lastig zijn, omdat het vinden van de exacte grootte van het perf-board behoorlijk moeilijk is en je er misschien geen vindt. Als dat het geval is, kun je 2 perf-boards combineren om een grotere te maken.

Het plaatsen van het 7-segments display is vrij eenvoudig, plaats het display gewoon gelijkmatig met de juiste afstand, zodat u de seconden, minuten en uren kunt onderscheiden (zie de afbeelding voor de plaatsing van de led).

Als je inmiddels hebt gemerkt dat ik een aantal 100ohm-weerstanden gebruik voor elke pin van het scherm, dit is volledig voor esthetiek en het is niet nodig om deze vele weerstanden te gebruiken. Als je een weerstand van 470 ohm tussen de gemeenschappelijke pin van het 7-segments display en de aarde kunt plaatsen, zou dat goed genoeg moeten zijn. (Deze weerstanden worden gebruikt om de stroom die door de LED gaat te beperken)

Omdat dit circuit veel te solderen heeft en om ervoor te zorgen dat ik niet uit het oog verlies wat ik aan het doen ben, heb ik de 7-segments display-pinnen in alfabetische volgorde aan de weerstanden gesoldeerd en de grond aan de bovenkant van het circuit. Het lijkt nutteloos en ingewikkeld, maar geloof me, dit zal je werk veel gemakkelijker maken.

Tijdens het bouwen van dit circuit vond ik een coole truc over het 7-segments display, wanneer je per ongeluk het 7-segments display ondersteboven hebt gedraaid, hoef je het display niet volledig te desolderen en opnieuw te solderen. Elke pin blijft hetzelfde behalve pin G en pin P, gewoon door een eenvoudige jumperdraad toe te voegen, kun je het probleem oplossen. (Controleer de laatste 2 afbeeldingen waar ik een groene jumper heb gebruikt om dit probleem aan te tonen).

Stap 4: Teller

"laden = "lui"

Als het gaat om digitale circuits zijn er slechts 2 toestanden HOOG of LAAG (Binair: 0 of 1). Dit kunnen we relateren aan een schakelaar, wanneer de schakelaar AAN staat, kunnen we zeggen dat het logisch HOOG is en wanneer de schakelaar UIT staat, kunnen we zeggen dat het logisch LAAG is. Als u de schakelaar AAN en UIT kunt zetten met een consistente timing tussen AAN en UIT, kunt u een blokgolfsignaal genereren.

Nu wordt de tijd die nodig is om zowel hoge als lage signalen samen te creëren, Tijdsperiode genoemd. Als u de schakelaar 0,5 sec AAN kunt zetten en de schakelaar 0,5 sec UIT, dan is de tijdsperiode van dit signaal 1 seconde. Evenzo wordt het aantal keren dat de schakelaar AAN en UIT gaat in een seconde, Frequentie genoemd.

[Voorbeeld: 4Hz -> 4 keer AAN en 4 keer UIT schakelen]

Dit lijkt in eerste instantie misschien niet zo handig, maar deze timing van het signaal is zeer noodzakelijk om alles in digitale circuits synchroon te houden, daarom worden sommige digitale circuits met kloksignalen ook wel synchrone circuits genoemd.

Als we een blokgolf van 1 Hz kunnen genereren, kunnen we onze teller elke seconde verhogen, net als seconden op de digitale klok. Het concept hier is nog steeds vrij vaag omdat we de tijd nodig hebben die een cesiumatoom nodig heeft om 9 miljard keer te trillen (zoals we in stap 1 zagen), want dat is wat ons een seconde geeft. Dit soort precisie met behulp van ons circuit zal bijna onmogelijk zijn, maar we kunnen het beter doen als we een oscilloscoop kunnen gebruiken (waar de tijd vooraf is gekalibreerd) om een benadering van één seconde te geven.

Stap 7: Een klokcircuit selecteren

Er zijn talloze manieren om een klokpulsgenerator te bouwen. Maar hier zijn een paar redenen waarom ik de 555 timer-IC heb gebruikt en een paar redenen waarom je dat niet zou moeten doen.

Voordeel

• Het circuit is heel eenvoudig (beginnersvriendelijk)
• Vereist een zeer kleine footprint
• gemakkelijk om de klokfrequentie aan te passen
• Kan een breed spanningsbereik hebben (niet nodig voor ons digitale klokcircuit)

Nadeel

• Klok timing is niet precies
• Het kloksignaal kan ernstig worden beïnvloed door temperatuur/vochtigheid
• De kloktiming is te wijten aan weerstanden en condensatoren

Alternatieven voor frequentiegenerator of klokpulsgenerator: Kristaloscillator, Delende frequentie

Stap 8: Plaatsing van het klokcircuit

Plaats het klokcircuit precies onder het secondengedeelte van de digitale klok, dit maakt de verbinding tussen de IC 4026 en IC 555 gemakkelijker.

Op dit moment was het volkomen nutteloos om na elk circuit foto's te maken, omdat de circuits erg ingewikkeld worden met veel draden die in verschillende richtingen gaan. Dus bouw het klokcircuit afzonderlijk zonder je zorgen te maken over de rest van het circuit, en als dat eenmaal is gebeurd, sluit je gewoon de uitgang (pin 3) van 555 timer IC aan op de klokpin van IC 4026.

Stap 9: Logica schakelen/verhogen

Tweede plaats in de remixwedstrijd