Đồng hồ kỹ thuật số nhưng không có vi điều khiển [Hardcore Electronics]: 13 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Khá dễ dàng để xây dựng các mạch với một bộ vi điều khiển nhưng chúng ta hoàn toàn quên mất hàng tấn công việc mà một bộ vi điều khiển phải trải qua để hoàn thành một nhiệm vụ đơn giản (ngay cả khi nhấp nháy đèn LED). Vậy, khó làm thế nào để tạo ra một chiếc đồng hồ kỹ thuật số hoàn toàn từ đầu? Không có mã hóa và không có vi điều khiển và để làm cho nó thực sự CỨNG HƠN thì hãy làm thế nào để xây dựng mạch trong một bảng mạch hoàn hảo mà không cần sử dụng bất kỳ bảng mạch in nào.

Đây thực sự là một dự án đầy thách thức phải thực hiện, không phải vì cách hoạt động của logic đồng hồ mà vì cách chúng tôi sẽ xây dựng mạch với tất cả các thành phần này cùng nhau trong một bo mạch hoàn chỉnh nhỏ gọn.

Dự án này được lấy cảm hứng từ tài liệu hướng dẫn này (tác giả: hp07) vào năm 2018, sẽ rất khó để xây dựng trong một bo mạch hoàn hảo vì số lượng kết nối và các thành phần được sử dụng. Vì vậy, tôi đã thực hiện một chút tìm hiểu trực tuyến để giảm bớt độ phức tạp nhưng vẫn làm cho nó khá cơ bản và khó xây dựng trong một bảng điều khiển hoàn thiện.

Các tài liệu tham khảo khác: scopionz, danyk

Quân nhu

Đây là danh sách các sản phẩm có thể giúp bạn thực hiện dự án này một cách dễ dàng

(Liên kết liên kết)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Màn hình 7 đoạn:
• Chiết áp:
• Bộ điện trở:
• Diode:
• Bộ tụ điện:
• Nút nhấn:
• Bảng hoàn thiện:
• Tấm acrylic:
• Bộ đổi nguồn:
• Nguồn cung cấp cho bàn:
• bộ dao động ký:
• Bộ đồng hồ kỹ thuật số: https://amzn.to/3l5ymja /

Bước 1: Khái niệm về thời gian [nhưng đối với NOOBS]

Đầu tiên, chúng ta phải hiểu câu trả lời cho một số câu hỏi trước khi có thể bắt tay vào xây dựng chiếc đồng hồ kỹ thuật số này! chúng ta sẽ theo dõi thời gian như thế nào và chúng ta có thể xác định thời gian bằng cách nào?

Giải pháp cho vấn đề này khá đơn giản (Nếu bạn nghĩ mình là một thiếu niên nổi loạn và cứ giả vờ hơn một thế kỷ qua các nhà vật lý chưa bao giờ vò đầu bứt tai về nó). Cách chúng ta sẽ tiếp cận giải pháp này có thể phản trực quan, nơi đầu tiên chúng ta sẽ xem cách chúng ta có thể theo dõi thời gian và sau đó xác định thời gian.

Hãy coi đồng hồ như một bộ đếm có thể đếm các số lên đến 0-60 và 0-24 (bây giờ chúng ta hãy chỉ lo lắng về đồng hồ 24 giờ) bất cứ khi nào giá trị này vượt quá nó, chỉ cần chuyển sang chỉ định cao hơn tiếp theo [Giây -> Phút -> Giờ -> Ngày-> Tháng-> Năm].

Nhưng chúng ta đang thiếu một điểm chính ở đây, Khi nào chúng ta nên tăng giá trị bộ đếm này? Chúng ta hãy xem xét định nghĩa vật lý đơn giản

"Thứ hai được xác định bằng cách lấy giá trị số cố định của tần số xêzi ∆ν, tần số chuyển tiếp siêu mịn ở trạng thái cơ bản không bị xáo trộn của nguyên tử xêzi 133, là 9 192 631 770 khi được biểu thị bằng đơn vị Hz, bằng s −1."

Nếu bạn đã hiểu định nghĩa, có lẽ bạn nên học vật lý lý thuyết và bỏ điện tử!

Dù sao, để đơn giản, chúng ta chỉ giả sử đó là thời gian cần thiết để một nguyên tử xêzi dao động 9 tỷ lần. Bây giờ, khi bạn tăng bộ đếm cứ sau một giây hoặc thời gian được tính cho một nguyên tử cesium dao động 9 tỷ lần, bạn đã có cho mình một chiếc đồng hồ đại loại! Về điều này, nếu chúng ta có thể thêm logic theo cách sao cho giây chuyển sang phút và phút chuyển sang giờ khi chúng đạt 60 (và giờ đặt lại vào ngày 24). Điều này sẽ cung cấp cho chúng tôi một chiếc đồng hồ đầy đủ chức năng mà chúng tôi đang mong đợi.

Bây giờ, hãy xem làm thế nào chúng ta có thể đưa lý thuyết thành hiện thực, với một số điều kỳ diệu của điện tử thuần túy!

Bước 2: Hiển thị bảy phân đoạn

Đầu tiên chúng ta hãy tìm cách hiển thị số (hoặc thời gian). Màn hình 7 phân đoạn nên hoàn hảo cho phiên bản này vì nó mang lại vẻ ngoài cổ điển và nó cũng là một trong những màn hình đơn giản nhất hiện có trên thị trường, nó đơn giản đến mức nó chỉ được làm bằng 7 đèn LED (8 đèn LED, nếu điểm Đèn LED, được tính bằng) được đặt theo cách thông minh để hiển thị các giá trị chữ và số có thể được đặt liền kề với nhiều màn hình 7 đoạn để hiển thị giá trị lớn hơn.

Có 2 loại màn hình 7 phân đoạn này.

MẠCH THÔNG DỤNG: Tất cả các đầu cuối -ve của led được kết nối với một điểm chung, và sau đó điểm chung này được kết nối với đất (GND). Bây giờ, để bật bất kỳ phần nào của phân đoạn, một điện áp ve được áp dụng cho chân + ve tương ứng của phân đoạn đó.

CATHODE ANODE: Tất cả các đầu cuối + ve của led được kết nối với một điểm chung, và sau đó điểm chung này được kết nối với VCC. Bây giờ, để bật bất kỳ phần nào của phân đoạn, điện áp a -ve được áp dụng cho chân -ve tương ứng của phân đoạn đó.

Đối với ứng dụng của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng phiên bản cathode chung của màn hình 7 đoạn, vì vi mạch kỹ thuật số mà chúng tôi đang sử dụng sẽ xuất ra tín hiệu CAO (tín hiệu + ve).

Mỗi phân đoạn của màn hình này được đặt tên từ A đến G theo chiều kim đồng hồ và dấu chấm (hoặc điểm) trên màn hình được đánh dấu là 'p', hãy nhớ các phân đoạn bằng bảng chữ cái tương ứng của chúng, điều này sẽ rất tiện lợi khi kết nối nó với kỹ thuật số Của IC.

Bước 3: Vị trí hiển thị bảy phân đoạn

Bước này sẽ hơi phức tạp vì việc tìm kích thước chính xác của bảng điều khiển là khá khó khăn và bạn có thể không tìm thấy. Nếu trường hợp đó xảy ra, bạn có thể kết hợp 2 perf-board để tạo ra một tấm lớn hơn.

Cách đặt màn hình 7 đoạn khá đơn giản, chỉ cần đặt màn hình hiển thị đều nhau với khoảng cách phù hợp là bạn có thể phân biệt được giây, phút, giờ (tham khảo hình ảnh để biết vị trí đặt led).

Nếu bạn nhận thấy bây giờ tôi đang sử dụng một loạt các điện trở 100ohm cho mỗi chân của màn hình, điều này hoàn toàn để thẩm mỹ và không cần thiết phải sử dụng nhiều điện trở này. Nếu bạn có thể đặt một điện trở 470ohm giữa chân chung của màn hình 7 đoạn và mặt đất đủ tốt. (Những điện trở này được sử dụng để giới hạn dòng điện đi qua đèn LED)

Vì mạch này có rất nhiều thứ cần hàn và để đảm bảo không bị mất dấu những gì tôi đang làm, tôi đã hàn các chân hiển thị 7 đoạn theo thứ tự bảng chữ cái với các điện trở và nối đất với đầu mạch. Nó có vẻ vô ích và phức tạp, nhưng hãy tin tôi rằng điều này sẽ giúp công việc của bạn trở nên dễ dàng hơn.

Trong khi xây dựng mạch này, tôi đã tìm thấy một mẹo hay về màn hình 7 đoạn, bất cứ lúc nào do nhầm lẫn nếu bạn đảo ngược màn hình 7 đoạn, bạn không cần phải làm tan màn hình hoàn toàn và phân giải lại. Mọi chân sẽ được giữ nguyên ngoại trừ chân G và chân P, chỉ cần thêm một dây jumper đơn giản là bạn có thể khắc phục được sự cố. (Kiểm tra 2 hình ảnh cuối cùng mà tôi đã sử dụng dây jumper màu xanh lá cây để chứng minh vấn đề này).

Bước 4: Bộ đếm

"loading =" lười biếng"

Khi nói đến mạch số chỉ có 2 trạng thái CAO hoặc THẤP (Nhị phân: 0 hoặc 1). Điều này chúng ta có thể liên hệ với một công tắc, khi công tắc BẬT, chúng ta có thể nói đó là mức logic CAO và khi công tắc được TẮT, chúng ta có thể nói đó là mức logic THẤP. Nếu bạn có thể BẬT và TẮT công tắc với thời gian nhất quán giữa BẬT và TẮT, bạn có thể tạo ra tín hiệu sóng vuông.

Bây giờ thời gian cần thiết để tạo ra cả hai tín hiệu cao và thấp cùng nhau được gọi là Khoảng thời gian. Nếu bạn có thể BẬT công tắc trong 0,5 giây và TẮT công tắc trong 0,5 giây, thì khoảng thời gian của tín hiệu này sẽ là 1 giây. Tương tự, số lần công tắc BẬT và TẮT trong một giây được gọi là Tần số.

[Ví dụ: 4Hz -> 4 lần BẬT và 4 lần TẮT]

Điều này thoạt đầu có vẻ không được sử dụng nhiều, nhưng thời điểm tín hiệu này rất cần thiết để giữ cho mọi thứ đồng bộ trong các mạch kỹ thuật số, đó là lý do một số mạch kỹ thuật số với tín hiệu đồng hồ còn được gọi là mạch đồng bộ.

Nếu chúng ta có thể tạo ra một sóng vuông 1Hz, chúng ta có thể tăng bộ đếm của mình mỗi giây giống như giây trên đồng hồ kỹ thuật số. Khái niệm ở đây vẫn còn khá mơ hồ vì chúng ta cần thời gian cần thiết để một nguyên tử xêzi rung động 9 tỷ lần (như chúng ta đã thấy ở bước 1) bởi vì đó là thứ sẽ cho chúng ta một giây. Loại chính xác này khi sử dụng mạch của chúng tôi sẽ gần như không thể nhưng chúng tôi có thể làm tốt hơn nếu chúng tôi có thể sử dụng máy hiện sóng (Nơi thời gian được hiệu chỉnh trước) để đưa ra giá trị xấp xỉ một giây.

Bước 7: Chọn mạch đồng hồ

Có rất nhiều cách để xây dựng một bộ tạo xung đồng hồ. Nhưng đây là một vài lý do tại sao tôi sử dụng IC hẹn giờ 555 và một vài lý do tại sao bạn không nên.

Thuận lợi

• Mạch rất đơn giản (thân thiện với người mới bắt đầu)
• Yêu cầu dấu chân rất nhỏ
• dễ dàng điều chỉnh tần số đồng hồ
• Có thể có nhiều loại điện áp (Không cần thiết cho mạch đồng hồ kỹ thuật số của chúng tôi)

Điều bất lợi

• Thời gian đồng hồ không chính xác
• Tín hiệu đồng hồ có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nhiệt độ / độ ẩm
• Đồng hồ định thời là do điện trở và tụ điện

Các lựa chọn thay thế cho bộ tạo tần số hoặc bộ tạo xung đồng hồ: Bộ dao động tinh thể, Phân tần

Bước 8: Vị trí của mạch đồng hồ

Đặt mạch đồng hồ chính xác bên dưới phần giây của đồng hồ số, điều này sẽ giúp kết nối giữa IC 4026 và IC 555 dễ dàng hơn.

Tại thời điểm này, việc chụp ảnh sau mỗi mạch là hoàn toàn vô ích vì các mạch rất phức tạp với rất nhiều dây đi xung quanh theo các hướng khác nhau. Vì vậy, chỉ cần xây dựng mạch đồng hồ riêng biệt mà không cần lo lắng về phần còn lại của mạch, và khi đã xong, chỉ cần kết nối đầu ra (chân 3) của IC hẹn giờ 555 với chân đồng hồ của IC 4026.

Bước 9: Chuyển đổi / Tăng cường logic

Á quân cuộc thi Hòa âm ánh sáng