Hẹn giờ trứng IC: 11 bước (có hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-23 15:15

Tạo bởi: Gabriel Chiu

Tổng quat

Dự án này trình bày những kiến thức cơ bản về logic kỹ thuật số, các đặc tính của bộ đếm thời gian NE555 và chứng minh cách đếm số nhị phân. Các thành phần được sử dụng là: bộ định thời NE555, bộ đếm gợn sóng 12 bit, hai cổng NOR 2 đầu vào, cổng AND 4 đầu vào, cổng AND 2 đầu vào và cổng OR 2 đầu vào. Các cổng logic, NOR, AND và OR có dạng tương đương TTL và CMOS, bạn có thể tìm thấy tại Lee’s Electronic. Dự án này là một bộ đếm thời gian trứng đơn giản với hai cài đặt: luộc chín hoặc luộc mềm và đi kèm với chức năng đặt lại.

Các bộ phận và công cụ

• 1x Breadboard (Lee’s Number: 10516)

• Pin 1x 9V (Lee’s Number: 8775 hoặc 16123)

  LƯU Ý: MẠCH NÀY CŨNG CÓ THỂ HOẠT ĐỘNG DÙNG ĐƯỢC NGUỒN ĐIỆN 5V. KHÔNG ĐƯỢC VƯỢT QUÁ 9V VÌ CÓ THỂ LÀM HẠI MÀN HÌNH IC

• Giá đỡ pin 1x 9V (Lee’s Number: 657 hoặc 6538 hoặc 653)
• Dây móc chắc chắn (Số Lee: 2249)
• Dây nhảy (Số Lee: 10318 hoặc 21805)
• Kết quả thử nghiệm cá sấu (Lee’s Number: 690)
• Công tắc xúc giác 3x (Số Lee: 31241 hoặc 31242)
• Bộ hẹn giờ 1x NE555 (Số Lee: 7307)
• Bộ đếm gợn sóng 1x 12-bit CMOS 4040 (Lee’s Number: 7210)
• 1x Cổng AND kép đầu vào Quad CMOS 4082 (Lee’s Number: 7230)
• 1x Cổng AND 2 đầu vào Quad CMOS 4081 (Lee’s Number: 7229)
• 2x Cổng NOR 2 đầu vào Quad CMOS 4001 hoặc 74HC02 (Lee’s Number: 7188 hoặc 71692)
• 1x Quad 2-Input OR cổng 74HC32 (Lee’s Number: 71702)
• Điện trở 3x 1k OHM ¼ watt (Số Lee: 9190)
• 2x điện trở OHM 150k ¼ watt (Lee’s Number: 91527)
• Tụ điện 1x 10nF (0,01UF) (Số Lee: 8180)
• Tụ điện 1x 4.7UF (Số Lee: 85)
• 1x 1N4001 Diode (Số Lee: 796)
• 1x Buzzer 3-24V DC liên tục (Số Lee: 4135)

Công cụ

1x Dây rút (Số Lee: 10325)

Bước 1: Thiết lập bảng của bạn

Thiết lập hội đồng quản trị của bạn cho dự án này là chìa khóa. Việc thiết lập này nhằm đảm bảo rằng tất cả các đường ray điện (Đường màu đỏ và màu xanh) đều được cấp nguồn.

1. Bạn sẽ cần sử dụng một số dây jumper để kết nối hai thiết bị đầu cuối chuối ở trên cùng của bảng với chính bảng mạch. Điều này sẽ giúp gắn pin hoặc nguồn điện của bạn.
2. Như hình 1 ở trên, đặt dây móc màu đỏ để nối các đường ray màu đỏ với nhau.
3. Dùng dây đen nối các đường ray màu xanh lại với nhau. (Tôi đã sử dụng dây màu đen, nhưng dây màu xanh là tốt)

QUAN TRỌNG !: Đảm bảo rằng bất kỳ đường màu đỏ nào KHÔNG được kết nối với các đường màu xanh lam. Điều này sẽ làm ngắn mạch và SẼ LÀM BỎ BẢNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BẠN, VÀ HÓA DÂY VÀ PIN CỦA BẠN.

ĐẢM BẢO RẰNG BAN CỦA BẠN KHÔNG ĐƯỢC CẤP ĐIỆN KHI DÂY DẪN! ĐIỀU NÀY CÓ THỂ GÂY RA THIỆT HẠI TAI NẠN ĐỐI VỚI CÁC LINH KIỆN CỦA BẠN

Trước khi bắt đầu, chúng ta sẽ sử dụng một lượng đáng kể chip IC trên breadboard, vì vậy tôi sẽ đưa ra các vị trí trên breadboard để đặt các thành phần sao cho có khoảng cách đẹp mắt và dễ dàng.

Hầu hết các vi mạch đều có một chỉ báo trên chip để hiển thị vị trí của hướng phía trước hoặc phía trước. Con chip phải có một rãnh nhỏ để chỉ ra vị trí mặt trước của con chip, như trong Hình 2.

(Nếu bạn tò mò về mạch đèn LED nhỏ ở góc, hãy đi đến phần cuối. Tôi sẽ chỉ cho bạn lý do tại sao nó ở đó và nó hoạt động như thế nào)

Bước 2: Thiết lập hẹn giờ

Bộ đếm thời gian này gửi một xung mỗi giây đến bộ đếm mà chúng ta sẽ sử dụng trong bước tiếp theo. Hiện tại, chúng tôi sẽ tập trung vào việc thiết lập chính xác Bộ hẹn giờ NE55. Tôi đã sử dụng máy tính hẹn giờ NE555 để tìm các giá trị điện trở và tụ điện cần thiết để đặt chu kỳ thành 1 giây. Điều này sẽ đảm bảo rằng bộ đếm đếm theo giây.

1. Đặt chip IC hẹn giờ NE555 trên bảng mạch bánh mì sao cho các chân trước ở mức số 5 ở phía bên trái của bảng mạch bánh mì
2. Kết nối Pin 8 với đường ray Đỏ
3. Kết nối Pin 1 với đường ray Blue
4. Kết nối Pin 7 với đường ray Đỏ bằng một trong những điện trở 150k OHM

5. Kết nối Pin 7 với Pin 2 bằng cách sử dụng điện trở OHM 150k khác và Diode 1N4001

   • Đảm bảo rằng dòng của diode đối diện với Pin 2 như trong sơ đồ
   • Đừng lo lắng về hướng của điện trở
6. Kết nối Pin 6 với Pin 2 cũng như sử dụng dây hoặc jumper
7. Kết nối Pin 5 với đường ray Blue bằng tụ điện 10nF
8. Kết nối Pin 2 với đường ray Blue bằng tụ điện 4.7uF
9. Đảm bảo rằng dây ở phía bên của vạch kẻ đường được kết nối với thanh ray Màu xanh lam, nếu không tụ điện bị ngược
10. Kết nối Pin 4 với đường ray Đỏ bằng dây để tắt chức năng đặt lại
11. Cuối cùng, đặt một jumper ở Pin 3 cho bước tiếp theo.

Bước 3: Thiết lập bộ đếm

Đây là phần quan trọng nhất của toàn bộ hệ thống, nếu không bạn sẽ nhận được nhiều thứ hơn chỉ là một quả trứng luộc!

1. Đặt chip IC Bộ đếm CMOS 4040 trên bảng mạch bánh mì, sau chip Bộ định thời NE555, vì vậy các chân trước ở mức số 10
2. Kết nối Pin 16 với đường ray Đỏ
3. Kết nối Pin 8 với đường ray Blue
4. Kết nối Chân 10 với Đầu ra Bộ hẹn giờ NE555 (Chân 3 trên NE555) mà bạn đã để ở bước trước
5. Để lại Pin 11 cho chức năng đặt lại

Bước 4: Chuẩn bị bộ não của hệ thống

Bước đầu tiên của việc thiết lập bộ não của hệ thống là đặt ra câu hỏi: Chúng ta muốn trứng chín trong bao lâu?

Hệ thống có hai cài đặt nấu ăn; luộc chín, và luộc chín. Tuy nhiên, phần khó là các hệ thống kỹ thuật số (thậm chí cả máy tính của bạn) tính bằng số nhị phân, do đó, 1 và 0 là. vì vậy chúng ta cần chuyển đổi số thập phân bình thường của chúng ta sang số nhị phân.

THỜI GIAN CHO MỘT SỐ CRUNCHING

Việc chuyển đổi từ thập phân sang nhị phân thực hiện các bước chia đơn giản.

1. Lấy số của bạn và chia nó cho 2
2. Ghi nhớ kết quả và phần dư từ phép chia
3. Phần còn lại chuyển sang bit đầu tiên
4. Chia kết quả của bạn cho 2

5. Lặp lại các bước từ 2 đến 4 cho mỗi bit tuần tự cho đến khi kết quả của bạn trở thành 0.

   LƯU Ý: CÁC SỐ CHÍNH ĐƯỢC ĐỌC TỪ PHẢI ĐẾN TRÁI VÌ VẬY SỐ 1 LÀ SỐ ĐÚNG NHẤT

Ví dụ, cho số thập phân: 720

Tham khảo bảng trên

Do đó, số nhị phân kết quả là 0010 1101 0000. Tôi đã giữ số nhị phân trong các nhóm 4 để có khoảng cách đều nhau và để khớp với bộ đếm 12 bit của chúng tôi.

Tìm kiếm thời đại của chúng ta

Đối với dự án này, tôi đã chọn 3 phút cho luộc mềm và 6 phút cho luộc chín. Thời gian này cần được chuyển đổi sang giây để phù hợp với tốc độ của bộ đếm thời gian NE555 và bộ đếm của chúng tôi.

Có 60 giây trong 1 phút.

Vì vậy, 3 phút chuyển thành 180 giây và 6 phút chuyển thành 360 giây

Tiếp theo, chúng ta cần chuyển nó sang hệ nhị phân.

Sử dụng phương pháp để chuyển đổi thập phân sang nhị phân, chúng tôi nhận được:

360 giây 0001 0110 1000

180 giây 0000 1011 0100

Bước 5: Thiết lập 4 đầu vào VÀ Cổng CMOS 4082

Cuối cùng chúng ta cũng có thể bắt đầu thiết lập bộ não của hệ thống trên breadboard của mình. Đầu tiên, cổng AND 4 đầu vào. Cổng này cần tất cả các đầu vào phải là 1 trước khi đầu ra trở thành 1 chính nó. Ví dụ, nếu chúng tôi chọn 3 phút; các bit 3, 5, 6 và 8 phải là 1 trước khi cổng AND có thể xuất ra 1. Điều này sẽ làm cho hệ thống của chúng tôi chỉ kích hoạt vào những thời điểm cụ thể.

1. Đặt chip IC Cổng VÀ 4 đầu vào CMOS 4082 trên bảng mạch bánh mì sau Bộ đếm CMOS 4040 sao cho các chân phía trước ở mức số 20
2. Kết nối Pin 14 với đường ray Đỏ
3. Kết nối Pin 7 với đường ray Blue
4. Kết nối các Chân 2-5 với các chân của Bộ đếm như được hiển thị trong sơ đồ trên
5. Làm tương tự cho các Ghim 12-9
6. Các chân 6 và 8 sẽ không được sử dụng nên bạn có thể để chúng một mình

Bước 6: Thiết lập các nút đẩy và chốt

Đây là điều khiển chính và là một phần quan trọng khác của hệ thống!

Trước tiên, hãy bắt đầu với khái niệm về chốt. Hình 3 là sơ đồ mạch của một trong các chốt của chúng ta sẽ trông như thế nào khi sử dụng các cổng NOR CMOS 4001 của chúng ta.

Khi một đầu vào BẬT (với mức logic cao hoặc 1), hệ thống sẽ chuyển đầu ra nào là BẬT và giữ nó BẬT. Khi đầu vào khác BẬT, hệ thống sẽ chuyển đổi lại và tiếp tục bật đầu ra mới đó.

Bây giờ để áp dụng nó vào mạch của chúng tôi!

Chốt đầu tiên sẽ dành cho đầu ra của 4-Input AND mà chúng tôi vừa nối dây.

1. Đặt chip IC Cổng NOR CMOS 4001 trên bảng mạch bánh mì sau cổng AND 4 đầu vào CMOS 4082 sao cho các chân trước ở số 30
2. Kết nối Pin 14 với đường ray Đỏ
3. Kết nối Pin 7 với đường ray Blue
4. Kết nối Pin 1 với Pin 1 của cổng AND
5. Kết nối các Ghim 2 và 4 với nhau
6. Kết nối các Ghim 3 và 5 với nhau
7. Kết nối Pin 13 với Pin 13 của cổng AND
8. Kết nối các chân 12 và 10 với nhau
9. Kết nối các chân 11 và 9 với nhau
10. Kết nối các Chân 6 và 8 với nhau, chúng tôi sẽ sử dụng chúng sau này cho chức năng đặt lại.

Bước 7: Thiết lập Nút Đẩy và Chốt Cont

Tiếp theo là chốt thứ hai và các nút!

Chúng tôi sẽ đặt chúng ở nửa bên phải của bảng để dễ dàng nhấn các nút hơn và giữ cho mạch của chúng tôi cần và cách đều nhau. Các nút cũng sử dụng chốt để đặt và đặt lại cài đặt đã chọn.

1. Đặt các nút của bạn xuống (Công tắc xúc giác) trên bảng của bạn

2. Lên dây các nút như sơ đồ trên

   Các điện trở được sử dụng là điện trở 1k OHM

3. Nối dây CMOS 4001 giống như chúng tôi đã làm trước đây cho chốt đầu tiên nhưng thay vào đó chúng tôi đang kết nối các nút với đầu vào của CMOS 4001

   Hình 4 đang sử dụng 74HC02 NOR tương đương

BÂY GIỜ CHÚNG TÔI CUỐI CÙNG ĐI SỬ DỤNG NÚT ĐẶT LẠI ĐÓ VÀ ĐẶT LẠI ĐẦU VÀO ĐỂ SỬ DỤNG!

1. Kết nối nút đặt lại với các vị trí đặt lại khác trong hệ thống

   • Tham khảo các hình ảnh trong các bước trước để biết các vị trí
   • Bạn sẽ cần sử dụng nhiều dây nhảy để kết nối tất cả các chân với nhau
2. Đầu ra của nút Đun sôi và Đun sôi mềm từ chốt sẽ được sử dụng trong bước tiếp theo

Bước 8: Thiết lập Cổng VÀ 2 đầu vào CMOS 4081

Phần này xử lý xác nhận cài đặt chúng tôi đã chọn. Đầu ra sẽ chỉ được bật khi cả hai đầu vào đều đúng. Điều này sẽ chỉ cho phép một trong các cài đặt kích hoạt báo thức khi kết thúc.

1. Đặt chip CMOS 4081 AND Gate IC trên bảng mạch bánh mì sau chip chốt đầu tiên của chúng tôi sao cho các chân trước ở mức số 40 ở bên phải và bên trái của bảng mạch
2. Kết nối Pin 14 với đường ray Đỏ
3. Kết nối Pin 7 với đường ray Blue
4. Kết nối đầu ra của hai chốt với đầu vào của cổng AND (Tham khảo Bước 6: Thiết lập các nút Đẩy và Chốt)
5. Thực hiện việc này cho cả cài đặt Đun sôi và Đun sôi mềm.

Bước 9: Hoàn thiện hệ thống

Các chạm cuối cùng cho hệ thống. Cổng OR cho phép đầu vào BẬT đầu ra.

1. Đặt chip IC 74HC32 OR Gate trên bảng mạch bánh mì, sau Cổng AND 2 đầu vào CMOS 4081, do đó các chân phía trước ở mức số 50 ở bên phải và bên trái của bảng mạch
2. Kết nối Pin 14 với đường ray Đỏ
3. Kết nối Pin 7 với đường ray Blue
4. Lấy hai đầu ra từ Bước 7 và kết nối chúng với đầu vào của Chip 74HC32 (Chân 1 và 2)
5. Kết nối đầu ra (PIN 3) với dây màu đỏ của còi
6. Kết nối dây màu đen của còi với đường ray màu xanh lam

Bạn đã hoàn thành

Kết nối pin với giá đỡ pin và đặt dây màu đỏ vào đầu chuối màu đỏ của bảng mạch bánh mì và dây màu đen vào đầu cực hình chuối đen của bảng mạch điện để cấp nguồn. Đối với hoạt động của bộ hẹn giờ, trước tiên hãy nhấn đặt lại và sau đó chọn tùy chọn của bạn mỗi khi bạn muốn bắt đầu một thời gian mới vì bộ hẹn giờ NE555 liên tục chạy và sẽ tiếp tục đếm hệ thống nếu không nhấn nút đặt lại trước

Cải tiến trong tương lai

Mạch này không phải là mạch hoàn hảo 100%. Có những điều tôi muốn cải thiện:

1. Đảm bảo rằng Bộ hẹn giờ và bộ đếm NE555 chỉ bắt đầu đếm sau khi lựa chọn đã được thực hiện
2. Đặt lại hệ thống sau mỗi lần báo động hoàn tất
3. Đảm bảo rằng chỉ có thể chọn một tùy chọn tại một thời điểm, hiện tại có thể chọn cả hai tùy chọn
4. Làm sạch mạch để làm cho dòng chảy dễ theo dõi và dễ hiểu hơn
5. Có một bộ phận hoặc hệ thống hiển thị lựa chọn nào đã được chọn và thời gian hiện tại của bộ hẹn giờ

Bước 10: Video hoạt động

Tôi đã thay thế bộ rung bằng mạch thử nghiệm nhỏ. Đèn LED sẽ chuyển từ đỏ sang xanh khi nó kích hoạt báo động thành công.

Bước 11: THƯỞNG mạch điểm kiểm tra

Vì vậy, … bạn thực sự tò mò về phần nhỏ của các thành phần này.

Các hình ảnh trên cho thấy nó trông như thế nào trên bảng và sơ đồ sơ đồ cho mạch. Mạch này được gọi là mạch kiểm tra logic. Điều này có thể kiểm tra xem đầu ra của IC hoặc đầu ra kỹ thuật số là cao (1) hay thấp (0).

Mạch này sử dụng khái niệm cơ bản về điốt và dòng điện. Dòng điện chạy từ tiềm năng cao đến tiềm năng thấp hơn như một dòng sông, nhưng bạn có thể hỏi, tiềm năng thay đổi như thế nào? Điện thế của đoạn mạch giảm xuống sau mỗi thành phần. Vì vậy, ở một đầu của điện trở, chẳng hạn, sẽ có điện thế cao hơn ở đầu kia. Sự sụt giảm này được gọi là sụt giảm điện áp và được gây ra bởi các đặc tính của điện trở và được tìm thấy thông qua định luật Ohm.

Định luật Ohm: Điện áp = Dòng điện x Điện trở

Các điốt cũng có điện áp giảm trên chúng làm giảm điện áp hơn nữa khi bạn đi dọc theo mạch. Điều này tiếp tục cho đến khi bạn chạm vào biểu tượng mặt đất, biểu tượng này đại diện cho điện thế bằng không hoặc điện áp bằng không.

Bây giờ câu hỏi, làm thế nào để kiểm tra mạch này cho mức logic cao (1) hoặc mức logic thấp (0)?

Chà, khi chúng tôi kết nối bất kỳ đầu ra logic nào với điểm ở giữa hai đèn LED, nó sẽ tạo ra một điện thế tại điểm đó. Sử dụng các nguyên tắc cơ bản của điốt vì LED là Điốt phát sáng và tuân theo các nguyên tắc tương tự, điốt chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng. Đó là lý do tại sao khi bạn đấu dây ngược lại các đèn LED sẽ không bật.

Hiệu ứng của điểm này ở giữa hai đèn LED gây ra đặc tính này. Khi điểm là mức logic cao (1), điện thế 5 vôn được đặt tại điểm đó và vì điện thế trước đèn LED ĐỎ thấp hơn điện thế tại điểm thử nghiệm thì đèn LED ĐỎ sẽ không bật. Tuy nhiên, đèn LED XANH sẽ bật. Điều này sẽ cho thấy rằng bất cứ điều gì bạn đang kiểm tra đều ở mức logic cao (1).

Và ngược lại, khi điểm kiểm tra ở mức logic thấp (0) thì sẽ có hiệu điện thế bằng không tại điểm kiểm tra. Điều này sẽ chỉ cho phép đèn LED ĐỎ bật, cho thấy rằng bất kỳ điểm nào bạn đang cố gắng kiểm tra đều ở mức logic thấp.