Orologio digitale ma senza microcontrollore [elettronica hardware]: 13 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

È abbastanza facile costruire circuiti con un microcontrollore, ma dimentichiamo totalmente le tonnellate di lavoro che un microcontrollore ha dovuto affrontare per completare un compito semplice (anche per far lampeggiare un led). Quindi, quanto sarebbe difficile creare un orologio digitale completamente da zero? Nessuna codifica e nessun microcontrollore e per renderlo reale HARDCORE che ne dici di costruire il circuito in una scheda perf senza utilizzare alcun circuito stampato.

Questo è davvero un progetto impegnativo da realizzare, non per come funziona la logica del clock, ma per come costruiremo il circuito con tutti questi componenti insieme in una scheda perf compatta.

Questo progetto è stato ispirato da questo istruibile (autore: hp07) nel 2018, che sarebbe follemente difficile da costruire in una scheda perf a causa del numero di connessioni e dei componenti utilizzati. Quindi, ho fatto un po' di ricerche online per ridurre la complessità, ma ancora per renderlo abbastanza semplice e difficile da costruire in una perf-board.

Altri riferimenti: scopionz, danyk

Forniture

Questo è l'elenco dei prodotti che possono aiutarti a realizzare questo progetto con facilità

(Link di affiliazione)

• IC 4026:
• IC555:
• IC7411:
• Display a 7 segmenti:
• Potenziometro:
• Kit resistori:
• Diodo:
• Kit condensatori:
• Pulsante:
• Perfboard:
• Foglio acrilico:
• Adattatore di alimentazione:
• Alimentatore da banco:
• kit oscilloscopio:
• Kit orologio digitale: https://amzn.to/3l5ymja /

Passaggio 1: concetto di tempo [ma per NOOBS]

Innanzitutto, dobbiamo capire la risposta ad alcune domande prima di poter iniziare a costruire questo orologio digitale! come terremo traccia del tempo e come possiamo definire il tempo stesso?

La soluzione a questo problema è abbastanza semplice (se pensi a te stesso come a un adolescente ribelle e fai finta che oltre un secolo i fisici non se ne siano mai grati). Il modo in cui affronteremo questa soluzione potrebbe essere controintuitivo, dove prima vedremo come possiamo tenere traccia del tempo e poi definire il tempo.

Considera l'orologio come un contatore che può contare i numeri fino a 0-60 e 0-24 (per ora preoccupiamoci solo dell'orologio di 24 ore) ogni volta che questo valore lo supera, passa alla designazione successiva più alta [Secondi -> Minuti -> Ore ->Giorni->Mesi->Anni].

Ma ci manca un punto importante qui, quando dovremmo incrementare questo valore del contatore? Diamo un'occhiata alla semplice definizione di fisica

"Il secondo è definito prendendo il valore numerico fisso della frequenza del cesio, la frequenza di transizione iperfine allo stato fondamentale imperturbabile dell'atomo di cesio 133, da 9 192 631 770 quando espresso nell'unità Hz, che è uguale a s −1."

Se hai capito la definizione, probabilmente dovresti prendere la fisica teorica e lasciare l'elettronica!

Ad ogni modo, per semplicità, supporremo che sia il tempo impiegato da un atomo di cesio per vibrare 9 miliardi di volte. Ora, quando incrementi il contatore ogni secondo o il tempo impiegato da un atomo di cesio per vibrare 9 miliardi di volte, ti sei procurato una specie di orologio! A questo, se potessimo solo aggiungere una logica in modo tale che i secondi si trasformino in minuti e i minuti in ore quando raggiungono i 60 (e le ore si resettano su 24). Questo ci darà un orologio perfettamente funzionante che ci aspettiamo.

Ora vediamo come trasformare la teoria in realtà, con un po' di magia dell'elettronica pura!

Passaggio 2: display a sette segmenti

Per prima cosa, cerchiamo di capire come visualizzare il numero (o l'ora). I display a 7 segmenti dovrebbero essere perfetti per questa build perché danno un aspetto retrò, ed è anche uno dei display più semplici disponibili sul mercato, è così semplice che è composto solo da 7 LED (8 LED, se il punto LED, è stato conteggiato) posizionato in modo intelligente per mostrare valori alfanumerici che possono essere posizionati accanto a più display a 7 segmenti per mostrare un valore più grande.

Ci sono 2 varietà di questi display a 7 segmenti.

CATODO COMUNE: Tutti i terminali -ve del led sono collegati ad un punto comune, e quindi questo punto comune è collegato a massa (GND). Ora, per accendere qualsiasi parte del segmento, viene applicata una tensione +ve al corrispondente pin +ve di quel segmento.

ANODO CATODO: Tutti i terminali +ve del led sono collegati ad un punto comune, e quindi questo punto comune è collegato al VCC. Ora, per accendere qualsiasi parte del segmento, viene applicata una tensione -ve al corrispondente pin -ve di quel segmento.

Per la nostra applicazione, utilizzeremo la versione a catodo comune del display a 7 segmenti, perché l'IC digitale che utilizzeremo emetterà un segnale ALTO (+ segnale ve).

Ogni segmento di questo display è chiamato da A a G in senso orario e il punto (o punto) sul display è contrassegnato come 'p', ricorda i segmenti con i loro alfabeti corrispondenti, che saranno utili quando lo colleghi al digitale IC.

Passaggio 3: posizionamento del display a sette segmenti

Questo passaggio sarà un po' complicato perché trovare la dimensione esatta della tavola di perforazione è piuttosto difficile e potresti non trovarne una. In tal caso, puoi combinare 2 perf-board per crearne uno più grande.

Posizionare il display a 7 segmenti è abbastanza semplice, basta posizionare il display in modo uniforme con la giusta spaziatura in modo da poter differenziare i secondi, i minuti e le ore (fare riferimento all'immagine per il posizionamento del led).

Se hai notato ormai che sto usando un mucchio di resistori da 100 ohm per ogni pin del display, questo è totalmente per l'estetica e non è necessario usare questi molti resistori. Se riesci a posizionare un resistore da 470 ohm tra il pin comune del display a 7 segmenti e la terra, dovrebbe essere abbastanza buono. (Questi resistori sono usati per limitare la corrente che passerà attraverso il LED)

Poiché questo circuito ha molto da saldare e per essere sicuro di non perdere traccia di ciò che sto facendo, ho saldato i pin del display a 7 segmenti in sequenza alfabetica ai resistori e alla massa nella parte superiore del circuito. Sembra inutile e complicato, ma credetemi questo renderà il vostro lavoro molto più semplice.

Mentre costruivo questo circuito ho trovato un bel trucco sul display a 7 segmenti, in qualsiasi momento per errore se hai invertito il display a 7 segmenti sottosopra, non devi dissaldare completamente il display e risaldare di nuovo. Ogni pin rimarrà lo stesso tranne il pin G e il pin P, semplicemente aggiungendo un semplice ponticello puoi risolvere il problema. (Controlla le ultime 2 immagini in cui ho usato un ponticello verde per dimostrare questo problema).

Passaggio 4: contatore

"caricamento = "pigro"

Quando si tratta di circuiti digitali ci sono solo 2 stati ALTO o BASSO (Binario: 0 o 1). Questo lo possiamo mettere in relazione con un interruttore, quando l'interruttore è ON possiamo dire che è una logica ALTA e quando l'interruttore è spento possiamo dire che è una logica BASSA. Se è possibile attivare e disattivare l'interruttore con una temporizzazione coerente tra ON e OFF, è possibile generare un segnale a onda quadra.

Ora il tempo impiegato per creare entrambi i segnali alti e bassi insieme è chiamato periodo di tempo. Se è possibile attivare l'interruttore per 0,5 secondi e spegnere l'interruttore per 0,5 secondi, il periodo di tempo di questo segnale sarà di 1 secondo. Allo stesso modo, il numero di volte in cui l'interruttore si accende e si spegne in un secondo è chiamato Frequenza.

[Esempio: 4Hz -> 4 volte si accende e 4 volte si spegne]

All'inizio potrebbe non sembrare molto utile, ma questa temporizzazione del segnale è molto necessaria per mantenere tutto sincronizzato nei circuiti digitali, questo è il motivo per cui alcuni circuiti digitali con segnali di clock sono anche chiamati circuiti sincroni.

Se siamo in grado di generare un'onda quadra di 1Hz, possiamo incrementare il nostro contatore ogni secondo, proprio come i secondi sull'orologio digitale. Il concetto qui è ancora piuttosto vago perché abbiamo bisogno del tempo impiegato da un atomo di cesio per vibrare 9 miliardi di volte (come abbiamo visto nel passaggio 1) perché è quello che ci darà un secondo. Questo tipo di precisione usando il nostro circuito sarà quasi impossibile, ma possiamo fare di meglio se possiamo usare un oscilloscopio (dove il tempo è pre-calibrato) per dare un'approssimazione di un secondo.

Passaggio 7: selezione di un circuito di clock

Esistono numerosi modi per costruire un generatore di impulsi di clock. Ma ecco alcuni motivi per cui ho usato l'IC timer 555 e alcuni motivi per cui non dovresti.

Vantaggio

• Il circuito è molto semplice (adatto ai principianti)
• Richiede un ingombro molto ridotto
• facile regolare la frequenza dell'orologio
• Può avere un ampio intervallo di tensione (non necessario per il nostro circuito di clock digitale)

Svantaggio

• Il tempo dell'orologio non è preciso
• Il segnale dell'orologio può essere seriamente influenzato dalla temperatura/umidità
• La temporizzazione dell'orologio è dovuta a resistori e condensatori

Alternative per generatore di frequenza o generatore di impulsi di clock: oscillatore a cristallo, frequenza di divisione

Passaggio 8: posizionamento del circuito dell'orologio

Posiziona il circuito dell'orologio esattamente sotto la parte dei secondi dell'orologio digitale, questo renderà più facile la connessione tra IC 4026 e IC 555.

A questo punto, era completamente inutile scattare foto dopo ogni circuito, poiché i circuiti diventano molto complicati con molti fili che girano in direzioni diverse. Quindi, basta costruire il circuito di clock separatamente senza preoccuparsi del resto del circuito e, una volta fatto, collegare l'uscita (pin 3) del timer IC 555 al pin dell'orologio di IC 4026.

Passaggio 9: logica di commutazione/incremento

Secondo classificato al Remix Contest