IC Egg Timer: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Creato da: Gabriel Chiu

Panoramica

Questo progetto dimostra le basi della logica digitale, le caratteristiche di un timer NE555 e dimostra come vengono contati i numeri binari. I componenti utilizzati sono: un timer NE555, un contatore di ondulazione a 12 bit, due porte NOR a 2 ingressi, una porta AND a 4 ingressi, una porta AND a 2 ingressi e una porta OR a 2 ingressi. Le porte logiche, NOR, AND e OR sono disponibili negli equivalenti TTL e CMOS che possono essere trovati presso Lee's Electronic. Questo progetto è un semplice timer per uova con due impostazioni: sodo o morbido e viene fornito con una funzione di ripristino.

Parti e strumenti

• 1x tagliere (numero di Lee: 10516)

• 1x batteria da 9 V (numero di Lee: 8775 o 16123)

  NOTA: QUESTO CIRCUITO PU FUNZIONARE ANCHE CON L'ALIMENTAZIONE A 5V. NON SUPERARE I 9V PERCHÉ POTREBBE DANNEGGIARE I CHIP IC

• 1x portabatteria da 9 V (numero di Lee: 657 o 6538 o 653)
• Cavo di collegamento solido (numero di Lee: 2249)
• Cavo del ponticello (numero di Lee: 10318 o 21805)
• Puntali per test in alligatore (numero di Lee: 690)
• 3 interruttori tattili (numero Lee: 31241 o 31242)
• 1x Timer NE555 (Numero Lee: 7307)
• 1x contatore di ondulazione a 12 bit CMOS 4040 (numero di Lee: 7210)
• 1x ingresso Dual Quad AND gate CMOS 4082 (numero di Lee: 7230)
• 1x Quad 2-input AND gate CMOS 4081 (Numero Lee: 7229)
• 2x Quad 2 ingressi NOR gate CMOS 4001 o 74HC02 (numero di Lee: 7188 o 71692)
• 1x quadruplo 2-input OR gate 74HC32 (numero di Lee: 71702)
• 3 resistenze da 1k OHM ¼ watt (numero di Lee: 9190)
• 2 resistenze da 150k OHM ¼ watt (numero di Lee: 91527)
• 1x condensatore 10nF (0.01UF) (numero di Lee: 8180)
• 1x condensatore da 4,7 UF (numero di Lee: 85)
• 1x diodo 1N4001 (numero di Lee: 796)
• 1x cicalino 3-24 V CC continuo (numero di Lee: 4135)

Utensili

1x spelafili (numero Lee: 10325)

Passaggio 1: configurazione della scheda

Impostare la tua scheda per questo progetto è fondamentale. Questa configurazione serve a garantire che tutte le linee di alimentazione (linee rosse e blu) siano alimentate.

1. Dovrai usare un cavo di collegamento per collegare i due terminali a banana nella parte superiore della scheda alla breadboard stessa. Questo aiuterà a collegare la batteria o la fonte di alimentazione.
2. Come con la Figura 1 sopra, posizionare il cavo di collegamento rosso per collegare le linee ferroviarie rosse insieme.
3. Usa il filo nero per unire le linee ferroviarie blu insieme. (Ho usato il filo nero, ma il filo blu va bene)

IMPORTANTE!: Assicurarsi che nessuna delle linee rosse NON sia collegata alle linee blu. Questo cortocircuiterà il circuito e BRUCIERA' LA TUA BREADBOARD E DISTRUGGERE' I FILI E LA BATTERIA.

ASSICURARSI CHE LA SCHEDA NON SIA ALIMENTATA DURANTE IL CABLAGGIO! QUESTO PU CAUSARE DANNI ACCIDENTALI AI VOSTRI COMPONENTI

Prima di iniziare, utilizzeremo una notevole quantità di chip IC sulla nostra breadboard, quindi fornirò i punti della breadboard in cui posizionare i componenti per una spaziatura piacevole e facile.

La maggior parte dei circuiti integrati ha un indicatore sul chip per mostrare dove si trova la direzione anteriore o in avanti. Il chip dovrebbe avere una piccola tacca per indicare dove si trova la parte anteriore del chip, come mostrato nella Figura 2.

(Se sei curioso del piccolo circuito LED nell'angolo vai fino in fondo. Ti mostrerò perché è lì e come funziona)

Passaggio 2: impostazione del timer

Questo timer invia un impulso ogni secondo al contatore che utilizzeremo nel passaggio successivo. Per ora, ci concentreremo sulla configurazione corretta del timer NE55. Ho usato un calcolatore del timer NE555 per trovare i valori del resistore e del condensatore necessari per impostare il periodo su 1 secondo. Questo farà in modo che il contatore conti per secondi.

1. Posiziona il chip IC timer NE555 sulla breadboard in modo che i pin anteriori siano al livello numero 5 sul lato sinistro della breadboard
2. Collegare il Pin 8 alla linea ferroviaria rossa
3. Collegare il Pin 1 alla linea ferroviaria blu
4. Collegare il Pin 7 alla linea del binario rosso con uno dei resistori da 150k OHM

5. Collegare il Pin 7 al Pin 2 utilizzando l'altro resistore da 150k OHM e il diodo 1N4001

   • Assicurarsi che la linea del diodo sia rivolta verso il Pin 2 come mostrato nel diagramma
   • Non preoccuparti della direzione in cui è rivolto il resistore
6. Collega anche il Pin 6 al Pin 2 usando un filo o un ponticello
7. Collegare il Pin 5 alla linea Blue Rail utilizzando il condensatore da 10nF
8. Collegare il pin 2 alla linea della guida blu utilizzando il condensatore da 4.7uF
9. Assicurati che il filo che si trova sul lato della marcatura della linea sia collegato alla guida Blu, altrimenti il condensatore è al contrario
10. Collegare il Pin 4 alla linea ferroviaria rossa utilizzando un filo per disabilitare la funzione di ripristino
11. Infine, posiziona un ponticello sul Pin 3 per il passaggio successivo.

Passaggio 3: impostazione del contatore

Questa è la parte più importante dell'intero sistema, altrimenti otterrai più di un semplice uovo sodo!

1. Posiziona il chip CMOS 4040 Counter IC sulla breadboard, dopo il chip Timer NE555, in modo che i pin anteriori siano al livello numero 10
2. Collegare il Pin 16 alla linea ferroviaria rossa
3. Collegare il Pin 8 alla linea ferroviaria blu
4. Collega il Pin 10 all'uscita del timer NE555 (Pin 3 sul NE555) che hai lasciato nel passaggio precedente
5. Lasciare il Pin 11 per la funzione di ripristino

Passaggio 4: preparare i cervelli del sistema

Il primo passo per impostare il cervello del sistema è porsi la domanda: quanto tempo vogliamo che le nostre uova cuociano?

Il sistema ha due impostazioni di cottura; sode, e soft-boiled. Tuttavia, la parte difficile è che i sistemi digitali (anche i tuoi computer) contano in numeri binari, quindi 1 e 0. quindi dobbiamo convertire i nostri normali numeri decimali in numeri binari.

TEMPO PER UN PO' DI SCRITTURA DEI NUMERI

La conversione da decimale a binario richiede semplici passaggi di divisione.

1. Prendi il tuo numero e dividilo per 2
2. Ricorda il risultato e il resto della divisione
3. Il resto va al primo bit
4. Dividi il tuo risultato per 2

5. Ripeti i passaggi da 2 a 4 per ogni bit sequenziale finché il risultato non diventa zero.

   NOTA: I NUMERI BINARI VENGONO LETTI DA DESTRA A SINISTRA QUINDI IL BIT #1 È IL NUMERO PI GIUSTO

Esempio, per numero decimale: 720

Fare riferimento alla tabella sopra

Pertanto, il numero binario risultante è 0010 1101 0000. Ho mantenuto il numero binario in gruppi di 4 per una spaziatura uniforme e per abbinare il nostro contatore a 12 bit.

Trovare i nostri tempi

Per questo progetto ho scelto 3 minuti per il soft-boiled e 6 minuti per il hard-boiled. Questi tempi devono essere convertiti in secondi per corrispondere alla velocità del nostro timer NE555 e del nostro contatore.

Ci sono 60 secondi in 1 minuto.

Quindi, 3 minuti diventano 180 secondi e 6 minuti diventano 360 secondi

Successivamente, dobbiamo convertirlo in binario.

Usando il metodo per convertire decimale in binario, otteniamo:

360 secondi 0001 0110 1000

180 secondi 0000 1011 0100

Passaggio 5: configurazione di 4 ingressi AND Gate CMOS 4082

Possiamo finalmente iniziare a configurare il cervello del sistema sulla nostra breadboard. Innanzitutto, la porta AND a 4 ingressi. Questa porta richiede che tutti gli ingressi siano 1 prima che l'uscita diventi 1 stessa. Ad esempio, se scegliamo 3 minuti; i bit 3, 5, 6 e 8 devono essere 1 prima che la porta AND possa emettere un 1. Questo farà sì che il nostro sistema si attivi solo in momenti specifici.

1. Posizionare il chip AND Gate IC a 4 ingressi CMOS 4082 sulla breadboard dopo il contatore CMOS 4040 in modo che i pin anteriori siano al livello 20
2. Collegare il Pin 14 alla linea ferroviaria rossa
3. Collega il Pin 7 alla linea ferroviaria blu
4. Collegare i pin 2-5 ai pin del contatore come mostrato nello schema sopra
5. Fai lo stesso per i Pin 12-9
6. I pin 6 e 8 non verranno utilizzati, quindi puoi lasciarli soli

Passaggio 6: impostazione dei pulsanti e dei fermi

Questo è il controllo principale e un'altra parte cruciale del sistema!

Per prima cosa iniziamo con il concetto di latch. La Figura 3 è uno schema circuitale di come apparirà uno dei nostri latch usando le nostre porte CMOS 4001 NOR.

Quando un ingresso è ON (dato un logico alto o un 1), il sistema commuterà quale uscita è ON e la manterrà ON. Quando l'altro ingresso è ON, il sistema si riaccenderà e manterrà attiva la nuova uscita.

Ora per applicarlo nel nostro circuito!

Il primo latch sarà per l'uscita del 4-Input E abbiamo appena cablato.

1. Posizionare il chip CMOS 4001 NOR Gate IC sulla breadboard dopo il gate CMOS 4082 4-Input AND in modo che i pin anteriori siano al numero 30
2. Collegare il Pin 14 alla linea ferroviaria rossa
3. Collega il Pin 7 alla linea ferroviaria blu
4. Collegare il Pin 1 al Pin 1 della porta AND
5. Collega i pin 2 e 4 insieme
6. Collega i pin 3 e 5 insieme
7. Collegare il pin 13 al pin 13 della porta AND
8. Collega i pin 12 e 10 insieme
9. Collegare i pin 11 e 9 insieme
10. Collega i pin 6 e 8 insieme, li utilizzeremo in seguito per la funzione di ripristino.

Passaggio 7: impostazione dei pulsanti e dei fermi Cont

Il prossimo è il secondo fermo e i pulsanti!

Questi li metteremo sulla metà destra della scheda in modo che sia più facile premere i pulsanti e mantenere il nostro circuito necessario e distanziato. I pulsanti utilizzano anche il fermo per impostare e ripristinare l'impostazione scelta.

1. Metti giù i pulsanti (interruttori tattili) sulla tua tavola
2. Collega i pulsanti come nello schema sopra

   I resistori utilizzati sono i resistori da 1k OHM

3. Cablate il CMOS 4001 come abbiamo fatto in precedenza per il primo latch ma invece stiamo collegando i pulsanti agli ingressi del CMOS 4001

   La Figura 4 utilizza l'equivalente 74HC02 NOR

ORA UTILIZZIAMO FINALMENTE QUEL PULSANTE RESET E RESET INPUT DA UTILIZZARE!

1. Collegare il pulsante di ripristino agli altri punti di ripristino nel sistema
   • Fare riferimento alle immagini nei passaggi precedenti per le posizioni
   • Dovrai utilizzare più ponticelli per collegare tutti i pin insieme
2. Le uscite dei pulsanti Hard-boiled e Soft-boiled dal latch verranno utilizzate nel passaggio successivo

Passaggio 8: configurazione del CMOS 4081 2-Input AND Gate

Questa parte gestisce la conferma di quale impostazione abbiamo scelto. L'uscita sarà attiva solo quando entrambi gli ingressi sono corretti. Ciò consentirà solo a una delle impostazioni di attivare l'allarme alla fine.

1. Posiziona il chip CMOS 4081 AND Gate IC sulla breadboard dopo il nostro primo chip di chiusura in modo che i pin anteriori siano al livello numero 40 sul lato destro e sinistro della breadboard
2. Collegare il Pin 14 alla linea ferroviaria rossa
3. Collega il Pin 7 alla linea ferroviaria blu
4. Collegare le uscite dei due latch agli ingressi delle porte AND (fare riferimento al passaggio 6: impostazione dei pulsanti e dei latch)
5. Fallo sia per le impostazioni Hard-Boiled che per quelle Soft-Boiled.

Passaggio 9: completamento del sistema

Gli ultimi ritocchi al sistema. La porta OR consente a entrambi gli ingressi di attivare l'uscita.

1. Posiziona il chip 74HC32 OR Gate IC sulla breadboard, dopo il CMOS 4081 2-input AND Gate, in modo che i pin anteriori siano al livello numero 50 sul lato destro e sul lato sinistro della breadboard
2. Collegare il Pin 14 alla linea ferroviaria rossa
3. Collega il Pin 7 alla linea ferroviaria blu
4. Prendi le due uscite dello Step 7 e collegale agli ingressi del Chip 74HC32 (Pin 1 e 2)
5. Collegare l'uscita (PIN 3) al filo rosso del cicalino
6. Collegare il filo nero del cicalino alla linea ferroviaria Blu

Hai finito

Collega la batteria al portabatteria e metti il filo rosso al terminale a banana rossa della breadboard e il filo nero al terminale a banana nera della breadboard per accenderlo. Per il funzionamento del timer, prima premi reset e poi scegli la tua opzione ogni volta che desideri iniziare un nuovo orario perché il timer NE555 è costantemente in funzione e manterrà il conteggio del sistema se non viene premuto prima il pulsante di reset

Miglioramenti futuri

Questo circuito non è un circuito perfetto al 100%. Ci sono cose che vorrei migliorare:

1. Assicurarsi che il timer e il contatore NE555 inizino a contare solo dopo che è stata effettuata una scelta
2. Fai resettare il sistema dopo ogni allarme completato
3. Assicurati che sia possibile scegliere solo un'opzione alla volta, attualmente è possibile scegliere entrambe le opzioni
4. Pulisci il circuito per rendere il flusso più facile da seguire e capire
5. Avere una parte o un sistema che mostri quale selezione è stata scelta e l'ora corrente del timer

Passaggio 10: video dell'operazione

Ho sostituito il cicalino con il piccolo circuito di prova. Il LED cambierà da rosso a verde quando fa scattare correttamente l'allarme.

Passaggio 11: BONUS il circuito del punto di prova

Quindi… sei davvero curioso di questo piccolo pezzo di componenti.

Le immagini sopra mostrano come appare sulla scheda e il diagramma schematico del circuito. Questo circuito è chiamato circuito di test logico. Questo può verificare se le uscite dei circuiti integrati o le uscite digitali sono alte (1) o basse (0).

Questo circuito utilizza il concetto fondamentale di diodi e corrente elettrica. L'elettricità scorre da un potenziale alto a un potenziale inferiore come un fiume, ma potresti chiederti, come cambia il potenziale? Il potenziale del circuito scende dopo ogni componente. Quindi, ad un'estremità di un resistore, ad esempio, avrà un potenziale maggiore rispetto all'altro lato. Questa caduta è chiamata caduta di tensione ed è causata dalle caratteristiche del resistore e si trova attraverso la legge di Ohm.

Legge di Ohm: Tensione = Corrente x Resistenza

I diodi hanno anche una caduta di tensione attraverso di loro che riduce ulteriormente la tensione mentre si percorre il circuito. Questo va avanti fino a quando non colpisci il simbolo di terra che rappresenta il potenziale zero o la tensione zero.

Ora la domanda, come fa questo circuito a testare una logica alta (1) o una logica bassa (0)?

Bene, quando colleghiamo qualsiasi uscita logica al punto tra i due LED, in quel punto viene messo un potenziale di tensione. Utilizzando i fondamenti dei diodi perché i LED sono diodi a emissione di luce e seguono gli stessi principi, i diodi consentono alla corrente di fluire solo in una direzione. Ecco perché quando si collegano i LED al contrario, non si accendono.

L'effetto di questo punto tra i due LED provoca questa caratteristica. Quando il punto è logico alto (1), in quel punto viene posizionato un potenziale di 5 volt e poiché il potenziale di tensione prima del LED ROSSO è inferiore al potenziale nel punto di prova, il LED ROSSO non si accende. Tuttavia, il LED VERDE si accenderà. Questo mostrerà che qualunque cosa tu stia testando è a un livello logico alto (1).

E viceversa, quando il punto di prova è a un valore logico basso (0), ci sarà potenziale di tensione zero nel punto di prova. Ciò consentirà solo l'accensione del LED ROSSO, mostrando che qualsiasi punto si sta tentando di testare è a un livello logico basso.