นาฬิกาดิจิตอล แต่ไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ [ฮาร์ดคอร์อิเล็กทรอนิคส์]: 13 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

มันค่อนข้างง่ายที่จะสร้างวงจรด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่เราลืมงานมากมายที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องเผชิญเพื่อทำงานง่ายๆ ให้เสร็จ (แม้ไฟ LED กะพริบ) ดังนั้นมันยากแค่ไหนที่จะสร้างนาฬิกาดิจิตอลตั้งแต่เริ่มต้น? ไม่มีการเข้ารหัสและไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์และเพื่อให้เป็น HARDCORE จริง จะสร้างวงจรในบอร์ดแบบสมบูรณ์แบบโดยไม่ต้องใช้แผงวงจรพิมพ์ใดๆ ได้อย่างไร

นี่เป็นโครงการที่ท้าทายจริงๆ ที่ต้องทำ ไม่ใช่เพราะว่าลอจิกนาฬิกาทำงานอย่างไร แต่เป็นเพราะวิธีที่เราจะสร้างวงจรด้วยส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้ร่วมกันในบอร์ดขนาดกะทัดรัด

โปรเจ็กต์นี้ได้รับแรงบันดาลใจจากคำแนะนำ (ผู้เขียน: hp07) ย้อนกลับไปในปี 2018 ซึ่งเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างในบอร์ดที่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากจำนวนการเชื่อมต่อและส่วนประกอบที่ใช้ ดังนั้นฉันจึงทำการขุดออนไลน์เล็กน้อยเพื่อลดความซับซ้อน แต่ก็ยังทำให้มันค่อนข้างพื้นฐานและยากที่จะสร้างในบอร์ดที่สมบูรณ์แบบ

ข้อมูลอ้างอิงอื่นๆ: scopionz, danyk

เสบียง

นี่คือรายการผลิตภัณฑ์ที่สามารถช่วยให้คุณทำโครงการนี้ได้อย่างง่ายดาย

(ลิงค์พันธมิตร)

• IC 4026:
• ไอซี 555:
• IC 7411:
• การแสดงผล 7 ส่วน:
• โพเทนชิออมิเตอร์:
• ชุดตัวต้านทาน:
• ไดโอด:
• ชุดตัวเก็บประจุ:
• ปุ่มกด:
• Perfboard:
• แผ่นอะครีลิค:
• อแดปเตอร์:
• แหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะ:
• ชุดออสซิลโลสโคป:
• ชุดนาฬิกาดิจิตอล: https://amzn.to/3l5ymja /

ขั้นตอนที่ 1: แนวคิดเรื่องเวลา [แต่สำหรับ NOOBS]

อันดับแรก เราต้องเข้าใจคำตอบของคำถามสองสามข้อก่อนที่เราจะสามารถสร้างนาฬิกาดิจิทัลนี้ได้! เราจะติดตามเวลาได้อย่างไรและเราจะกำหนดเวลาได้อย่างไร?

วิธีแก้ปัญหานี้ค่อนข้างง่าย (ถ้าคุณคิดว่าตัวเองเป็นวัยรุ่นที่ดื้อรั้นและแกล้งทำเป็นว่านักฟิสิกส์กว่าศตวรรษไม่เคยคิดมาก่อนเลย) วิธีที่เราจะใช้วิธีแก้ปัญหานี้อาจใช้ไม่ได้ผล โดยในขั้นแรกเราจะดูว่าเราจะติดตามเวลาได้อย่างไร แล้วจึงกำหนดเวลาในภายหลัง

ถือว่านาฬิกาเป็นตัวนับที่สามารถนับตัวเลขได้สูงถึง 0-60 และ 0-24 (ตอนนี้แค่กังวลแค่ 24 ชั่วโมงเท่านั้น) เมื่อใดก็ตามที่ค่านี้เกินก็ยกไปยังการกำหนดที่สูงขึ้นถัดไป [วินาที -> นาที -> ชั่วโมง ->วัน->เดือน->ปี]

แต่เราขาดประเด็นสำคัญที่นี่ เมื่อใดที่เราควรเพิ่มค่าตัวนับนี้ มาดูคำจำกัดความทางฟิสิกส์อย่างง่ายกัน

"วินาทีถูกกำหนดโดยการนำค่าตัวเลขคงที่ของความถี่ซีเซียม ∆ν ซึ่งเป็นความถี่การเปลี่ยนสถานะไฮเปอร์ไฟน์ของอะตอมซีเซียม 133 ที่ไม่ถูกรบกวนจากพื้นดินมารบกวน ให้เป็น 9 192 631 770 เมื่อแสดงในหน่วย Hz ซึ่งเท่ากับ s -1."

หากคุณเข้าใจคำจำกัดความนี้ คุณควรเรียนฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและเลิกใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์!

อย่างไรก็ตาม เพื่อความเรียบง่าย เราจะถือว่าถึงเวลาที่อะตอมซีเซียมจะสั่นสะเทือน 9 พันล้านครั้ง ตอนนี้เมื่อคุณเพิ่มตัวนับทุก ๆ หนึ่งวินาทีหรือทุก ๆ หนึ่งวินาทีสำหรับอะตอมซีเซียมเพื่อสั่นสะเทือน 9 พันล้านครั้ง คุณก็จะได้นาฬิกาในแบบของคุณ! สำหรับสิ่งนี้ หากเราสามารถเพิ่มตรรกะในลักษณะที่วินาทีทวนเป็นนาทีและนาทีเป็นชั่วโมงเมื่อถึง 60 (และชั่วโมงจะรีเซ็ตเป็น 24) ซึ่งจะทำให้เรามีนาฬิกาที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ตามที่เราคาดไว้

ตอนนี้เรามาดูกันว่าเราจะนำทฤษฎีมาสู่ความเป็นจริงได้อย่างไร ด้วยความมหัศจรรย์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บริสุทธิ์!

ขั้นตอนที่ 2: การแสดงเจ็ดส่วน

ก่อนอื่น เรามาหาวิธีแสดงตัวเลข (หรือเวลา) กันก่อน จอแสดงผล 7 ส่วนควรสมบูรณ์แบบสำหรับโครงสร้างนี้เนื่องจากให้รูปลักษณ์ย้อนยุค และเป็นหนึ่งในจอแสดงผลที่ง่ายที่สุดที่มีในท้องตลาด เรียบง่ายมากจนทำจากไฟ LED 7 ดวง (8 LEDs ถ้าจุด LED ถูกนับเข้า) วางอย่างชาญฉลาดในการแสดงค่าตัวอักษรและตัวเลข ซึ่งสามารถวางไว้ข้างๆ กับจอแสดงผล 7 ส่วนหลายจอเพื่อแสดงค่าที่มากขึ้น

จอแสดงผล 7 ส่วนนี้มี 2 แบบ

แคโทดทั่วไป: เทอร์มินัล -ve ทั้งหมดของ led เชื่อมต่อกับจุดร่วม จากนั้นจุดร่วมนี้จะเชื่อมต่อกับกราวด์ (GND) ตอนนี้ ในการเปิดส่วนใดส่วนหนึ่งของเซ็กเมนต์ แรงดัน +ve จะถูกนำไปใช้กับพิน +ve ที่สอดคล้องกันของเซ็กเมนต์นั้น

แคโทดแอโนด: ขั้ว +ve ทั้งหมดของ led เชื่อมต่อกับจุดร่วม จากนั้นจุดร่วมนี้จะเชื่อมต่อกับ VCC ตอนนี้ ในการเปิดส่วนใดๆ ของเซ็กเมนต์ แรงดัน -ve จะถูกนำไปใช้กับพิน -ve ที่สอดคล้องกันของเซ็กเมนต์นั้น

สำหรับแอปพลิเคชันของเรา เราจะใช้จอแสดงผล 7 ส่วนในเวอร์ชันแคโทดทั่วไป เนื่องจาก IC ดิจิทัลที่เราจะใช้จะส่งสัญญาณออกสูง (สัญญาณ +ve)

แต่ละส่วนของจอแสดงผลนี้ตั้งชื่อจาก A ถึง G ตามทิศทางตามเข็มนาฬิกา และจุด (หรือจุด) บนจอแสดงผลจะถูกทำเครื่องหมายเป็น 'p' ให้จดจำส่วนต่างๆ ด้วยตัวอักษรที่สอดคล้องกัน ซึ่งจะสะดวกเมื่อเชื่อมต่อกับดิจิตอล ไอซี.

ขั้นตอนที่ 3: การจัดวางจอแสดงผลเซเว่นเซกเมนต์

ขั้นตอนนี้ค่อนข้างยุ่งยากเพราะการหาขนาดที่แน่นอนของบอร์ดที่สมบูรณ์แบบนั้นค่อนข้างยากและคุณอาจไม่พบ หากเป็นกรณีนี้ คุณสามารถรวม 2 บอร์ดที่สมบูรณ์แบบเพื่อสร้างบอร์ดที่ใหญ่ขึ้นได้

การวางจอแสดงผลแบบ 7 ส่วนนั้นค่อนข้างง่าย เพียงวางจอแสดงผลเท่าๆ กันด้วยระยะห่างที่เหมาะสม เพื่อให้คุณสามารถแยกความแตกต่างของวินาที นาที และชั่วโมง (ดูรูปภาพสำหรับตำแหน่งของ LED)

หากคุณสังเกตเห็นว่าตอนนี้ฉันกำลังใช้ตัวต้านทาน 100ohm จำนวนมากสำหรับพินของจอแสดงผลแต่ละอัน นี่คือทั้งหมดเพื่อความสวยงาม และไม่จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานจำนวนมากเหล่านี้ หากคุณสามารถวางตัวต้านทาน 470ohm ระหว่างพินทั่วไปของจอแสดงผล 7 ส่วนกับกราวด์ก็ควรจะดีพอ (ตัวต้านทานเหล่านี้ใช้เพื่อจำกัดกระแสที่จะผ่าน LED)

เนื่องจากวงจรนี้มีหลายอย่างที่ต้องบัดกรีและเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่ลืมสิ่งที่ฉันทำไป ฉันจึงบัดกรีหมุดแสดงผล 7 ส่วนตามลำดับตัวอักษรไปยังตัวต้านทานและกราวด์ไปที่ด้านบนของวงจร ดูเหมือนไร้ประโยชน์และซับซ้อน แต่เชื่อฉันเถอะว่านี่จะทำให้งานของคุณง่ายขึ้น

ขณะสร้างวงจรนี้ ฉันพบเคล็ดลับเด็ดๆ เกี่ยวกับจอแสดงผล 7 ส่วน หากคุณพลิกการแสดงผล 7 ส่วนกลับด้านโดยไม่ได้ตั้งใจ คุณไม่จำเป็นต้องถอดจอแสดงผลออกทั้งหมดแล้วนำไปขายต่ออีกครั้งโดยไม่ได้ตั้งใจ ทุกพินจะยังคงเหมือนเดิม ยกเว้นพิน G และพิน P เพียงแค่เพิ่มสายจัมเปอร์ธรรมดาเข้าไป คุณสามารถแก้ไขปัญหาได้ (ตรวจสอบ 2 ภาพสุดท้ายที่ฉันใช้สายจัมเปอร์สีเขียวเพื่อแสดงปัญหานี้)

ขั้นตอนที่ 4: เคาน์เตอร์

"กำลังโหลด="ขี้เกียจ"

เมื่อพูดถึงวงจรดิจิตอลมีเพียง 2 สถานะ HIGH หรือ LOW (ไบนารี: 0 หรือ 1) สิ่งนี้สามารถเชื่อมโยงกับสวิตช์ได้ เมื่อสวิตช์เปิดอยู่ เราสามารถพูดได้ว่ามันเป็นตรรกะ HIGH และเมื่อปิดสวิตช์ เราสามารถพูดได้ว่ามันเป็นตรรกะ LOW หากคุณสามารถเปิดและปิดสวิตช์ด้วยระยะเวลาที่สม่ำเสมอระหว่างเปิดและปิด คุณสามารถสร้างสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมได้

ตอนนี้เวลาที่ใช้ในการสร้างสัญญาณทั้งสูงและต่ำรวมกันเรียกว่าช่วงเวลา หากคุณสามารถเปิดสวิตช์เป็นเวลา 0.5 วินาทีและปิดสวิตช์เป็นเวลา 0.5 วินาที ช่วงเวลาของสัญญาณนี้จะเท่ากับ 1 วินาที ในทำนองเดียวกัน จำนวนครั้งที่สวิตช์เปิดและปิดในหนึ่งวินาทีเรียกว่าความถี่

[ตัวอย่าง: 4Hz -> เปิด 4 ครั้งและปิด 4 ครั้ง]

นี้อาจดูเหมือนไม่ได้ใช้มากนักในตอนแรก แต่ระยะเวลาของสัญญาณนี้จำเป็นมากเพื่อให้ทุกอย่างซิงค์กันในวงจรดิจิทัล นั่นเป็นเหตุผลที่วงจรดิจิทัลบางวงจรที่มีสัญญาณนาฬิกาเรียกว่าวงจรซิงโครนัส

หากเราสามารถสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมที่ 1Hz ได้ เราก็สามารถเพิ่มตัวนับของเราทุก ๆ หนึ่งวินาทีเหมือนกับวินาทีบนนาฬิกาดิจิตอล แนวคิดที่นี่ยังค่อนข้างคลุมเครือเพราะเราต้องการเวลาที่อะตอมของซีเซียมสั่นสะเทือน 9 พันล้านครั้ง (ดังที่เราเห็นในขั้นตอนที่ 1) เพราะนั่นคือสิ่งที่จะให้เวลาเราหนึ่งวินาที ความแม่นยำแบบนี้โดยใช้วงจรของเรานั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย แต่เราสามารถทำได้ดีกว่านี้ถ้าเราสามารถใช้ออสซิลโลสโคป

ขั้นตอนที่ 7: การเลือกวงจรนาฬิกา

มีหลายวิธีในการสร้างเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา แต่ต่อไปนี้คือเหตุผลบางประการที่ฉันใช้ตัวจับเวลา IC 555 และเหตุผลบางประการที่คุณไม่ควรใช้

ข้อได้เปรียบ

• วงจรนั้นง่ายมาก (เป็นมิตรกับผู้เริ่มต้น)
• ต้องการรอยเท้าขนาดเล็กมาก
• ง่ายต่อการปรับความถี่นาฬิกา
• สามารถมีแรงดันไฟฟ้าได้หลากหลาย (ไม่จำเป็นสำหรับวงจรนาฬิกาดิจิตอลของเรา)

ข้อเสีย

• นาฬิกาจับเวลาไม่แม่นยำ
• สัญญาณนาฬิกาอาจได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจากอุณหภูมิ/ความชื้น
• เวลานาฬิกาเกิดจากตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

ทางเลือกสำหรับเครื่องกำเนิดความถี่หรือเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา: Crystal oscillator, Dividing frequency

ขั้นตอนที่ 8: ตำแหน่งของวงจรนาฬิกา

วางวงจรนาฬิกาให้ต่ำกว่าส่วนวินาทีของนาฬิกาดิจิตอลพอดี ซึ่งจะทำให้การเชื่อมต่อระหว่าง IC 4026 และ IC 555 ทำได้ง่ายขึ้น

ณ จุดนี้ มันไม่มีประโยชน์เลยที่จะถ่ายภาพหลังจากแต่ละวงจร เนื่องจากวงจรมีความซับซ้อนมากโดยมีสายไฟจำนวนมากไปในทิศทางที่ต่างกัน ดังนั้น เพียงแค่สร้างวงจรนาฬิกาแยกต่างหากโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับส่วนที่เหลือของวงจร และเมื่อเสร็จแล้ว เพียงเชื่อมต่อเอาต์พุต (พิน 3) ของ IC ตัวจับเวลา 555 กับพินนาฬิกาของ IC 4026

ขั้นตอนที่ 9: การสลับ/การเพิ่มลอจิก

รองชนะเลิศการประกวดรีมิกซ์