Relógio digital, mas sem microcontrolador [Hardcore Electronics]: 13 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

É muito fácil construir circuitos com um microcontrolador, mas esquecemos totalmente as toneladas de trabalho que um microcontrolador teve que passar para completar uma tarefa simples (mesmo para piscar um led). Então, quão difícil seria fazer um relógio digital completamente do zero? Sem codificação e sem microcontrolador e para torná-lo real HARDCORE que tal construir o circuito em uma placa de perf sem usar quaisquer placas de circuito impresso.

Este é realmente um projeto desafiador de se fazer, não por causa de como a lógica do clock funciona, mas por causa de como iremos construir o circuito com todos esses componentes juntos em uma perf-board compacta.

Este projeto foi inspirado neste instrutível (autor: hp07) em 2018, que seria insanamente difícil de construir em um perf-board devido ao número de conexões e componentes usados. Então, eu fiz algumas pesquisas online para reduzir a complexidade, mas ainda torná-lo bastante básico e difícil de construir em um perf-board.

Outras referências: scopionz, danyk

Suprimentos

Esta é a lista de produtos que podem ajudá-lo a realizar este projeto com facilidade

(Link de afiliado)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Display de 7 segmentos:
• Potenciômetro:
• Kit de resistores:
• Diodo:
• Kit de capacitores:
• Botão de pressão:
• Perfboard:
• Folha de acrílico:
• Adaptador de energia:
• Fonte de alimentação de bancada:
• kit osciloscópio:
• Kit de relógio digital: https://amzn.to/3l5ymja /

Etapa 1: conceito de tempo [mas para NOOBS]

Primeiro, temos que entender a resposta a algumas perguntas antes de começarmos a construir este relógio digital! como vamos controlar o tempo e como podemos definir o próprio tempo?

A solução para esse problema é bastante simples (se você se considera um adolescente rebelde e apenas finge que, durante um século, os físicos nunca se preocuparam com isso). A maneira como vamos abordar essa solução pode ser contra-intuitiva, onde primeiro veremos como podemos controlar o tempo e, posteriormente, definir o tempo.

Considere o relógio como um contador que pode contar números até 0-60 e 0-24 (vamos nos preocupar apenas com o relógio de 24 horas por enquanto) sempre que esse valor o exceder, basta transportar para a próxima designação superior [Segundos -> Minutos -> Horas -> Dias-> Meses-> Anos].

Mas estamos perdendo um ponto importante aqui: quando devemos incrementar esse valor do contador? Vamos dar uma olhada na definição de física simples

"O segundo é definido tomando o valor numérico fixo da frequência de césio ∆ν, a frequência de transição hiperfina de estado fundamental não perturbado do átomo de césio 133, como sendo 9 192 631 770 quando expresso na unidade Hz, que é igual a s -1."

Se você entendeu a definição, provavelmente deveria estudar física teórica e abandonar a eletrônica!

De qualquer forma, para simplificar, vamos presumir que é o tempo que um átomo de césio leva para vibrar 9 bilhões de vezes. Agora, quando você incrementa o contador a cada segundo ou o tempo que leva para um átomo de césio vibrar 9 bilhões de vezes, você obtém uma espécie de relógio! Para isso, se pudéssemos apenas adicionar lógica de tal forma que os segundos passam para minutos e os minutos passam para horas quando chegam a 60 (e as horas são zeradas em 24). Isso nos dará um relógio totalmente funcional que esperamos.

Agora, vamos ver como podemos transformar a teoria em realidade, com um pouco da magia da eletrônica pura!

Etapa 2: display de sete segmentos

Vamos primeiro descobrir como exibir o número (ou hora). Os ecrãs de 7 segmentos devem ser perfeitos para esta construção porque dá um aspecto retro, e também é um dos ecrãs mais simples disponíveis no mercado, é tão simples que é feito apenas de 7 LEDs (8 LEDs, se for o caso LED, foi contado em) colocado de uma forma inteligente para mostrar valores alfanuméricos que podem ser colocados adjacentes com vários visores de 7 segmentos para mostrar um valor maior.

Existem 2 variedades dessas telas de 7 segmentos.

CATODO COMUM: Todo o terminal -ve do led é conectado a um ponto comum, e então este ponto comum é conectado ao terra (GND). Agora, para ligar qualquer parte do segmento, uma tensão + ve é aplicada ao pino + ve correspondente daquele segmento.

CATHODE ANODE: Todo o terminal + ve do led é conectado a um ponto comum, e então este ponto comum é conectado ao VCC. Agora, para ligar qualquer parte do segmento, uma tensão de -ve é aplicada ao pino -ve correspondente daquele segmento.

Para nossa aplicação, usaremos a versão de cátodo comum do display de 7 segmentos, porque o IC digital que usaremos produzirá um sinal HIGH (sinal + ve).

Cada segmento desta tela é nomeado de A a G no sentido horário e o ponto (ou ponto) na tela é marcado como 'p', lembre-se dos segmentos com seus alfabetos correspondentes, o que será útil ao conectá-lo ao digital IC's.

Etapa 3: posicionamento da tela de sete segmentos

Esta etapa será um pouco complicada porque encontrar o tamanho exato do perf-board é bastante difícil e você pode não encontrar um. Se for esse o caso, você pode combinar 2 perf-board para fazer um maior.

A colocação do display de 7 segmentos é bastante simples, basta posicionar o display de maneira uniforme com espaçamento correto para que você possa diferenciar os segundos, minutos e horas (consulte a imagem para a colocação do led).

Se você notou que agora estou usando um monte de resistores de 100 ohm para cada pino da tela, isso é totalmente estético e não é necessário usar esses muitos resistores. Se você puder colocar um resistor de 470 ohms entre o pino comum do display de 7 segmentos e o aterramento, isso deve ser bom o suficiente. (Esses resistores são usados para limitar a corrente que vai passar pelo LED)

Como este circuito tem muito a soldar e para ter certeza de não perder a noção do que estou fazendo, soldei os pinos do display de 7 segmentos em uma seqüência alfabética aos resistores e o terra ao topo do circuito. Parece inútil e complicado, mas acredite em mim, isso tornará o seu trabalho muito mais fácil.

Enquanto construí este circuito eu encontrei um truque legal sobre a tela de 7 segmentos, a qualquer hora por engano, se você inverteu a tela de 7 segmentos de cabeça para baixo, você não precisa dessoldar a tela completamente e soldá-la novamente. Cada pino permanecerá o mesmo, exceto o pino G e o pino P, apenas adicionando um fio de jumper simples você pode corrigir o problema. (Verifique as últimas 2 imagens em que usei um fio de jumper verde para demonstrar esse problema).

Etapa 4: contador

"carregando =" preguiçoso"

Quando se trata de circuitos digitais, existem apenas 2 estados HIGH ou LOW (Binário: 0 ou 1). Podemos relacionar isso com uma chave, quando a chave está LIGADA podemos dizer que é uma lógica HIGH e quando a chave está desligada podemos dizer que é lógica LOW. Se você puder LIGAR e DESLIGAR a chave com um tempo consistente entre LIGADO e DESLIGADO, você pode gerar um sinal de onda quadrada.

Agora, o tempo necessário para criar os sinais alto e baixo juntos é chamado de Período de tempo. Se você puder LIGAR a chave por 0,5 seg e DESLIGAR a chave por 0,5 seg, o período de tempo desse sinal será de 1 segundo. Da mesma forma, o número de vezes que a chave liga e desliga em um segundo é chamado de frequência.

[Exemplo: 4Hz -> 4 vezes liga e 4 vezes desliga]

Pode parecer pouco útil no início, mas esse tempo de sinal é muito necessário para manter tudo em sincronia nos circuitos digitais, por isso alguns circuitos digitais com sinais de clock também são chamados de circuitos síncronos.

Se pudermos gerar uma onda quadrada de 1 Hz, podemos incrementar nosso contador a cada segundo, exatamente como os segundos do relógio digital. O conceito aqui ainda é muito vago porque precisamos do tempo que um átomo de césio leva para vibrar 9 bilhões de vezes (como vimos na etapa 1) porque é isso que nos dará um segundo. Esse tipo de precisão usando nosso circuito será quase impossível, mas podemos fazer melhor se pudermos usar um osciloscópio (onde o tempo é pré-calibrado) para dar uma aproximação de um segundo.

Etapa 7: Selecionando um Circuito de Relógio

Existem várias maneiras de construir um gerador de pulso de clock. Mas aqui estão algumas razões pelas quais eu usei o IC timer 555 e algumas razões pelas quais você não deveria.

Vantagem

• O circuito é muito simples (amigável para iniciantes)
• Requer uma pegada muito pequena
• fácil de ajustar a frequência do relógio
• Pode ter uma ampla faixa de voltagem (não é necessário para nosso circuito de relógio digital)

Desvantagem

• O tempo do relógio não é preciso
• O sinal do relógio pode ser seriamente afetado pela temperatura / umidade
• O tempo do relógio é devido a resistores e capacitores

Alternativas para gerador de frequência ou gerador de pulso de relógio: oscilador de cristal, frequência de divisão

Etapa 8: Colocação do circuito do relógio

Coloque o circuito do relógio exatamente abaixo da parte dos segundos do relógio digital, isso tornará a conexão mais fácil entre o IC 4026 e o IC 555.

Nesse ponto, era completamente inútil tirar fotos após cada circuito, já que os circuitos ficam muito complicados com muitos fios circulando em direções diferentes. Portanto, apenas construa o circuito do relógio separadamente sem se preocupar com o resto do circuito e, uma vez feito isso, basta conectar a saída (pino 3) do IC do temporizador 555 ao pino do relógio do IC 4026.

Etapa 9: Lógica de Comutação / Incrementação

Vice-campeão no concurso de remix