IC Egg Timer: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Criado por: Gabriel Chiu

Visão geral

Este projeto demonstra os fundamentos da lógica digital, as características de um temporizador NE555 e demonstra como os números binários são contados. Os componentes usados são: um temporizador NE555, um contador de ondulação de 12 bits, duas portas NOR de 2 entradas, uma porta AND de 4 entradas, uma porta AND de 2 entradas e uma porta OR de 2 entradas. As portas lógicas, NOR, AND e OR vêm em equivalentes TTL e CMOS que podem ser encontrados em Lee’s Electronic. Este projeto é um cronômetro de ovo simples com duas configurações: cozido duro ou mole e vem com uma função de reinicialização.

Peças e Ferramentas

• 1 tábua de pão (número de Lee: 10516)

• 1 bateria de 9 V (número de Lee: 8775 ou 16123)

  NOTA: ESTE CIRCUITO TAMBÉM PODE FUNCIONAR COM 5V DE ENERGIA. NÃO EXCEDA 9V PORQUE PODE DANIFICAR OS CHIPS IC

• 1x porta-bateria de 9V (número de Lee: 657 ou 6538 ou 653)
• Fio de conexão sólido (Número de Lee: 2249)
• Jumper Wire (Número de Lee: 10318 ou 21805)
• Cabos de teste Alligator (número de Lee: 690)
• 3x interruptores táteis (número de Lee: 31241 ou 31242)
• 1x NE555 Timer (número de Lee: 7307)
• 1x contador de ondulação de 12 bits CMOS 4040 (número de Lee: 7210)
• 1x entrada Dual Quad E porta CMOS 4082 (número de Lee: 7230)
• 1x Quad 2 entradas AND gate CMOS 4081 (número de Lee: 7229)
• 2x Quad 2 entradas NOR gate CMOS 4001 ou 74HC02 (Número de Lee: 7188 ou 71692)
• 1x Quad 2-Input OR gate 74HC32 (número de Lee: 71702)
• 3 resistências OHM de 1k ¼ watt (número de Lee: 9190)
• 2 resistores OHM de 150k ¼ watt (Número de Lee: 91527)
• 1x capacitor 10nF (0,01UF) (número de Lee: 8180)
• 1x Capacitor 4.7UF (Número de Lee: 85)
• 1x diodo 1N4001 (número de Lee: 796)
• 1x Buzzer 3-24 V DC Contínuo (Número de Lee: 4135)

Ferramentas

1x descascadores de fios (número de Lee: 10325)

Etapa 1: Configurando sua placa

Configurar o seu conselho para este projeto é fundamental. Essa configuração é para garantir que todos os trilhos de alimentação (linhas vermelha e azul) sejam alimentados.

1. Você precisará usar um fio de jumper para conectar os dois terminais banana na parte superior da placa à própria placa de ensaio. Isso ajudará a conectar sua bateria ou fonte de alimentação.
2. Como na Figura 1 acima, coloque o fio vermelho para conectar as linhas ferroviárias vermelhas.
3. Use o fio preto para unir as linhas ferroviárias azuis. (Eu usei fio preto, mas fio azul está bom)

IMPORTANTE !: Certifique-se de que nenhuma das linhas vermelhas NÃO esteja conectada às linhas azuis. Isso irá causar um curto-circuito e IRÁ QUEIMAR SEU PAINEL E DESTRUIR SEUS FIOS E BATERIA.

CERTIFIQUE-SE DE QUE SUA PLACA NÃO ESTÁ LIGADA DURANTE A FIAÇÃO! ISTO PODE CAUSAR DANOS ACIDENTAIS AOS SEUS COMPONENTES

Antes de começarmos, estaremos usando uma quantidade considerável de chips IC em nossa placa de ensaio, então irei dar localizações de onde colocar os componentes na placa de ensaio para um espaçamento fácil e agradável.

A maioria dos ICs tem um indicador no chip para mostrar onde a direção frontal ou frontal está localizada. O chip deve ter um pequeno entalhe para indicar onde está a frente do chip, conforme mostrado na Figura 2.

(Se você está curioso sobre o pequeno circuito de LED no canto, vá até o final. Vou mostrar por que ele está lá e como funciona)

Etapa 2: Configurando o cronômetro

Este temporizador envia um pulso a cada segundo para o contador que usaremos na próxima etapa. Por enquanto, vamos nos concentrar em configurar corretamente o temporizador NE55. Usei uma calculadora de temporizador NE555 para encontrar os valores do resistor e do capacitor necessários para definir o período para 1 segundo. Isso garantirá que o contador conte em segundos.

1. Coloque o chip IC do temporizador NE555 na placa de ensaio de modo que os pinos frontais fiquem no nível 5 no lado esquerdo da placa de ensaio
2. Conecte o pino 8 à linha ferroviária vermelha
3. Conecte o pino 1 à linha ferroviária azul
4. Conecte o pino 7 à linha ferroviária vermelha com um dos resistores de 150k OHM

5. Conecte o pino 7 ao pino 2 usando o outro resistor de 150k OHM e o diodo 1N4001

   • Certifique-se de que a linha do diodo está voltada para o pino 2, conforme mostrado no diagrama
   • Não se preocupe com a direção para a qual o resistor está voltado
6. Conecte o pino 6 ao pino 2 também usando um fio ou um jumper
7. Conecte o pino 5 à linha ferroviária azul usando o capacitor 10nF
8. Conecte o pino 2 à linha ferroviária azul usando o capacitor 4.7uF
9. Certifique-se de que o fio que está do lado da marcação da linha está conectado ao trilho Azul ou então o capacitor está voltado para trás
10. Conecte o pino 4 à linha ferroviária vermelha usando um fio para desativar a função de reinicialização
11. Finalmente, coloque um jumper no Pino 3 para a próxima etapa.

Etapa 3: Configurando o contador

Esta é a parte mais importante de todo o sistema, caso contrário, você obterá mais do que apenas um ovo cozido!

1. Coloque o chip CMOS 4040 Counter IC na placa de pão, após o chip NE555 Timer, de modo que os pinos frontais fiquem no nível 10
2. Conecte o pino 16 à linha ferroviária vermelha
3. Conecte o pino 8 à linha ferroviária azul
4. Conecte o pino 10 à saída do temporizador NE555 (pino 3 no NE555) que você deixou na etapa anterior
5. Deixe o pino 11 para a função de reinicialização

Etapa 4: Preparando os cérebros do sistema

Os primeiros passos para configurar o cérebro do sistema são fazer a seguinte pergunta: Por quanto tempo queremos que nossos ovos cozinhem?

O sistema possui duas configurações de cozimento; cozido e fervido. No entanto, a parte difícil é que os sistemas digitais (até mesmo seus computadores) contam em números binários, então 1 e 0. portanto, precisamos converter nossos números decimais normais em números binários.

HORA PARA ALGUNS TRITURAMENTOS DE NÚMERO

A conversão de decimal em binário exige etapas de divisão simples.

1. Pegue o seu número e divida-o por 2
2. Lembre-se do resultado e do restante da divisão
3. O restante vai para o primeiro bit
4. Divida seu resultado por 2

5. Repita as etapas 2 a 4 para cada bit sequencial até que o resultado seja zero.

   NOTA: OS NÚMEROS BINÁRIOS SÃO LIDOS DA DIREITA PARA A ESQUERDA, ASSIM O BIT # 1 É O NÚMERO DIREITO

Exemplo, para número decimal: 720

Consulte a tabela acima

Portanto, o número binário resultante é 0010 1101 0000. Eu mantive o número binário em grupos de 4 para espaçamento uniforme e para corresponder ao nosso contador de 12 bits.

Encontrando nossos tempos

Para este projeto, escolhi 3 minutos para fervura mole e 6 minutos para fervura dura. Esses tempos precisam ser convertidos em segundos para corresponder à velocidade do nosso temporizador NE555 e do nosso contador.

Existem 60 segundos em 1 minuto.

Então, 3 minutos se transformam em 180 segundos e 6 minutos se transformam em 360 segundos

Em seguida, precisamos convertê-lo para binário.

Usando o método para converter decimal em binário, obtemos:

360 segundos 0001 0110 1000

180 segundos 0000 1011 0100

Etapa 5: Configurando 4 entradas AND Gate CMOS 4082

Podemos finalmente começar a configurar o cérebro do sistema em nossa placa de ensaio. Primeiro, a porta AND de 4 entradas. Esta porta precisa que todas as entradas devem ser 1 antes que a própria saída se torne 1. Por exemplo, se escolhermos 3 minutos; os bits 3, 5, 6 e 8 devem ser 1 antes que a porta AND possa produzir um 1. Isso fará com que nosso sistema seja acionado apenas em momentos específicos.

1. Coloque o chip CMOS 4082 de 4 entradas AND Gate IC na placa de pão após o contador CMOS 4040 para que os pinos frontais fiquem no nível 20
2. Conecte o pino 14 à linha ferroviária vermelha
3. Conecte o pino 7 à linha ferroviária azul
4. Conecte os pinos 2-5 aos pinos do contador, conforme mostrado no diagrama acima
5. Faça o mesmo para os pinos 12-9
6. Os pinos 6 e 8 não serão usados, portanto, você pode deixá-los sozinhos

Etapa 6: configuração dos botões e travas

Este é o controle principal e outra parte crucial do sistema!

Primeiro, vamos começar com o conceito de travas. A Figura 3 é um diagrama de circuito de como será uma de nossas travas usando nossas portas CMOS 4001 NOR.

Quando uma entrada está LIGADA (dado um alto lógico ou 1), o sistema alternará qual saída está LIGADA e a manterá LIGADA. Quando a outra entrada está LIGADA, o sistema liga novamente e mantém a nova saída ligada.

Agora, para aplicá-lo em nosso circuito!

A primeira trava será para a saída do 4-Input E acabamos de conectar.

1. Coloque o chip CMOS 4001 NOR Gate IC na placa de pão após o CMOS 4082 4 entradas AND gate de modo que os pinos frontais fiquem no número 30
2. Conecte o pino 14 à linha ferroviária vermelha
3. Conecte o pino 7 à linha ferroviária azul
4. Conecte o Pino 1 ao Pino 1 da porta AND
5. Conecte os pinos 2 e 4 juntos
6. Conecte os pinos 3 e 5 juntos
7. Conecte o pino 13 ao pino 13 da porta AND
8. Conecte os pinos 12 e 10 juntos
9. Conecte os pinos 11 e 9 juntos
10. Conecte os pinos 6 e 8 juntos, nós os usaremos mais tarde para a função de reinicialização.

Etapa 7: Configurando os botões e travas Cont

A seguir vem a segunda trava e os botões!

Estes nós colocaremos na metade direita da placa para que seja mais fácil apertar os botões e manter nossas necessidades de circuito espaçadas. Os botões também usam a trava para definir e redefinir a configuração escolhida.

1. Abaixe seus botões (interruptores táteis) em sua placa
2. Conecte os botões como o esquema acima

   Os resistores usados são os resistores 1k OHM

3. Conecte o CMOS 4001 como fizemos anteriormente para a primeira trava, mas em vez disso, estamos conectando os botões às entradas do CMOS 4001

   A Figura 4 está usando o 74HC02 NOR equivalente

AGORA FINALMENTE VAMOS USAR ESSE BOTÃO RESET E RESET ENTRADA PARA USAR!

1. Conecte o botão de reinicialização aos outros locais de reinicialização no sistema
   • Consulte as imagens nas etapas anteriores para os locais
   • Você precisará usar vários fios de jumper para conectar todos os pinos juntos
2. As saídas do botão Hard-boiled e Soft-boiled da trava serão usadas na próxima etapa

Etapa 8: Configurando o CMOS 4081 2 entradas E Gate

Esta parte trata da confirmação de qual configuração escolhemos. A saída só será ativada quando ambas as entradas estiverem corretas. Isso permitirá que apenas uma das configurações ative o alarme no final.

1. Coloque o chip CMOS 4081 AND Gate IC na placa de ensaio após nosso primeiro chip de trava para que os pinos frontais fiquem no nível 40 no lado direito e esquerdo da placa de ensaio
2. Conecte o pino 14 à linha ferroviária vermelha
3. Conecte o pino 7 à linha ferroviária azul
4. Conecte as saídas das duas travas às entradas das portas AND (consulte a Etapa 6: Configurando os botões e travas)
5. Faça isso para as configurações Hard-boiled e Soft-boiled.

Etapa 9: Concluindo o sistema

Os toques finais no sistema. A porta OR permite que qualquer entrada ligue a saída.

1. Coloque o chip 74HC32 OR Gate IC na placa de ensaio, após o CMOS 4081 2 entradas AND Gate, de forma que os pinos frontais fiquem no nível 50 no lado direito e esquerdo da placa de ensaio
2. Conecte o pino 14 à linha ferroviária vermelha
3. Conecte o pino 7 à linha ferroviária azul
4. Pegue as duas saídas da Etapa 7 e conecte-as às entradas do chip 74HC32 (pinos 1 e 2)
5. Conecte a saída (PIN 3) ao fio vermelho da campainha
6. Conecte o fio preto da campainha à linha ferroviária azul

Voce terminou

Conecte a bateria ao suporte da bateria e coloque o fio vermelho no terminal banana vermelho da placa de ensaio e o fio preto no terminal banana preto da placa de ensaio para ligá-la. Para a operação do cronômetro, primeiro aperte reset e então escolha sua opção toda vez que desejar iniciar um novo tempo porque o cronômetro NE555 está constantemente funcionando e manterá a contagem do sistema se o botão reset não for pressionado primeiro

Melhorias futuras

Este circuito não é um circuito 100% perfeito. Existem coisas que eu gostaria de melhorar:

1. Certifique-se de que o temporizador NE555 e o contador só começam a contar após uma escolha ter sido feita
2. Faça com que o sistema seja reiniciado após cada alarme concluído
3. Certifique-se de que apenas uma opção pode ser escolhida por vez, atualmente ambas as opções podem ser escolhidas
4. Limpe o circuito para tornar o fluxo mais fácil de seguir e entender
5. Tem uma peça ou sistema que mostra qual seleção foi escolhida e a hora atual do cronômetro

Etapa 10: Vídeo de operação

Substituí a campainha pelo pequeno circuito de teste. O LED mudará de vermelho para verde quando disparar o alarme com sucesso.

Etapa 11: BÔNUS do circuito de ponto de teste

Então … você está realmente curioso sobre este pequeno pedaço de componentes.

As imagens acima mostram a aparência da placa e o diagrama esquemático do circuito. Este circuito é chamado de circuito de teste lógico. Isso pode testar se as saídas dos ICs ou saídas digitais são altas (1) ou baixas (0).

Este circuito usa o conceito fundamental de diodos e corrente elétrica. A eletricidade flui de alto potencial para baixo potencial, como um rio, mas você pode estar se perguntando, como o potencial muda? O potencial do circuito cai após cada componente. Portanto, em uma extremidade de um resistor, por exemplo, terá um potencial maior do que no outro lado. Esta queda é chamada de queda de tensão e é causada pelas características do resistor e é encontrada através da lei de Ohm.

Lei de Ohm: Tensão = Corrente x Resistência

Os diodos também têm uma queda de voltagem através deles que diminui ainda mais a voltagem conforme você avança ao longo do circuito. Isso continua até você atingir o símbolo de aterramento, que representa potencial zero ou tensão zero.

Agora a questão, como este circuito testa para uma lógica alta (1) ou uma lógica baixa (0)?

Bem, quando conectamos qualquer saída lógica ao ponto entre os dois LEDs, ela coloca um potencial de tensão nesse ponto. Usando os fundamentos dos diodos, porque os LEDs são diodos emissores de luz e seguem os mesmos princípios, os diodos permitem apenas que a corrente flua em uma direção. É por isso que, quando você liga os LEDs ao contrário, eles não acendem.

O efeito desse ponto entre os dois LEDs faz com que essa característica aconteça. Quando o ponto é uma lógica alta (1), um potencial de 5 volts é colocado naquele ponto e, como o potencial de tensão antes do LED VERMELHO é menor do que o potencial no ponto de teste, o LED VERMELHO não liga. No entanto, o LED VERDE acenderá. Isso mostrará que tudo o que você está testando está em um nível lógico alto (1).

E vice-versa, quando o ponto de teste está em um nível lógico baixo (0), haverá potencial de tensão zero no ponto de teste. Isso só permitirá que o LED VERMELHO se acenda, mostrando que qualquer ponto que você está tentando testar está em um nível lógico baixo.