[Перевод] Создание часов из обычных микросхем на макетной плате
- Семисегментные индикаторы 5611AS — 6 штук.
- Микросхема CD4026 — 6 штук.
- Микросхема CD4060 — 1 штука.
- Микросхема SN7476 — 1 штука.
- Микросхема SN7411 — 1 штука.
- Нажимная кнопка — 2 штуки.
- Резисторы на 220 Ом — 42 штуки.
- Резисторы на 10 кОм — 2 штуки.
- Резистор на 2,2 кОм — 1 штука.
- Резистор на 1 МОм — 1 штука.
- Диоды 1N4007 — 2 штуки.
- Керамический конденсатор на 100 нФ — 1 штука.
- Керамический конденсатор на 33 пФ — 1 штука.
- Подстроечный конденсатор на 5–45 пФ — 1 штука.
- Кварцевый резонатор на 32,768 кГц — 1 штука.
- Макетные платы — 3 штуки.
- Одножильный сплошной провод, 22AWG.
Шаг 1. Подготовка макетных плат
Нам нужно три макетные платы. Две из них надо обрезать с одной стороны, приведя к состоянию, показанному на следующем рисунке.
После этого все три платы нужно сложить — получится одна большая макетная плата. Соединим линии питании всех трёх плат. Это позволит снабдить всю конструкцию энергией от единственного источника питания.
Шаг 2. Подключение 7-сегментных индикаторов и резисторов
В этом проекте используется 6 семисегментных индикаторов с общим катодом (5611AS). Катод надо подключить к верхней линии питания, используя небольшие отрезки проводов.
Если подключить аноды индикаторов напрямую к микросхеме 4026 — то соответствующие сегменты индикаторов выйдут из строя. Поэтому к каждому из соответствующих контактов нужно подключить резистор. Для того чтобы подсчитать то, каким именно сопротивлением должны обладать эти резисторы — воспользуемся следующей формулой:
R = (Vs — Vled) / Iled.
R — сопротивление.
Vs — напряжение, получаемое с источника питания (5В в нашем случае).
Vled — рабочее напряжение семисегментного индикатора (1,8В — это значение взято из документации).
Iled — необходимая сила тока (20 мА).
R = (5 — 1.8) / 0.02 = 160 Ом
Мы воспользуемся резисторами с более высоким сопротивлением, а именно — резисторами на 220 Ом, которые легче найти в продаже.
Подключите резисторы к плате так, как показано на следующих снимках. Проследите за тем, чтобы их ножки не соприкасались бы друг с другом.
Шаг 3. Подключение микросхем CD4026B
Микросхема CD4026 представляет собой десятичный счётчик с семисегментным дешифратором. Каждая такая микросхема может управлять лишь одним семисегментным индикатором. Поэтому для того чтобы выводить на двух индикаторах двузначные десятичные числа — нам надо подключить ножку Carry Out микросхемы, отвечающей за управление индикатором, выводящим единицы, к ножке Clock микросхемы, которая отвечает за вывод десятков. То есть, в соответствии с документацией, ножку №5 к ножке №1. В частности, так надо соединить микросхемы №1 и №2, микросхемы №3 и №4, микросхемы №5 и №6.
Другие ножки микросхем подключают следующим образом:
❒ Подключение к линиям питания:
- Ножка №2 — «земля».
- Ножка №8 — «земля».
- Ножка № 15 — «земля» (только на микросхемах №1 и №3).
- Ножка №3 — 5В.
- Ножка №16 — 5В
❒ Подключение к индикаторам:
- Сегмент A — ножка №10.
- Сегмент B — ножка №12.
- Сегмент C — ножка №13.
- Сегмент D — ножка №9.
- Сегмент E — ножка №11.
- Сегмент F — ножка №6.
- Сегмент G — ножка №7.
На следующих фотографиях показан процесс поэтапного подключения микросхем к линиям питания, друг к другу и к семисегментным индикаторам.
Шаг 4. Организация подачи тактового сигнала необходимой частоты
Мы, чтобы получить тактовый сигнал частотой 1 Гц, воспользуемся кварцевым резонатором на 32,768 КГц. Разделив эту частоту 15 раз на 2 мы получим нужные 1 Гц.
Частоту легко можно разделить на 2, воспользовавшись двоичным счётчиком — вроде микросхемы CD4060. Она позволит, 14 раз разделив частоту на 2, получить на выходе 2 Гц. Эти 2 Гц можно ещё раз разделить на 2, используя микросхему SN7476.
Микросхема SN7476 имеет два JK-триггера. Если посмотреть в документацию к ней, то окажется, что подав на её входы PRE, CLR, J и K уровень логической единицы, мы можем, при каждом тактовом импульсе, поступающем на CLK, менять состояние выхода на противоположное.
Подавая на SN7476 тактовый сигнал частотой 2 Гц, мы можем поделить его частоту на 2 и получить сигнал частотой в 1 Гц. А его мы будем использовать в качестве тактового сигнала для первой микросхемы CD4026.
Частоту можно настроить с помощью подстроечного конденсатора, доведя её до значения 32,768 КГц.
Шаг 5. Создание системы отсчёта часов, минут и секунд
Для того чтобы сбрасывать в 0 количество отсчитанных системой секунд и минут тогда, когда они доходят до 60, и для сброса количества отсчитанных часов на отметке 24, нам понадобится микросхема SN7411.
Она включает в себя три логических элемента 3И, то есть — соответствующий выход будет переведён в высокое состояние только в том случае, если все три входа тоже будут пребывать в высоком состоянии.
Для работы с секундами и минутами можно использовать в качестве входов то, что подаётся на сегменты E — F — G при выводе десятков, а выход микросхемы подключить к контакту, ответственному за сброс счётчика десятков.
В случае с часами можно, в качестве входа, использовать то, что подаётся на сегменты F — G единиц, и то, что подаётся на сегмент G десятков. А выход будет использоваться и для сброса счётчика десятков, и для сброса счётчика единиц.
Благодаря этому счётчики секунд и минут будут сбрасываться тогда, когда они доходят до 60, а счётчик часов будет сбрасываться тогда, когда он дойдёт до 24.
Шаг 6. Подключение кнопок
Для того чтобы у нас была бы возможность настраивать часы — нам понадобится две кнопки.
Одни стороны кнопок подключены к линии сигнала 2 Гц. Это позволяет, удерживая кнопки, увеличивать число минут и часов. Другие стороны кнопок подключены к входу Clock микросхем CD4026. Команда сброса часов и минут реализована путём подключения к входам Clock соответствующих микросхем с использованием диода.
Для обеспечения правильной работы часов в условиях, когда кнопки не нажаты, нам нужно добавить в схему подтягивающие резисторы на 10 кОм.
Шаг 7. Подключение питания
А теперь всё готово к тому, чтобы подключить к часам источник питания на 5В и, пользуясь кнопками, настроить часы.
Хотите сделать часы, похожие на те, что описаны в этом материале?
