Horloge numérique mais sans microcontrôleur [Hardcore Electronics] : 13 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Il est assez facile de construire des circuits avec un microcontrôleur mais nous oublions totalement les tonnes de travail qu'un microcontrôleur a dû effectuer pour accomplir une tâche simple (même pour faire clignoter une led). Alors, à quel point serait-il difficile de créer une horloge numérique à partir de zéro ? Pas de codage et pas de microcontrôleur et pour le rendre vraiment HARDCORE, pourquoi ne pas construire le circuit dans une carte de perforation sans utiliser de cartes de circuits imprimés.

C'est vraiment un projet difficile à réaliser, non pas à cause du fonctionnement de la logique d'horloge, mais à cause de la façon dont nous allons construire le circuit avec tous ces composants ensemble dans une carte de performance compacte.

Ce projet a été inspiré par cette instructable (auteur: hp07) en 2018, qui serait incroyablement difficile à construire dans une perf-board en raison du nombre de connexions et des composants utilisés. J'ai donc creusé un peu en ligne pour réduire la complexité tout en le rendant assez basique et difficile à intégrer dans un perf-board.

Autres références: scopionz, danyk

Fournitures

Voici la liste des produits qui peuvent vous aider à réaliser ce projet en toute simplicité

(Lien d'affiliation)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Affichage 7 segments:
• Potentiomètre:
• Kit résistances:
• Diode:
• Kit condensateurs:
• Bouton poussoir:
• Tableau de bord:
• Feuille acrylique:
• Adaptateur secteur:
• Alimentation de banc:
• kit oscilloscope:
• Kit horloge numérique: https://amzn.to/3l5ymja /

Étape 1: Concept de temps [mais pour NOOBS]

Tout d'abord, nous devons comprendre la réponse à quelques questions avant de pouvoir nous lancer dans la construction de cette horloge numérique ! comment allons-nous garder une trace du temps et comment pouvons-nous définir le temps lui-même ?

La solution à ce problème est assez simple (si vous vous considérez comme un adolescent rebelle et prétendez simplement que les physiciens n'y ont jamais pensé depuis plus d'un siècle). La façon dont nous allons aborder cette solution pourrait être contre-intuitive, où nous verrons d'abord comment nous pouvons garder une trace du temps et ensuite définir le temps.

Considérez l'horloge comme un compteur qui peut compter des nombres jusqu'à 0-60 et 0-24 (ne nous soucions que de l'horloge de 24 heures pour l'instant) chaque fois que cette valeur la dépasse, il suffit de passer à la désignation supérieure suivante [Secondes -> Minutes -> Heures ->Jours->Mois->Années].

Mais il nous manque un point majeur ici, quand doit-on incrémenter cette valeur de compteur ? Jetons un coup d'œil à la définition de la physique simple

"La seconde est définie en prenant la valeur numérique fixe de la fréquence du césium, la fréquence de transition hyperfine de l'état fondamental non perturbée de l'atome de césium 133, à 9 192 631 770 lorsqu'elle est exprimée dans l'unité Hz, qui est égale à s -1."

Si vous avez compris la définition, vous devriez probablement prendre la physique théorique et arrêter l'électronique !

Quoi qu'il en soit, pour simplifier, nous supposerons simplement que c'est le temps mis par un atome de césium pour vibrer 9 milliards de fois. Maintenant, lorsque vous incrémentez le compteur toutes les secondes ou le temps qu'il faut à un atome de césium pour vibrer 9 milliards de fois, vous obtenez une sorte d'horloge ! À cela, si nous pouvions simplement ajouter une logique de manière à ce que les secondes soient reportées sur les minutes et les minutes sur les heures lorsqu'elles atteignent 60 (et les heures sont réinitialisées sur 24). Cela nous donnera une horloge entièrement fonctionnelle que nous attendons.

Voyons maintenant comment nous pouvons faire de la théorie une réalité, avec un peu de magie de l'électronique pure !

Étape 2: Affichage à sept segments

Voyons d'abord comment afficher le nombre (ou l'heure). Les écrans à 7 segments devraient être parfaits pour cette construction car ils donnent un look rétro, et c'est aussi l'un des écrans les plus simples disponibles sur le marché, il est si simple qu'il est juste composé de 7 LED (8 LED, si le point LED, a été compté) placé de manière intelligente pour afficher des valeurs alphanumériques qui peuvent être placées à côté de plusieurs affichages à 7 segments pour afficher une valeur plus grande.

Il existe 2 variétés de ces 7 segments d'affichage.

CATHODE COMMUNE: Toute la borne -ve de la led est connectée à un point commun, puis ce point commun est connecté à la masse (GND). Maintenant, pour activer n'importe quelle partie du segment, une tension +ve est appliquée à la broche +ve correspondante de ce segment.

CATHODE ANODE: Toute la borne +ve de la led est connectée à un point commun, puis ce point commun est connecté au VCC. Maintenant, pour activer n'importe quelle partie du segment, une tension -ve est appliquée à la broche -ve correspondante de ce segment.

Pour notre application, nous utiliserons la version à cathode commune de l'affichage à 7 segments, car le circuit intégré numérique que nous utiliserons produira un signal HAUT (+signal ve).

Chaque segment de cet affichage est nommé de A à G dans le sens des aiguilles d'une montre et le point (ou point) sur l'affichage est marqué comme « p », rappelez-vous les segments avec leurs alphabets correspondants, ce qui sera pratique lors de la connexion au numérique CI.

Étape 3: Placement de l'affichage à sept segments

Cette étape va être un peu délicate car trouver la taille exacte du perf-board est assez difficile et vous pourriez ne pas en trouver. Si c'est le cas, vous pouvez combiner 2 panneaux perforés pour en faire un plus grand.

Placer l'affichage à 7 segments est assez simple, il suffit de placer l'affichage uniformément avec un bon espacement afin de pouvoir différencier les secondes, les minutes et les heures (voir l'image pour l'emplacement de la led).

Si vous avez remarqué maintenant que j'utilise un tas de résistances de 100 ohms pour chaque broche de l'écran, c'est totalement pour l'esthétique et il n'est pas nécessaire d'utiliser ces nombreuses résistances. Si vous pouvez placer une résistance de 470 ohms entre la broche commune de l'affichage à 7 segments et la terre, cela devrait suffire. (Ces résistances servent à limiter le courant qui va traverser la LED)

Comme ce circuit a beaucoup à souder et pour être sûr de ne pas perdre de vue ce que je fais, j'ai soudé les broches de l'affichage à 7 segments dans un ordre alphabétique aux résistances et la masse au sommet du circuit. Cela semble inutile et compliqué, mais croyez-moi, cela vous facilitera grandement la tâche.

Lors de la construction de ce circuit, j'ai trouvé une astuce intéressante sur l'affichage à 7 segments, à tout moment par erreur si vous avez inversé l'affichage à 7 segments à l'envers, vous n'avez pas besoin de dessouder complètement l'affichage et de ressouder à nouveau. Chaque broche restera la même à l'exception de la broche G et de la broche P, il suffit d'ajouter un simple cavalier pour résoudre le problème. (Vérifiez les 2 dernières images où j'ai utilisé un cavalier vert pour démontrer ce problème).

Étape 4: Compteur

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En ce qui concerne les circuits numériques, il n'y a que 2 états HAUT ou BAS (binaire: 0 ou 1). Cela, nous pouvons le relier à un interrupteur, lorsque l'interrupteur est activé, nous pouvons dire que c'est un niveau logique HAUT et lorsque l'interrupteur est désactivé, nous pouvons dire que c'est un niveau logique bas. Si vous pouvez allumer et éteindre l'interrupteur avec une synchronisation cohérente entre ON et OFF, vous pouvez générer un signal d'onde carrée.

Maintenant, le temps nécessaire pour créer à la fois des signaux haut et bas ensemble est appelé Période de temps. Si vous pouvez allumer l'interrupteur pendant 0,5 s et éteindre l'interrupteur pendant 0,5 s, alors la période de temps de ce signal sera de 1 seconde. De même, le nombre de fois où le commutateur s'allume et s'éteint en une seconde est appelé fréquence.

[Exemple: 4 Hz -> 4 fois allumer et 4 fois éteindre]

Cela peut sembler peu utile au début, mais cette synchronisation du signal est très nécessaire pour que tout reste synchronisé dans les circuits numériques, c'est la raison pour laquelle certains circuits numériques avec des signaux d'horloge sont également appelés circuits synchrones.

Si nous pouvons générer une onde carrée de 1 Hz, nous pouvons incrémenter notre compteur toutes les secondes, tout comme les secondes sur l'horloge numérique. Le concept ici est encore assez vague car nous avons besoin du temps mis par un atome de césium pour vibrer 9 milliards de fois (comme nous l'avons vu à l'étape 1) car c'est ce qui nous donnera une seconde. Ce genre de précision en utilisant notre circuit sera presque impossible mais nous pouvons faire mieux si nous pouvons utiliser un oscilloscope (où le temps est pré-calibré) pour donner une approximation d'une seconde.

Étape 7: Sélection d'un circuit d'horloge

Il existe de nombreuses façons de construire un générateur d'impulsions d'horloge. Mais voici quelques raisons pour lesquelles j'ai utilisé le circuit intégré de la minuterie 555 et quelques raisons pour lesquelles vous ne devriez pas.

Avantage

• Le circuit est très simple (Débutant amical)
• Nécessite un très faible encombrement
• réglage facile de la fréquence d'horloge
• Peut avoir une large plage de tension (pas nécessaire pour notre circuit d'horloge numérique)

Désavantage

• La synchronisation de l'horloge n'est pas précise
• Le signal de l'horloge peut être sérieusement affecté par la température/l'humidité
• La synchronisation de l'horloge est due aux résistances et aux condensateurs

Alternatives pour générateur de fréquence ou générateur d'impulsions d'horloge: oscillateur à cristal, fréquence de division

Étape 8: Placement du circuit d'horloge

Placez le circuit d'horloge exactement en dessous de la partie secondes de l'horloge numérique, cela facilitera la connexion entre l'IC 4026 et l'IC 555.

À ce stade, il était complètement inutile de prendre des photos après chaque circuit, car les circuits deviennent très compliqués avec beaucoup de fils circulant dans des directions différentes. Donc, construisez simplement le circuit d'horloge séparément sans vous soucier du reste du circuit, et une fois cela fait, connectez simplement la sortie (broche 3) de l'IC de la minuterie 555 à la broche d'horloge de l'IC 4026.

Étape 9: commutation/incrémentation de la logique

Finaliste du concours Remix