IC Eieruhr - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Erstellt von: Gabriel Chiu

Überblick

Dieses Projekt demonstriert die Grundlagen der digitalen Logik, die Eigenschaften eines NE555-Timers und zeigt, wie Binärzahlen gezählt werden. Die verwendeten Komponenten sind: ein NE555-Timer, ein 12-Bit-Ripple-Zähler, zwei NOR-Gatter mit 2 Eingängen, ein UND-Gatter mit 4 Eingängen, ein UND-Gatter mit 2 Eingängen und ein ODER-Gatter mit 2 Eingängen. Die Logikgatter NOR, AND und OR sind in TTL- und CMOS-Äquivalenten erhältlich, die bei Lee's Electronic zu finden sind. Dieses Projekt ist eine einfache Eieruhr mit zwei Einstellungen: hart oder weich gekocht und kommt mit einer Reset-Funktion.

Teile und Werkzeuge

• 1x Steckbrett (Lees Nummer: 10516)

• 1x 9V Batterie (Lees Nummer: 8775 oder 16123)

  HINWEIS: DIESER SCHALTKREIS KANN AUCH MIT 5 V STROM FUNKTIONIEREN. ÜBERSCHREITEN SIE 9 V NICHT, DA DIE IC-CHIPS BESCHÄDIGT WERDEN KÖNNEN

• 1x 9V Batteriehalter (Lee’s Nummer: 657 oder 6538 oder 653)
• Fester Anschlussdraht (Lee’s Number: 2249)
• Überbrückungsdraht (Lees Nummer: 10318 oder 21805)
• Alligator-Testleitungen (Lees Nummer: 690)
• 3x Taktile Schalter (Lees Nummer: 31241 oder 31242)
• 1x NE555 Timer (Lees Nummer: 7307)
• 1x 12-Bit-Welligkeitszähler CMOS 4040 (Lee’s Number: 7210)
• 1x Dual Quad Input AND Gate CMOS 4082 (Lee’s Number: 7230)
• 1x Quad-2-Input-UND-Gate-CMOS 4081 (Lee’s Number: 7229)
• 2x Quad-2-Input-NOR-Gate-CMOS 4001 oder 74HC02 (Lee’s Number: 7188 oder 71692)
• 1x Quad 2-Input ODER-Gatter 74HC32 (Lee’s Number: 71702)
• 3x 1k OHM Widerstände ¼ Watt (Lee’s Number: 9190)
• 2x 150k OHM Widerstände ¼ Watt (Lee’s Number: 91527)
• 1x 10nF (0,01UF) Kondensator (Lee’s Number: 8180)
• 1x 4.7UF Kondensator (Lees Nummer: 85)
• 1x 1N4001 Diode (Lees Nummer: 796)
• 1x Summer 3-24V DC kontinuierlich (Lee’s Nummer: 4135)

Werkzeuge

1x Abisolierzange (Lee's Nummer: 10325)

Schritt 1: Einrichten Ihres Boards

Das Einrichten Ihres Boards für dieses Projekt ist der Schlüssel. Diese Einrichtung soll sicherstellen, dass alle Stromschienen (rote und blaue Leitungen) mit Strom versorgt werden.

1. Sie müssen ein Überbrückungskabel verwenden, um die beiden Bananenklemmen oben auf der Platine mit dem Steckbrett selbst zu verbinden. Dies hilft beim Anschließen Ihres Akkus oder Ihrer Stromquelle.
2. Platzieren Sie wie in Abbildung 1 oben ein rotes Anschlusskabel, um die roten Bahnlinien miteinander zu verbinden.
3. Verwenden Sie schwarzes Kabel, um die blauen Bahnlinien miteinander zu verbinden. (Ich habe schwarzes Kabel verwendet, aber blaues Kabel ist in Ordnung)

WICHTIG!: Stellen Sie sicher, dass keine der roten Leitungen mit den blauen Leitungen verbunden sind. Dies wird den Stromkreis kurzschließen und IHR BREADBOARD BRENNEN UND IHRE DRAHT UND BATTERIE ZERSTÖREN.

STELLEN SIE SICHER, DASS IHR BOARD WÄHREND DER VERKABELUNG NICHT MIT STROMVERSORGUNG IST! DIES KANN ZU UNBEABSICHTIGTEN SCHÄDEN AN IHREN KOMPONENTEN FÜHREN

Bevor wir beginnen, werden wir eine beträchtliche Anzahl von IC-Chips auf unserem Steckbrett verwenden, daher werde ich die Positionen auf dem Steckbrett angeben, um die Komponenten für einen schönen und einfachen Abstand zu platzieren.

Die meisten ICs haben eine Anzeige auf dem Chip, die anzeigt, wo sich die Vorwärts- oder Vorwärtsrichtung befindet. Der Chip sollte eine kleine Kerbe haben, um anzuzeigen, wo sich die Vorderseite des Chips befindet, wie in Abbildung 2 gezeigt.

(Wenn Sie neugierig auf die kleine LED-Schaltung in der Ecke sind, gehen Sie ganz zum Schluss. Ich zeige Ihnen, warum es da ist und wie es funktioniert)

Schritt 2: Einrichten des Timers

Dieser Timer sendet jede Sekunde einen Impuls an den Zähler, den wir im nächsten Schritt verwenden werden. Im Moment konzentrieren wir uns auf die korrekte Einrichtung des NE55 Timers. Ich habe einen NE555-Timer-Rechner verwendet, um die Widerstands- und Kondensatorwerte zu finden, die benötigt werden, um die Periode auf 1 Sekunde einzustellen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Zähler in Sekunden zählt.

1. Platzieren Sie den NE555 Timer-IC-Chip auf dem Steckbrett, sodass sich die vorderen Stifte auf der linken Seite des Steckbretts auf der Ebene Nr. 5 befinden
2. Verbinden Sie Pin 8 mit der roten Bahnlinie
3. Verbinden Sie Pin 1 mit der blauen Bahnlinie
4. Verbinden Sie Pin 7 mit einem der 150 k OHM-Widerstände mit der roten Bahnlinie

5. Verbinden Sie Pin 7 mit Pin 2, indem Sie den anderen 150 k OHM-Widerstand und die 1N4001-Diode verwenden

   • Stellen Sie sicher, dass die Leitung der Diode zu Pin 2 zeigt, wie in der Abbildung gezeigt
   • Machen Sie sich keine Sorgen über die Richtung, in die der Widerstand zeigt
6. Verbinden Sie Pin 6 ebenfalls mit Pin 2 mit einem Draht oder einer Brücke
7. Verbinden Sie Pin 5 mit dem 10nF-Kondensator mit der blauen Schienenleitung
8. Verbinden Sie Pin 2 mit dem 4.7uF-Kondensator. mit der Blue Rail-Leitung
9. Stellen Sie sicher, dass der Draht, der sich auf der Seite der Linienmarkierung befindet, mit der blauen Schiene verbunden ist oder der Kondensator rückwärts ist
10. Verbinden Sie Pin 4 mit einem Draht mit der roten Bahnlinie, um die Reset-Funktion zu deaktivieren
11. Setzen Sie abschließend einen Jumper auf Pin 3 für den nächsten Schritt.

Schritt 3: Einrichten des Zählers

Dies ist der wichtigste Teil des gesamten Systems, sonst erhalten Sie mehr als nur ein hartgekochtes Ei!

1. Platzieren Sie den CMOS 4040 Counter-IC-Chip auf der Steckplatine nach dem NE555-Timer-Chip, so dass die vorderen Pins auf der Ebene 10 sind
2. Verbinden Sie Pin 16 mit der roten Bahnlinie
3. Verbinden Sie Pin 8 mit der blauen Bahnlinie
4. Verbinden Sie Pin 10 mit dem Timer-Ausgang des NE555 (Pin 3 auf dem NE555), den Sie im vorherigen Schritt verlassen haben
5. Lassen Sie Pin 11 für die Reset-Funktion

Schritt 4: Vorbereitung der Gehirne des Systems

Die ersten Schritte beim Einrichten des Gehirns des Systems stellen die Frage: Wie lange sollen unsere Eier kochen?

Das System verfügt über zwei Kocheinstellungen; hartgekocht und weichgekocht. Der schwierige Teil ist jedoch, dass digitale Systeme (sogar Ihre Computer) in Binärzahlen zählen, also Einsen und Nullen. Also müssen wir unsere normalen Dezimalzahlen in Binärzahlen umwandeln.

ZEIT FÜR EINIGE ZAHLENVERBINDUNG

Die Umwandlung von Dezimal in Binär erfordert einfache Divisionsschritte.

1. Nimm deine Zahl und teile sie durch 2
2. Merken Sie sich das Ergebnis und den Rest der Division
3. Der Rest geht an das erste Bit
4. Teile dein Ergebnis durch 2

5. Wiederholen Sie die Schritte 2 bis 4 für jedes sequentielle Bit, bis Ihr Ergebnis Null wird.

   HINWEIS: BINÄRZAHLEN WERDEN VON RECHTS NACH LINKS GELESEN, SO DASS BIT #1 DIE RICHTIGSTE ZAHL IST

Beispiel für Dezimalzahl: 720

Siehe Tabelle oben

Daher ist die resultierende Binärzahl 0010 1101 0000. Ich habe die Binärzahl in 4er-Gruppen gehalten, um einen gleichmäßigen Abstand zu erzielen und um unserem 12-Bit-Zähler zu entsprechen.

Unsere Zeit finden

Für dieses Projekt habe ich 3 Minuten für weich gekocht und 6 Minuten für hart gekocht. Diese Zeiten müssen in Sekunden umgerechnet werden, damit sie mit der Geschwindigkeit unseres NE555-Timers und unseres Zählers übereinstimmen.

1 Minute hat 60 Sekunden.

Aus 3 Minuten werden 180 Sekunden und aus 6 Minuten 360 Sekunden

Als nächstes müssen wir es in binär konvertieren.

Wenn wir die Methode zum Konvertieren von Dezimal in Binär verwenden, erhalten wir:

360 Sekunden 0001 0110 1000

180 Sekunden 0000 1011 0100

Schritt 5: Einrichten des 4-Eingangs-UND-Gate-CMOS 4082

Wir können endlich damit beginnen, das Gehirn des Systems auf unserem Steckbrett einzurichten. Zuerst das UND-Gatter mit 4 Eingängen. Dieses Gatter benötigt alle Eingänge, die 1 sein müssen, bevor der Ausgang selbst 1 wird. Zum Beispiel, wenn wir 3 Minuten gewählt haben; die Bits 3, 5, 6 und 8 müssen 1 sein, bevor das UND-Gatter eine 1 ausgeben kann. Dadurch triggert unser System nur zu bestimmten Zeiten.

1. Platzieren Sie den CMOS 4082 4-Eingang UND Gate-IC-Chip auf der Steckplatine nach dem CMOS 4040-Zähler, so dass sich die vorderen Pins auf der Nummer 20 befinden
2. Verbinden Sie Pin 14 mit der roten Bahnlinie
3. Verbinden Sie Pin 7 mit der blauen Bahnlinie
4. Verbinden Sie die Pins 2-5 mit den Counter-Pins, wie in der Abbildung oben gezeigt
5. Machen Sie dasselbe für die Pins 12-9
6. Pins 6 und 8 werden nicht verwendet, damit Sie sie in Ruhe lassen können

Schritt 6: Einrichten der Drucktasten und Riegel

Dies ist die Hauptsteuerung und ein weiterer wichtiger Teil des Systems!

Beginnen wir zunächst mit dem Konzept der Riegel. Abbildung 3 ist ein Schaltplan, wie einer unserer Latches mit unseren CMOS 4001 NOR-Gattern aussehen wird.

Wenn ein Eingang eingeschaltet ist (bei einem logischen Hoch oder einer 1), schaltet das System den eingeschalteten Ausgang um und hält ihn eingeschaltet. Wenn der andere Eingang eingeschaltet ist, schaltet das System wieder um und lässt diesen neuen Ausgang eingeschaltet.

Jetzt wenden Sie es in unsere Schaltung an!

Der erste Latch ist für den Ausgang des 4-Input UND wir haben gerade verdrahtet.

1. Platzieren Sie den CMOS 4001 NOR Gate IC-Chip auf der Steckplatine nach dem CMOS 4082 4-Input AND Gate, so dass die vorderen Pins die Nummer 30 haben
2. Verbinden Sie Pin 14 mit der roten Bahnlinie
3. Verbinden Sie Pin 7 mit der blauen Bahnlinie
4. Verbinden Sie Pin 1 mit Pin 1 des UND-Gatters
5. Verbinden Sie die Pins 2 und 4 miteinander
6. Verbinden Sie die Pins 3 und 5 miteinander
7. Verbinden Sie Pin 13 mit Pin 13 des UND-Gatters
8. Verbinden Sie die Pins 12 und 10 miteinander
9. Verbinden Sie die Pins 11 und 9 miteinander
10. Verbinden Sie die Pins 6 und 8 miteinander, wir werden sie später für die Reset-Funktion verwenden.

Schritt 7: Einrichten der Drucktasten und Riegel Forts

Als nächstes kommt der zweite Riegel und die Knöpfe!

Diese werden wir auf die rechte Hälfte der Platine legen, damit es einfacher ist, die Tasten zu drücken und unseren Schaltungsbedarf und Abstand zu halten. Die Tasten verwenden auch den Riegel, um die gewählte Einstellung einzustellen und zurückzusetzen.

1. Legen Sie Ihre Tasten (taktile Schalter) auf Ihr Board
2. Verdrahten Sie die Tasten wie im obigen Schema

   Die verwendeten Widerstände sind die 1k OHM Widerstände

3. Verdrahten Sie den CMOS 4001 wie zuvor für den ersten Riegel, aber verbinden Sie stattdessen die Tasten mit den Eingängen des CMOS 4001

   Abbildung 4 verwendet das 74HC02 NOR-Äquivalent

JETZT WERDEN WIR ENDLICH DIESEN RESET-KNOPF VERWENDEN UND DEN RESET-EINGANG ZU VERWENDEN!

1. Verbinden Sie den Reset-Knopf mit den anderen Reset-Plätzen im System

   • Siehe die Bilder in den vorherigen Schritten für die Standorte
   • Sie müssen mehrere Überbrückungsdrähte verwenden, um alle Pins miteinander zu verbinden
2. Die Tastenausgänge Hard-Boiled und Soft-Boiled des Riegels werden im nächsten Schritt verwendet

Schritt 8: Einrichten des CMOS 4081 2-Input AND Gate

Dieser Teil behandelt die Bestätigung, welche Einstellung wir gewählt haben. Der Ausgang wird nur eingeschaltet, wenn beide Eingänge korrekt sind. Dadurch kann nur eine der Einstellungen den Alarm am Ende aktivieren.

1. Platzieren Sie den CMOS 4081 AND Gate IC-Chip nach unserem ersten Verriegelungschip auf der Steckplatine, so dass sich die vorderen Stifte auf der rechten und linken Seite der Steckplatine auf der Ebene der Nummer 40 befinden
2. Verbinden Sie Pin 14 mit der roten Bahnlinie
3. Verbinden Sie Pin 7 mit der blauen Bahnlinie
4. Verbinden Sie die Ausgänge der beiden Latches mit den Eingängen der UND-Gatter (siehe Schritt 6: Einrichten der Taster und Latches)
5. Tun Sie dies sowohl für die Einstellungen für hart gekocht als auch für weich gekocht.

Schritt 9: Fertigstellen des Systems

Der letzte Schliff am System. Das ODER-Gatter lässt einen der Eingänge den Ausgang einschalten.

1. Platzieren Sie den 74HC32 OR Gate IC-Chip auf der Steckplatine, nach dem CMOS 4081 2-Eingang AND Gate, so dass sich die vorderen Pins auf der Ebene der Nummer 50 auf der rechten und linken Seite der Steckplatine befinden
2. Verbinden Sie Pin 14 mit der roten Bahnlinie
3. Verbinden Sie Pin 7 mit der blauen Bahnlinie
4. Nehmen Sie die beiden Ausgänge aus Schritt 7 und verbinden Sie sie mit den Eingängen des 74HC32-Chips (Pins 1 und 2)
5. Verbinden Sie den Ausgang (PIN 3) mit dem roten Kabel des Summers
6. Verbinden Sie das schwarze Kabel des Summers mit der blauen Bahnlinie

Du bist fertig

Verbinden Sie die Batterie mit dem Batteriehalter und legen Sie das rote Kabel an den roten Bananenanschluss des Steckbretts und das schwarze Kabel an den schwarzen Bananenanschluss des Steckbretts, um es einzuschalten. Um den Timer zu bedienen, drücken Sie zuerst auf Reset und wählen Sie dann jedes Mal, wenn Sie eine neue Zeit starten möchten, Ihre Option, da der NE555-Timer ständig läuft und das System weiterzählt, wenn die Reset-Taste nicht zuerst gedrückt wird

Zukünftige Verbesserungen

Diese Schaltung ist keine 100% perfekte Schaltung. Es gibt Dinge, die ich verbessern möchte:

1. Stellen Sie sicher, dass der Timer und der Zähler des NE555 erst nach einer Auswahl zu zählen beginnen
2. Lassen Sie das System nach jedem abgeschlossenen Alarm zurücksetzen
3. Stellen Sie sicher, dass jeweils nur eine Option gewählt werden kann, derzeit können beide Optionen gewählt werden
4. Bereinigen Sie den Kreislauf, um den Fluss leichter zu verfolgen und zu verstehen
5. Haben Sie ein Teil oder System, das anzeigt, welche Auswahl ausgewählt wurde und die aktuelle Zeit des Timers

Schritt 10: Betriebsvideo

Ich habe den Summer durch die kleine Testschaltung ersetzt. Die LED wechselt von rot auf grün, wenn der Alarm erfolgreich ausgelöst wurde.

Schritt 11: BONUS der Testpunktschaltung

Sie sind also wirklich neugierig auf dieses kleine Stück Komponenten.

Die obigen Bilder zeigen, wie es auf der Platine aussieht und der Schaltplan für die Schaltung. Diese Schaltung wird als Logiktestschaltung bezeichnet. Dies kann testen, ob die Ausgänge von ICs oder digitalen Ausgängen High (1) oder Low (0) sind.

Diese Schaltung verwendet das grundlegende Konzept von Dioden und elektrischem Strom. Strom fließt wie ein Fluss vom hohen Potenzial zum niedrigeren Potenzial, aber Sie fragen sich vielleicht, wie sich das Potenzial ändert? Das Potential der Schaltung sinkt nach jedem Bauteil. So hat beispielsweise ein Widerstand an einem Ende ein höheres Potenzial als an der anderen Seite. Dieser Abfall wird als Spannungsabfall bezeichnet und wird durch die Eigenschaften des Widerstands verursacht und wird durch das Ohmsche Gesetz ermittelt.

Ohmsches Gesetz: Spannung = Strom x Widerstand

Die Dioden haben auch einen Spannungsabfall an ihnen, der die Spannung weiter absenkt, während Sie entlang der Schaltung gehen. Dies geht so lange, bis Sie das Erdungssymbol treffen, dies steht für Nullpotential oder Nullspannung.

Nun die Frage, wie prüft diese Schaltung auf ein logisches High (1) oder ein logisches Low (0)?

Nun, wenn wir einen beliebigen Logikausgang mit dem Punkt zwischen den beiden LEDs verbinden, wird an diesem Punkt ein Spannungspotential angelegt. Unter Verwendung der Grundlagen von Dioden, da LEDs Leuchtdioden sind und den gleichen Prinzipien folgen, lassen Dioden Strom nur in eine Richtung fließen. Aus diesem Grund schalten sich die LEDs nicht ein, wenn Sie die LEDs umgekehrt verdrahten.

Die Wirkung dieses Punktes zwischen den beiden LEDs bewirkt, dass diese Eigenschaft auftritt. Wenn der Punkt logisch hoch (1) ist, wird an diesem Punkt ein Potenzial von 5 Volt angelegt, und da das Spannungspotenzial vor der ROTEN LED niedriger ist als das Potenzial am Testpunkt, schaltet sich die ROTE LED nicht ein. Die GRÜNE LED leuchtet jedoch auf. Dies zeigt, dass alles, was Sie testen, auf einem logischen High(1) ist.

Und umgekehrt, wenn der Testpunkt logisch niedrig (0) ist, liegt am Testpunkt ein Spannungspotential von Null an. Dadurch kann nur die ROTE LED eingeschaltet werden, was anzeigt, dass der Punkt, den Sie testen möchten, logisch niedrig ist.