Reloj digital pero sin microcontrolador [Hardcore Electronics]: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Es bastante fácil construir circuitos con un microcontrolador, pero nos olvidamos por completo de las toneladas de trabajo que tuvo que realizar un microcontrolador para completar una tarea simple (incluso para hacer parpadear un led). Entonces, ¿qué tan difícil sería hacer un reloj digital completamente desde cero? Sin codificación y sin microcontrolador y para hacerlo real HARDCORE, ¿qué tal si construye el circuito en una placa de perforación sin usar ninguna placa de circuito impreso?

Este es realmente un proyecto desafiante, no por cómo funciona la lógica del reloj, sino por cómo vamos a construir el circuito con todos estos componentes juntos en una placa de perforación compacta.

Este proyecto se inspiró en este instructable (autor: hp07) en 2018, que sería increíblemente difícil de construir en una placa de perforación debido a la cantidad de conexiones y los componentes utilizados. Entonces, investigué un poco en línea para reducir la complejidad, pero aún así hacerlo bastante básico y difícil de construir en una placa de perforación.

Otras referencias: scopionz, danyk

Suministros

Esta es la lista de productos que pueden ayudarlo a realizar este proyecto con facilidad.

(Enlace de afiliado)

• IC 4026:
• IC 555:
• IC 7411:
• Pantalla de 7 segmentos:
• Potenciómetro:
• Kit de resistencias:
• Diodo:
• Kit de condensadores:
• Botón pulsador:
• Perfboard:
• Hoja de acrílico:
• Adaptador de corriente:
• Fuente de alimentación de banco:
• kit de osciloscopio:
• Kit de reloj digital: https://amzn.to/3l5ymja /

Paso 1: Concepto de tiempo [pero para NOOBS]

Primero, ¡tenemos que entender la respuesta a algunas preguntas antes de comenzar a construir este reloj digital! ¿Cómo vamos a realizar un seguimiento del tiempo y cómo podemos definir el tiempo en sí mismo?

La solución a este problema es bastante simple (si te consideras un adolescente rebelde y simplemente finges más de un siglo que los físicos nunca se rascaron la cabeza al respecto). La forma en que vamos a abordar esta solución podría ser contraintuitiva, donde primero veremos cómo podemos realizar un seguimiento del tiempo y luego definir el tiempo.

Considere el reloj como un contador que puede contar números hasta 0-60 y 0-24 (preocupémonos solo por el reloj de 24 horas por ahora) siempre que este valor lo exceda, simplemente transfiéralo a la siguiente designación más alta [Segundos -> Minutos -> Horas -> Días-> Meses-> Años].

Pero nos falta un punto importante aquí: ¿Cuándo deberíamos incrementar este valor de contador? Echemos un vistazo a la definición física simple.

"El segundo se define tomando el valor numérico fijo de la frecuencia de cesio ∆ν, la frecuencia de transición hiperfina del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio 133, como 9192631770 cuando se expresa en la unidad Hz, que es igual as −1 ".

Si entendió la definición, probablemente debería tomar física teórica y dejar la electrónica.

De todos modos, por simplicidad, asumiremos que es el tiempo que tarda un átomo de cesio en vibrar 9 mil millones de veces. Ahora, cuando incrementas el contador cada segundo o el tiempo que tarda un átomo de cesio en vibrar 9 mil millones de veces, ¡tienes una especie de reloj! A esto, si pudiéramos agregar la lógica de tal manera que los segundos se trasladen a los minutos y los minutos a las horas cuando llegan a 60 (y las horas se restablecen en 24). Esto nos dará un reloj completamente funcional que estamos esperando.

Ahora, veamos cómo podemos hacer realidad la teoría, ¡con algo de magia de la electrónica pura!

Paso 2: Pantalla de siete segmentos

Primero descubramos la forma de mostrar el número (o la hora). Las pantallas de 7 segmentos deberían ser perfectas para esta construcción porque le da un aspecto retro, y también es una de las pantallas más simples que están disponibles en el mercado, es tan simple que solo está hecha de 7 LED (8 LED, si el punto LED, se contó) colocado de una manera inteligente para mostrar valores alfanuméricos que se pueden colocar junto a múltiples pantallas de 7 segmentos para mostrar un valor mayor.

Hay 2 variedades de estas pantallas de 7 segmentos.

CATODO COMÚN: Todo el terminal -ve del led está conectado a un punto común, y luego este punto común está conectado a tierra (GND). Ahora, para encender cualquier parte del segmento, se aplica un voltaje + ve al pin + ve correspondiente de ese segmento.

ÁNODO CATÓDICO: Todo el terminal + ve del led está conectado a un punto común, y luego este punto común está conectado al VCC. Ahora, para encender cualquier parte del segmento, se aplica un voltaje -ve al pin -ve correspondiente de ese segmento.

Para nuestra aplicación, usaremos la versión de cátodo común de la pantalla de 7 segmentos, porque el IC digital que usaremos generará una señal ALTA (señal + ve).

Cada segmento de esta pantalla se nombra de A a G en el sentido de las agujas del reloj y el punto (o punto) en la pantalla está marcado como 'p', recuerde los segmentos con sus alfabetos correspondientes, que serán útiles al conectarlo al digital IC.

Paso 3: Colocación de la pantalla de siete segmentos

Este paso va a ser un poco complicado porque encontrar el tamaño exacto de la placa de perforación es bastante difícil y es posible que no encuentre uno. Si ese es el caso, puede combinar 2 tablas perforadas para hacer una más grande.

Colocar la pantalla de 7 segmentos es bastante simple, simplemente coloque la pantalla de manera uniforme con el espacio correcto para que pueda diferenciar los segundos, minutos y horas (consulte la imagen para la ubicación del LED).

Si ha notado que ahora estoy usando un montón de resistencias de 100 ohmios para cada pin de la pantalla, esto es totalmente por estética y no es necesario usar estas muchas resistencias. Si puede colocar una resistencia de 470 ohmios entre el pin común de la pantalla de 7 segmentos y el suelo, debería ser lo suficientemente bueno. (Estas resistencias se utilizan para limitar la corriente que pasará por el LED)

Dado que este circuito tiene mucho que soldar y para asegurarme de no perder de vista lo que estoy haciendo, soldé los pines de la pantalla de 7 segmentos en una secuencia alfabética a las resistencias y la tierra a la parte superior del circuito. Parece inútil y complicado, pero créame, esto facilitará su trabajo.

Mientras construía este circuito, encontré un truco genial sobre la pantalla de 7 segmentos, en cualquier momento por error si ha invertido la pantalla de 7 segmentos al revés, no tiene que desoldar la pantalla por completo y volver a soldar. Todos los pines seguirán siendo los mismos, excepto el pin G y el pin P, con solo agregar un cable de puente simple puede solucionar el problema. (Verifique las últimas 2 imágenes donde he usado un cable de puente verde para demostrar este problema).

Paso 4: Contador

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Cuando se trata de circuitos digitales, solo hay 2 estados ALTO o BAJO (Binario: 0 o 1). Esto lo podemos relacionar con un interruptor, cuando el interruptor está ENCENDIDO podemos decir que es lógica ALTA y cuando el interruptor está APAGADO podemos decir que es lógica BAJA. Si puede ENCENDER y APAGAR el interruptor con un tiempo constante entre ENCENDIDO y APAGADO, puede generar una señal de onda cuadrada.

Ahora, el tiempo necesario para crear ambas señales, alta y baja, se denomina Período de tiempo. Si puede encender el interruptor durante 0,5 segundos y apagarlo durante 0,5 segundos, entonces el período de tiempo de esta señal será de 1 segundo. De manera similar, la cantidad de veces que el interruptor se enciende y se apaga en un segundo se llama frecuencia.

[Ejemplo: 4Hz -> 4 veces se enciende y 4 veces se apaga]

Esto puede parecer poco útil al principio, pero esta sincronización de la señal es muy necesaria para mantener todo sincronizado en los circuitos digitales, esa es la razón por la que algunos circuitos digitales con señales de reloj también se denominan circuitos síncronos.

Si podemos generar una onda cuadrada de 1Hz, podemos incrementar nuestro contador cada segundo como segundos en el reloj digital. El concepto aquí sigue siendo bastante vago porque necesitamos el tiempo que tarda un átomo de cesio en vibrar 9 mil millones de veces (como vimos en el paso 1) porque eso es lo que nos dará un segundo. Este tipo de precisión usando nuestro circuito será casi imposible, pero podemos hacerlo mejor si podemos usar un osciloscopio (donde el tiempo está precalibrado) para dar una aproximación de un segundo.

Paso 7: selección de un circuito de reloj

Existen numerosas formas de construir un generador de pulsos de reloj. Pero aquí hay algunas razones por las que usé el temporizador 555 IC y algunas razones por las que no debería.

Ventaja

• El circuito es muy simple (amigable para principiantes)
• Requiere una huella muy pequeña
• fácil de ajustar la frecuencia del reloj
• Puede tener un amplio rango de voltaje (no es necesario para nuestro circuito de reloj digital)

Desventaja

• La sincronización del reloj no es precisa
• La señal del reloj puede verse seriamente afectada por la temperatura / humedad.
• La sincronización del reloj se debe a resistencias y condensadores.

Alternativas para generador de frecuencia o generador de pulso de reloj: oscilador de cristal, frecuencia de división

Paso 8: Colocación del circuito del reloj

Coloque el circuito del reloj exactamente debajo de la parte de los segundos del reloj digital, esto facilitará la conexión entre el IC 4026 y el IC 555.

En este punto, era completamente inútil tomar fotografías después de cada circuito, ya que los circuitos se complican mucho con muchos cables que giran en diferentes direcciones. Entonces, simplemente construya el circuito del reloj por separado sin preocuparse por el resto del circuito, y una vez hecho esto, simplemente conecte la salida (pin 3) del IC del temporizador 555 al pin del reloj del IC 4026.

Paso 9: Cambiar / Incrementar la lógica

Finalista en el concurso de remezclas