IC -muna -ajastin: 11 vaihetta (kuvilla)

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:44

Luonut: Gabriel Chiu

Yleiskatsaus

Tämä projekti esittelee digitaalisen logiikan perusteet, NE555 -ajastimen ominaisuudet ja osoittaa, kuinka binääriluvut lasketaan. Käytetyt komponentit ovat: NE555-ajastin, 12-bittinen aaltolaskuri, kaksi 2-sisääntulon NOR-porttia, 4-sisääntulo-JA-portti, 2-sisääntulo-JA-portti ja 2-sisääntulo-OR-portti. Logiikkaportit, NOR, AND ja OR tulevat TTL- ja CMOS -ekvivalentteina, jotka löytyvät Lee's Electronicista. Tämä projekti on yksinkertainen muna -ajastin, jossa on kaksi asetusta: kova tai pehmeä keitetty ja jossa on nollaustoiminto.

Osat ja työkalut

• 1x leipälauta (Leen numero: 10516)

• 1x 9V paristo (Leen numero: 8775 tai 16123)

  HUOMAUTUS: TÄMÄ PIIRI VOI TOIMIA myös 5 V: n VIRRAN avulla. ÄLÄ YLITÄ 9V: ta, koska se voi vahingoittaa IC -siruja

• 1x 9V paristopidike (Leen numero: 657 tai 6538 tai 653)
• Kiinteä kytkentälanka (Leen numero: 2249)
• Hyppyjohdin (Leen numero: 10318 tai 21805)
• Alligaattorin testijohdot (Leen numero: 690)
• 3x kosketuskytkintä (Leen numero: 31241 tai 31242)
• 1x NE555 -ajastin (Leen numero: 7307)
• 1x 12-bittinen aaltoilulaskuri CMOS 4040 (Leen numero: 7210)
• 1x Dual Quad -tulo ja portti CMOS 4082 (Leen numero: 7230)
• 1x nelituloinen 2-sisääntulo JA portti CMOS 4081 (Leen numero: 7229)
• 2x neljän tulon 2-tuloinen NOR-portti CMOS 4001 tai 74HC02 (Leen numero: 7188 tai 71692)
• 1x nelituloinen 2-tulo TAI portti 74HC32 (Leen numero: 71702)
• 3x 1k OHM vastukset ¼ wattia (Leen numero: 9190)
• 2x 150k OHM vastukset ¼ wattia (Leen numero: 91527)
• 1x 10nF (0,01UF) kondensaattori (Leen numero: 8180)
• 1x 4.7UF -kondensaattori (Leen numero: 85)
• 1x 1N4001 -diodi (Leen numero: 796)
• 1x summeri 3-24V DC jatkuva (Leen numero: 4135)

Työkalut

1x langanpoistoaine (Leen numero: 10325)

Vaihe 1: Taulun asentaminen

Taulun asettaminen tälle projektille on avainasemassa. Tällä asetuksella varmistetaan, että kaikki virtakiskot (punainen ja sininen viiva) saavat virtaa.

1. Sinun on käytettävä hyppyjohtoa kahden levyn yläosassa olevan banaaniliittimen liittämiseen itse leipälautaan. Tämä auttaa akun tai virtalähteen liittämisessä.
2. Kuten yllä olevassa kuvassa 1, aseta punainen kytkentäjohto punaisten kiskolinjojen yhdistämiseksi.
3. Liitä siniset kiskolinjat yhteen mustalla langalla. (Käytin mustaa lankaa, mutta sininen johto on hyvä)

TÄRKEÄÄ!: Varmista, että punaisia viivoja EI ole kytketty sinisiin viivoihin. Tämä aiheuttaa oikosulun ja POLTAA LEIVYTILASI JA HÄVITTÄÄ JOHTOJEN JA AKUN.

VARMISTA, ETTÄ TAULUKKO EI KYTKE VIRTAJOITTAMISESSA! TÄMÄ VOI AIHEUTTAA OSIOIDEN VAHINKOJA

Ennen kuin aloitamme, käytämme huomattavaa määrää IC -siruja leipälaudallamme, joten annan sijainnit leipälaudan osien sijoittamiseksi mukavan ja helpon etäisyyden saavuttamiseksi.

Useimmilla IC -laitteilla on sirulla osoitin, joka osoittaa, missä etu- tai eteenpäin suunta sijaitsee. Sirussa on oltava pieni lovi, joka osoittaa sirun etuosan, kuten kuvassa 2 on esitetty.

(Jos olet utelias nurkan pienestä LED -piiristä, mene loppuun. Näytän miksi se on siellä ja miten se toimii)

Vaihe 2: Ajastimen asettaminen

Tämä ajastin lähettää pulssin joka sekunti laskuriin, jota käytämme seuraavassa vaiheessa. Tällä hetkellä keskitymme NE55 -ajastimen oikeaan asetukseen. Käytin NE555 -ajastinlaskuria löytääkseni vastuksen ja kondensaattorin arvot, jotka tarvitaan jakson asettamiseen 1 sekunniksi. Tämä varmistaa, että laskuri laskee sekunteja.

1. Aseta NE555 -ajastimen IC -siru leipälaudalle niin, että etupultit ovat numero 5 tasolla leipälevyn vasemmalla puolella
2. Liitä nasta 8 punaiseen kiskolinjaan
3. Liitä nasta 1 siniseen kiskolinjaan
4. Liitä nasta 7 punaiseen kiskolinjaan yhdellä 150 k OHM: n vastuksesta
5. Liitä nasta 7 nastaan 2 käyttämällä toista 150 k OHM -vastusta ja 1N4001 -diodia
   • Varmista, että diodin viiva osoittaa kaavion 2 suuntaan
   • Älä välitä vastuksen suunnasta
6. Liitä nasta 6 nastaan 2 myös johdolla tai hyppyjohdolla
7. Liitä nasta 5 siniseen kiskolinjaan 10nF -kondensaattorin avulla
8. Liitä nasta 2 siniseen kiskolinjaan 4.7uF -kondensaattorin avulla
9. Varmista, että viivan merkinnän puolella oleva johto on kytketty siniseen kiskoon tai muuten kondensaattori on taaksepäin
10. Kytke nasta 4 punaiseen kiskolinjaan johdolla poistaaksesi nollaustoiminnon käytöstä
11. Aseta lopuksi hyppyjohdin nastaan 3 seuraavaa vaihetta varten.

Vaihe 3: Laskurin asettaminen

Tämä on tärkein osa koko järjestelmää tai muuten saat enemmän kuin vain kovaa keitettyä munaa!

1. Aseta CMOS 4040 -laskurin IC -leipä leipätaululle NE555 -ajastinsirun jälkeen, niin että etupultit ovat numeron 10 tasolla
2. Liitä nasta 16 punaiseen kiskolinjaan
3. Liitä nasta 8 siniseen kiskolinjaan
4. Liitä nasta 10 NE555 -ajastinlähtöön (nasta 3 NE555: ssä), jonka jäit edelliseen vaiheeseen
5. Jätä nasta 11 nollaustoimintoa varten

Vaihe 4: Järjestelmän aivojen valmistelu

Järjestelmän aivojen perustamisen ensimmäiset vaiheet ovat kysymys: Kuinka kauan haluamme munien kypsyvän?

Järjestelmässä on kaksi kypsennysasetusta; kovaa ja pehmeää. Vaikea osa on kuitenkin se, että digitaaliset järjestelmät (jopa tietokoneesi) lasketaan binäärilukuina, eli 1: t ja 0: t. joten meidän on muutettava normaalit desimaaliluvut binääriluvuiksi.

AIKA JOKAINEN LUKUMÄÄRÄ

Desimaalin muuntaminen binaariksi kestää yksinkertaisia jakovaiheita.

1. Ota numero ja jaa se 2: lla
2. Muista tulos ja loput jaosta
3. Loput menee ensimmäiseen bittiin
4. Jaa tulos 2: lla

5. Toista vaiheita 2–4 jokaiselle peräkkäiselle bitille, kunnes tulos muuttuu nollaksi.

   HUOMAUTUS: BINAARINUMEROITA LUETAAN OIKEALTA VASEMMALLE, joten BIT #1 ON OIKEIN LISÄÄ

Esimerkki desimaaliluvulle: 720

Katso yllä oleva taulukko

Siksi tuloksena oleva binääriluku on 0010 1101 0000. Pidin binääriluvun 4: n ryhmissä tasaisin välein ja vastaamaan 12-bittistä laskuriamme.

Aikamme löytäminen

Tässä projektissa valitsin 3 minuuttia pehmeälle keitetylle ja 6 minuuttia kovalle keitetylle. Nämä ajat on muutettava sekunteiksi vastaamaan NE555 -ajastimen ja laskurin nopeutta.

1 minuutissa on 60 sekuntia.

Joten 3 minuuttia muuttuu 180 sekunniksi ja 6 minuuttia 360 sekunniksi

Seuraavaksi meidän on muutettava se binaariksi.

Käyttämällä menetelmää muuntaa desimaali binaariksi, saamme:

360 sekuntia 0001 0110 1000

180 sekuntia 0000 1011 0100

Vaihe 5: 4-sisääntulon ja portin CMOS 4082 käyttöönotto

Voimme vihdoin aloittaa järjestelmän aivojen asettamisen leipälaudallemme. Ensinnäkin 4-sisääntulo AND-portti. Tämän portin kaikkien tulojen on oltava 1, ennen kuin lähdöstä tulee 1 itse. Jos esimerkiksi valitsimme 3 minuuttia; bittien 3, 5, 6 ja 8 on oltava 1, ennen kuin AND -portti voi tulostaa arvon 1. Tämä saa järjestelmän laukaisemaan vain tiettyinä aikoina.

1. Aseta CMOS 4082 4-sisääntulo- ja portti-IC-siru leipälevylle CMOS 4040 -laskurin jälkeen niin, että etupultit ovat numeron 20 tasolla
2. Liitä nasta 14 punaiseen kiskolinjaan
3. Liitä nasta 7 siniseen kiskolinjaan
4. Liitä nastat 2-5 laskurin nastoihin yllä olevan kaavion mukaisesti
5. Tee sama nastoille 12-9
6. Nastat 6 ja 8 Ei käytetä, joten voit jättää ne rauhaan

Vaihe 6: Painikkeiden ja salpojen asentaminen

Tämä on järjestelmän pääohjaus ja toinen tärkeä osa!

Aloitetaan ensin lukkojen käsitteestä. Kuva 3 on piirikaavio siitä, miltä yksi salpamme näyttää CMOS 4001 NOR -porttien avulla.

Kun yksi tulo on PÄÄLLÄ (jos logiikka on korkea tai 1), järjestelmä vaihtaa, mikä lähtö on päällä, ja pitää sen PÄÄLLÄ. Kun toinen tulo on päällä, järjestelmä kytkeytyy uudelleen päälle ja pitää uuden ulostulon päällä.

Nyt soveltaa sitä meidän piiri!

Ensimmäinen salpa on 4-sisääntulon ulostulolle JA juuri kytketty.

1. Aseta CMOS 4001 NOR Gate IC -siru leipälevylle CMOS 4082 4-Input AND -portin jälkeen niin, että etupultit ovat numerossa 30
2. Liitä nasta 14 punaiseen kiskolinjaan
3. Liitä nasta 7 siniseen kiskolinjaan
4. Liitä nasta 1 AND -portin nastaan 1
5. Liitä nastat 2 ja 4 yhteen
6. Liitä nastat 3 ja 5 yhteen
7. Liitä nasta 13 AND -portin nastaan 13
8. Liitä nastat 12 ja 10 yhteen
9. Liitä nastat 11 ja 9 yhteen
10. Liitä nastat 6 ja 8 yhteen, käytämme niitä myöhemmin nollaustoiminnossa.

Vaihe 7: Painikkeiden ja salpojen asentaminen Jatka

Seuraava on toinen salpa ja painikkeet!

Nämä laitamme levyn oikealle puolelle, joten on helpompaa painaa painikkeita ja pitää piiritarpeemme ja etäisyydellä. Painikkeet käyttävät myös salpaa valitun asetuksen asettamiseen ja nollaamiseen.

1. Aseta painikkeet alas (kosketusnäyttökytkimet) levyllesi

2. Kiinnitä painikkeet yllä olevan kaavion mukaisesti

   Vastuksina käytetään 1k OHM -vastuksia

3. Johdota CMOS 4001 kuten ensimmäisessä salvassa, mutta sen sijaan liitämme painikkeet CMOS 4001: n tuloihin

   Kuvio 4 käyttää 74HC02 NOR -arvoa

NYT LÖYTÄMME VIHJEEN NOLLAUSPAINIKETTA JA NOLLAA TULOA KÄYTTÖÖN!

1. Liitä nollauspainike järjestelmän muihin nollauspaikkoihin

   • Katso sijainnit edellisten vaiheiden kuvista
   • Sinun on käytettävä useita hyppyjohtoja kaikkien nastojen liittämiseen yhteen
2. Salvan kovan ja pehmeän kiehutun painikkeen lähdöt käytetään seuraavassa vaiheessa

Vaihe 8: 2-tulon ja -portin CMOS 4081 asentaminen

Tämä osa käsittelee vahvistuksen valitsemastamme asetuksesta. Lähtö on päällä vain, kun molemmat tulot ovat oikein. Tämä sallii vain yhden asetuksista aktivoida hälytyksen lopussa.

1. Aseta CMOS 4081 AND Gate IC -siru leipälautaan ensimmäisen salpasirun jälkeen niin, että etupultit ovat numerolla 40 tasolla leipälaudan oikealla ja vasemmalla puolella
2. Liitä nasta 14 punaiseen kiskolinjaan
3. Liitä nasta 7 siniseen kiskolinjaan
4. Liitä kahden salvan lähdöt AND -porttien tuloihin (katso vaihe 6: Painikkeiden ja salpojen asettaminen)
5. Tee tämä sekä keitetyille että pehmeille keitetyille asetuksille.

Vaihe 9: Järjestelmän viimeistely

Viimeiset kosketukset järjestelmään. TAI -portin avulla joko tulo voi kytkeä lähdön päälle.

1. Aseta 74HC32 OR Gate IC-siru leipälevylle, CMOS 4081 2-sisääntulon JA -portin jälkeen, niin että etupultit ovat numerolla 50 tasolla leipälaudan oikealla ja vasemmalla puolella
2. Liitä nasta 14 punaiseen kiskolinjaan
3. Liitä nasta 7 siniseen kiskolinjaan
4. Ota vaiheesta 7 kaksi ulostuloa ja liitä ne 74HC32 -sirun tuloihin (nastat 1 ja 2)
5. Liitä lähtö (PIN 3) summerin punaiseen johtoon
6. Liitä summerin musta johto siniseen kiskolinjaan

Olet valmis

Kytke akku paristopidikkeeseen ja kytke punainen johto leipälevyn punaiseen banaaniliittimeen ja musta johto leipälaudan mustaan banaaniliitäntään. Jos haluat käyttää ajastinta, paina ensin nollauspainiketta ja valitse sitten vaihtoehto aina, kun haluat aloittaa uuden ajan, koska NE555 -ajastin on jatkuvasti käynnissä ja pitää järjestelmän laskennan, jos nollauspainiketta ei paineta ensin

Tulevia parannuksia

Tämä piiri ei ole 100% täydellinen piiri. On asioita, joita haluaisin parantaa:

1. Varmista, että NE555 -ajastin ja -laskuri alkavat laskea vasta valinnan jälkeen
2. Nollaa järjestelmä jokaisen hälytyksen jälkeen
3. Varmista, että voit valita vain yhden vaihtoehdon kerrallaan. Tällä hetkellä voit valita molemmat vaihtoehdot
4. Puhdista piiri, jotta virtausta on helpompi seurata ja ymmärtää
5. Sinulla on osa tai järjestelmä, joka näyttää valitun valinnan ja ajastimen kellonajan

Vaihe 10: Käyttövideo

Korvasin summerin pienellä testipiirillä. LED muuttuu punaisesta vihreäksi, kun se laukaisee hälytyksen onnistuneesti.

Vaihe 11: BONUS testipistepiiri

Joten… olet todella utelias tästä pienestä osasta.

Yllä olevat kuvat osoittavat, miltä se näyttää taululla, ja piirikaavio. Tätä piiriä kutsutaan logiikan testauspiiriksi. Tämä voi testata, ovatko IC: n tai digitaalilähtöjen lähdöt korkeita (1) tai alhaisia (0).

Tämä piiri käyttää diodien ja sähkövirran peruskäsitettä. Sähkö virtaa suuresta potentiaalista pienempään potentiaaliin kuin joki, mutta saatat kysyä, miten potentiaali muuttuu? Piirin potentiaali laskee jokaisen komponentin jälkeen. Joten esimerkiksi vastuksen toisessa päässä on suurempi potentiaali kuin toisella puolella. Tätä pudotusta kutsutaan jännitehäviöksi ja se johtuu vastuksen ominaisuuksista ja se löytyy Ohmin lain kautta.

Ohmin laki: Jännite = virta x vastus

Diodien välillä on myös jännitehäviö, joka laskee jännitettä edelleen kulkiessasi piiriä. Tämä jatkuu, kunnes painat maasymbolia, mikä tarkoittaa nollapotentiaalia tai nollajännitettä.

Nyt kysymys, miten tämä piiri testaa loogisen korkean (1) tai loogisen matalan (0)?

No, kun liitämme minkä tahansa logiikkaulostulon kahden LED-valon väliseen pisteeseen, se tuo jännitepotentiaalin siihen kohtaan. Käyttämällä diodien perusteita, koska LEDit ovat valoa emittoivia diodeja ja noudattavat samoja periaatteita, diodit sallivat virran kulkea vain yhteen suuntaan. Siksi kun kytket LED -valot taaksepäin, ne eivät syty.

Tämän pisteen vaikutus kahden LED-valon välillä aiheuttaa tämän ominaisuuden tapahtuvan. Kun piste on looginen korkea (1), siihen kohtaan sijoitetaan 5 voltin potentiaali ja koska jännitepotentiaali ennen PUNAISTA LEDiä on pienempi kuin testipisteen potentiaali, PUNAINEN LED ei syty. VIHREÄ LED syttyy kuitenkin. Tämä osoittaa, että testattavat asiat ovat loogisella tasolla (1).

Ja päinvastoin, kun testipiste on loogisella matalalla (0), testipisteessä on nollajännitepotentiaali. Tämä sallii vain PUNAISEN LED -valon syttymisen, mikä osoittaa, että testattava piste on loogisella tasolla.