Arduino թվային ժամացույց ՝ համաժամեցված 60 Հց հոսանքի գծով. 8 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Arduino- ի վրա հիմնված թվային ժամացույցը համաժամեցված է 60 Հց հոսանքի գծի հետ: Այն ունի պարզ և էժան ընդհանուր անոդ 4 թվանշանի 7 հատվածի էկրան, որը ցույց է տալիս ժամերն ու րոպեները: Այն օգտագործում է խաչաձև դետեկտոր ՝ հայտնաբերելու համար, երբ մուտքային 60 Հց սինուս ալիքը հատում է զրոյական լարման կետը և առաջացնում 60 Հց քառակուսի ալիք:

Կարճ ժամանակամիջոցներում էլեկտրահաղորդման գծից մուտքային սինուսային ալիքի հաճախականությունը կարող է շատ փոքր տարբերվել բեռնվածքի պատճառով, սակայն երկար ժամանակ դա շատ ճշգրիտ կազմում է միջինը մինչև 60 Հց: Մենք կարող ենք օգտվել դրանից ՝ մեր ժամացույցը համաժամեցնելու ժամանակի աղբյուր ստանալու համար:

Քայլ 1: Շղթայի դիագրամ

Շղթայի երկու տարբերակ կա ՝ կախված այն բանից, թե ցանկանում եք օգտագործել տրանսֆորմատոր ՝ կենտրոնական ծորակով, թե առանց, ցանկացած դեպքում սխեմայի աշխատանքը գրեթե նույնական է: Այս կառուցման համար ես օգտագործեցի պատի ադապտեր (առանց կենտրոնի ծորակի), որը թողարկում է 12V AC: Այս դիզայնը (Digital Clock1 Circuit Diagram) կօգտագործեմ շղթայի նկարագրության համար: Նկատի ունեցեք, որ կարևոր է օգտագործել պատի ադապտեր, որը թողարկում է 12V AC ոչ 12V DC, որպեսզի ժամանակի համար կարողանանք թակել AC սինուս ալիքը: Դուք, հավանաբար, կարող եք նաև օգտագործել 9V AC հոսող տրանսֆորմատոր, հեռացնել R19- ը և այն նույնպես գործի դնել, բայց 12V- ը շատ տարածված է: Այսպես է աշխատում միացումը.

120 Վ AC- ն 60 Հց հաճախականությամբ փոխակերպվում է 12 Վ AC- ի `TR1 տրանսֆորմատորով: Այն սնվում է D4 դիոդին և ուղղվում այնպես, որ միայն +ve լարումը սնվում է և հարթվում մոտավորապես DC- ով ալիքով ՝ C3 կոնդենսատորով: C3- ի լարումը սնվում է 7805 լարման կարգավորիչով (U6) R19 դիմադրիչի միջոցով: R19- ն օգտագործվում է C3- ի լարումը նվազեցնելու համար, որն իմ դեպքում չափվել է մոտավորապես 15VDC- ով: Սա կարող է կարգավորվել 7805 -ով, բայց մուտքի այս մակարդակի դեպքում 7805 -ը պետք է ընկնի մոտավորապես 10VDC և արդյունքում բավականին տաքանա: R19- ի միջոցով լարումը մոտ 10VDC իջեցնելու համար մենք կանխում ենք U6- ի չափազանց տաքացումը: Այսպիսով, սա էներգիայի փոխակերպման արդյունավետ տեխնիկա չէ, բայց այն աշխատում է մեր նպատակների համար: Ո NOTՇԱԴՐՈԹՅՈՆ. Այստեղ օգտագործեք առնվազն 1/2 Վտ դիմադրություն կամ ավելի: Շղթան ձգում է մոտ 55 մա, ուստի R19- ում էներգիայի ցրումը կազմում է մոտ 1/3W ՝ հիմնված P = I ** 2*R կամ P = 55ma x 55ma x 120 ohms = 0.363W: Հաջորդ U6- ը թողարկում է մաքուր 5V DC C4- ով և C5- ով ՝ ելքի վրա ՝ 5V հոսանքի գծի ցանկացած աղմուկ զտելու համար: Այս 5V DC- ն սնուցում է տախտակի բոլոր IC- ները:

TR1- ից մենք նաև վերցնում ենք չզտված AC ազդանշանի նմուշ և այն մտնում պոտենցիոմետր RV1- ի մեջ, որն օգտագործվում է խաչի վրա դետեկտորին սնվող մակարդակը կարգավորելու համար: R18 և R17- ը ձևավորում են լարման բաժանարար ՝ AC լարման մակարդակը հետագայում նվազեցնելու համար: Հիշեք, որ դա գալիս է 12V AC- ով, և մենք պետք է այն իջեցնենք 5 Վ -ից պակաս, որպեսզի այն աշխատի մեր խաչաձև դետեկտորի հետ, որը միայն սնուցվում է 5VDC- ով: R15- ը և R16- ն ապահովում են ընթացիկ սահմանափակումներ, մինչդեռ D1 և D2- ը նախատեսված են կանխել op-amp U5- ի գերագնահատումը: Shownուցադրված կոնֆիգուրացիայում U5- ի ելքը 1 -ին փուլի վրա կփոխվի +5V- ի և 0V- ի միջև ամեն անգամ, երբ մուտքային սինուս ալիքը փոխվում է դրականից դեպի բացասական: Սա առաջացնում է 60 Հց քառակուսի ալիք, որը սնվում է միկրոկոնտրոլեր U4- ով: U4- ում բեռնված ծրագիրը այնուհետև օգտագործում է այս 60 Հց քառակուսի ալիքը ժամացույցը ամեն րոպե և ժամ ավելացնելու համար: Ինչպես է դա արվում, կքննարկվի ծրագրային ապահովման ծրագրի և ծրագրային մեկնաբանությունների բաժնում:

U7 74HC595 հերթափոխի գրանցամատյանը օգտագործվում է, քանի որ միկրոպրոցեսորի վրա մենք ունենք սահմանափակ թվային կապեր, ուստի այն օգտագործվում է ելքերի քանակը ընդլայնելու համար: Մենք միկրոպրոցեսորի վրա օգտագործում ենք 4 թվային կապ, բայց կարող ենք վերահսկել ցուցադրման 7 հատված 74HC595- ի միջոցով: Դա կատարվում է միկրոկոնտրոլերում պահվող բիտերի կանխորոշված նախշերով և որոնք ներկայացնում են ցուցադրվող յուրաքանչյուր նիշ, տեղաշարժի ռեգիստրում:

Այստեղ օգտագործվող էկրանը սովորական անոդ է, ուստի մենք պետք է շրջենք 74HC595- ից դուրս եկող ազդանշանի մակարդակները ՝ հատված միացնելու համար: Երբ հատվածը պետք է միացված լինի, 74HC595 ելքային քորոցից դուրս եկող ազդանշանը կլինի +5V- ում, սակայն ցուցադրման այդ հատվածը միացնելու համար մեզ անհրաժեշտ է, որ այն սնուցվող էկրանը 0V- ով լինի: Այսպիսով, դա անելու համար մեզ անհրաժեշտ են U2 և U3 վեցանկյուն փոխարկիչներ: Unfortunatelyավոք, մեկ inverter IC- ն կարող է կարգավորել միայն 6 շրջում, այնպես որ մեզ անհրաժեշտ է դրանցից երկուսը, չնայած երկրորդում մենք օգտագործում ենք միայն 6 դարպասներից մեկը: Wasավոք, անիմաստ: Դուք կարող եք հարցնել, թե ինչու այստեղ չօգտագործել ընդհանուր կաթոդային տիպի ցուցադրում և չվերացնել U2 և U3- ը: Դե, պատասխանը կարող եք, ես պարզապես պատահում է, որ իմ մասերի մատակարարման մեջ կա ընդհանուր անոդ: Եթե ունեք կամ ցանկանում եք օգտագործել ընդհանուր կաթոդ տիպի էկրան, պարզապես վերացրեք U2 և U3 և վերաշարադրեք Q1 - Q4 այնպես, որ տրանզիստորների կոլեկտորները միացված լինեն ցուցադրման կապումներին, իսկ տրանզիստորային թողարկողները `գետնին: Q1 - Q4- ը վերահսկում է, թե 7 սեգմենտային չորս էկրաններից որն է ակտիվ: Սա վերահսկվում է միկրոկառավարիչի միջոցով ՝ Q1 - Q4 տրանզիստորների բազային միացված կապանքների միջոցով:

Ավելացման և սահմանման կոճակները կօգտագործվեն ժամացույցի ճիշտ ժամանակը ձեռքով սահմանելու համար, երբ խոսքը վերաբերում է ժամացույցի իրական օգտագործմանը: Երբ Set կոճակը սեղմվում է մեկ անգամ, Ավելացման կոճակը կարող է օգտագործվել էկրանին ցուցադրվող ժամերի միջով անցնելու համար: Երբ Set կոճակը կրկին սեղմվում է, ավելացման կոճակը կարող է օգտագործվել էկրանին ցուցադրվող րոպեների միջով անցնելու համար: Երբ Set կոճակը երրորդ անգամ է սեղմվում, ժամանակը սահմանվում է: R13- ը և R14- ը ցածր են այս կոճակների հետ կապված միկրոկառավարիչի կապում, երբ դրանք չեն օգտագործվում:

Նկատի ունեցեք, որ այստեղ մենք U4- ն (Atmega328p) հանել ենք տիպիկ Arduino UNO նախատիպի տախտակից և այն դրել ենք նախատիպի տախտակի վրա ՝ մեր մնացած շրջանի հետ: Դա անելու համար մենք պետք է նվազագույնը ապահովենք բյուրեղյա X1 և C1 և C2 կոնդենսատորներով `միկրոկառավարիչի ժամացույցի աղբյուր ապահովելու համար, կապեք կապիչ 1 -ը, վերակայման քորոցը` բարձր և ապահովենք 5VDC հզորություն:

Քայլ 2. Ստեղծեք ձեր շրջանը

Անկախ նրանից, թե դուք կառուցում եք սխեման ճիշտ այնպես, ինչպես ցույց է տրված սխեմայում, կամ գուցե օգտագործում եք մի փոքր այլ տրանսֆորմատոր, ցուցադրման տիպ կամ այլ բաղադրիչներ, դուք պետք է նախ միացնեք սխեման, որպեսզի այն աշխատի և հասկանաք, թե ինչպես է այն աշխատում:

Նկարներում կարող եք տեսնել, որ հացաթխման համար ամբողջ բանը պահանջում էր մի քանի տախտակ, ինչպես նաև Arduino Uno տախտակ: Այսպիսով, միկրոկառավարիչը ծրագրավորելու կամ փորձարկելու կամ ծրագրակազմում փոփոխություններ կատարելու համար սկզբում ձեզ անհրաժեշտ կլինի միկրոկառավարիչի IC- ն ՄԱԿ -ի տախտակի վրա, որպեսզի կարողանաք միացնել USB մալուխը դրան և ձեր համակարգչին `ծրագիրը վերբեռնելու կամ ծրագրային փոփոխություններ կատարելու համար:

Երբ կստանաք ժամացույցի վրա աշխատող սեղանի վրա և միկրոկառավարիչը ծրագրավորվի, կարող եք այն անջատել վարդակից և միացնել այն նախատիպի տախտակի վրա ձեր վերջնական կառուցման մշտական ժամացույցի վարդակին: Երբ դա անում եք, համոզվեք, որ հետևեք հակաստատիկ նախազգուշական միջոցներին: Միկրոպրոցեսորը մշակելիս օգտագործեք դաստակի հակաստատիկ ժապավեն:

Քայլ 3. Շրջանի կառուցում Protoboard- ում

Շղթան կառուցված է նախատիպի տախտակի մի կտորի վրա և միացված է կետ առ կետ `օգտագործելով #30 AWG մետաղալարերի փաթաթման մետաղալարը: Այն ապահովում է կոշտ և հուսալի արդյունք: Քանի որ իմ ունեցած տրանսֆորմատորը մալուխի ծայրին ունի 5 մմ արու խցան, ես համապատասխան կանացի պահարանը տեղադրեցի տախտակի հետևի մասում ՝ կտրելով, թեքելով և հորատելով 1/2 դյույմ լայնությամբ ալյումինե շերտի կտոր ՝ սովորություն ստեղծելու համար: փակագծով, այնուհետև ամրացրեք այն տախտակին 4-40 փոքր ընկույզներով և պտուտակներով: Կարող եք պարզապես անջատել միակցիչը և կպցնել մնացած հոսանքի լարերը տախտակին և խնայել ձեզ մոտ 20 րոպե աշխատանքի ընթացքում, բայց ես չէի ուզում, որ տրանսֆորմատորը մշտապես ամրացված լինի: տախտակին:

Քայլ 4. Theուցադրման համար վարդակ ստեղծելը և ոտքեր տալը

Քանի որ դիսփլեյն ունի 16 կապում, յուրաքանչյուրը 8 -ական, իսկ քորոցների միջակայքը, որն ավելի լայն է, քան ստանդարտ 16 փինանոց IC վարդակից, մենք պետք է կարգավորենք վարդակի չափը `էկրանին համապատասխանելու համար: Դուք կարող եք դա անել ՝ պարզապես օգտագործելով զույգ մետաղալարեր ՝ վարդակից երկու կողմերը միացնող պլաստիկը պատռելու, դրանք առանձնացնելու և դրանք առանձին կպցնելու համար տախտակին, որի միջև ընկած է էկրանին կապող կապերի միջև ընկած տարածությունը: Դա ձեռնտու է դա անել, որպեսզի ստիպված չլինեք ուղղակիորեն կպցնել ցուցադրման կապում և ցուցադրել էկրանը ավելորդ ջերմության վրա: Դուք կարող եք տեսնել վարդակը, որի հետ ես դա արել եմ, տախտակի վերևում ՝ վերևի նկարում:

Որպեսզի էկրանը ճիշտ կանգնի, ես երկու 1 «պտուտակ եմ ամրացրել նախատիպի տախտակի ներքևի երկու անկյունային անցքերի վրա, ինչպես ցույց է տրված լուսանկարներում ՝ պարզ դիրքորոշում ստեղծելու համար: Սա բավականին անհանգիստ էր, այնպես որ, եթե դա անեք, կարող եք ցանկանում են ինչ -որ ծանր բան դնել պտուտակների հետևի մասում `այն կայունացնելու համար:

Քայլ 5. Ստուգեք տպատախտակների էլեկտրագծերը և պատրաստեք ստուգաչափման

Երբ տպատախտակը միացված է, բայց նախքան IC- ները միացնելը կամ ցուցադրելը կամ միացնելը, լավ գաղափար է ստուգել տախտակի միացումները DVM- ով: Դուք կարող եք տեղադրել DVM- ների մեծ մասը այնպես, որ նրանք ազդանշան հնչեն, երբ կա շարունակականություն: Տեղադրեք ձեր DVM- ն այս ռեժիմում, այնուհետև հետևելով ձեր սխեմայի գծապատկերին, ստուգեք հնարավորինս միացման միացումները: Ստուգեք բաց շրջան, կամ դրան մոտ, +5V և Ground կետերի միջև: Տեսողական ստուգեք, որ բոլոր բաղադրիչները միացված են ճիշտ կապումներին:

Հաջորդը միացրեք ձեր տրանսֆորմատորը միացմանը և միացրեք այն: Նախքան որևէ IC կամ էկրան միացնելը, ստուգեք, որ դուք ունեք 5V DC 5V հոսանքի ռելսերի վրա կամ շրջանակով կամ DVM- ով:

Հաջորդ քայլին նախապատրաստվելու համար միացրեք ՄԻԱՅՆ Op-Amp U5 IC- ն: Այստեղ մենք կստուգենք, որ մեր խաչմերուկի շղթան առաջացնում է քառակուսի ալիք և կկարգավորենք RV1 պոտենցիոմետրը մաքուր 60 Հց ազդանշանի համար:

Քայլ 6: Շղթայի չափաբերում

Միակ ճշգրտումը, որը պետք է արվի, պոտենցիոմետր RV1- ի ճշգրտումն է `ազդանշանի խաչը սնուցող ազդանշանի ճիշտ մակարդակի համար: Դա անելու երկու եղանակ կա.

1. U5- ի 1 -ին կապում տեղադրեք շրջանակի զոնդ և համոզվեք, որ շրջանակի զոնդի հողալարը միացրեք շղթայի գետնին: Հաջորդը կարգավորեք RV1- ը մինչև որ ունենաք մաքուր քառակուսի ալիք, ինչպես ցույց է տրված վերը նկարում: Եթե RV1- ը չափազանց հեռու եք կարգավորում այս կամ այն կողմ, կամ քառակուսի ալիք չեք ունենա, կամ աղավաղված քառակուսի ալիք: Համոզվեք, որ քառակուսի ալիքի հաճախականությունը 60 Հց է: Եթե դուք ունեք ժամանակակից շրջանակ, ապա դա, հավանաբար, ձեզ կասի հաճախականությունը: Եթե դուք ունեք հին շրջանակ, ինչպես ես, ապա համոզվեք, որ քառակուսի ալիքների շրջանը մոտավորապես 16.66 մկ է կամ 1/60 վրկ:

2. Հաճախականության ռեժիմում հաճախականությունների հաշվիչի կամ DVM- ի միջոցով հաճախականությունը չափեք U5- ի Pin 1 -ում և կարգավորեք RV1- ը ուղիղ 60 Հց -ի համար:

Այս ճշգրտումն ավարտելուց հետո անջատեք միացումն ու միացրեք բոլոր IC- ները և էկրանը `միացման կառուցվածքը ավարտելու համար:

Քայլ 7: Arduino ծրագիր

Theրագիրը լիովին մեկնաբանված է, որպեսզի կարողանաք պարզել յուրաքանչյուր քայլի մանրամասները: Theրագրի բարդության պատճառով դժվար է նկարագրել յուրաքանչյուր քայլ, բայց շատ բարձր մակարդակով այն այսպես է աշխատում.

Միկրոպրոցեսորը ստանում է 60 Հց քառակուսի ալիքը և հաշվում է 60 ցիկլ և ավելացնում վայրկյանների հաշվարկը յուրաքանչյուր 60 ցիկլից հետո: Երբ վայրկյանների հաշվարկը հասնում է 60 վայրկյանի կամ 3600 ցիկլի, րոպեների քանակն ավելանում է, իսկ վայրկյանների հաշվարկը զրոյացվում է: Երբ րոպեների հաշվարկը հասնում է 60 րոպեի, ժամերի քանակը ավելանում է, և րոպեների հաշվարկը զրոյացվում է: 13 ժամից հետո ժամերի հաշվարկը վերակայվում է 1 -ի, այնպես որ սա 12 ժամյա ժամացույց է: Եթե ցանկանում եք 24 ժամյա ժամացույց, պարզապես փոխեք ծրագիրը `24 ժամից հետո ժամերը զրոյացնելու համար:

Սա փորձարարական նախագիծ է, ուստի ես փորձեցի օգտագործել Do-while հանգույցը `Set և Increment կոճակների վրա անջատիչի վերադարձը ճնշելու համար: Այն ողջամիտ լավ է աշխատում: Երբ Set կոճակը մեկ անգամ սեղմվում է, Ավելացման կոճակը կարող է օգտագործվել էկրանին ցուցադրվող ժամերի միջով անցնելու համար: Երբ Set կոճակը կրկին սեղմվում է, ավելացման կոճակը կարող է օգտագործվել էկրանին ցուցադրվող րոպեների միջով անցնելու համար: Երբ Set կոճակը երրորդ անգամ է սեղմվում, ժամանակը սահմանվում է և ժամացույցը սկսում է աշխատել:

0-ի և 1-ի օրինաչափությունները, որոնք օգտագործվում են 7-հատվածի էկրաններին յուրաքանչյուր թիվ ցուցադրելու համար, պահվում են Seven_Seg կոչվող զանգվածում: Կախված ժամացույցի ընթացիկ ժամանակից, այս օրինաչափությունները սնվում են 74HC595 IC- ով և ուղարկվում են ցուցադրման: Էկրանի 4 թվանշաններից որն է միացված ցանկացած ժամանակ, որպեսզի ստանա այս տվյալները, վերահսկվում է միկրոպրոցեսորի կողմից Dig 1, 2, 3, 4 կապում ցուցադրման միջոցով: Երբ միացումն ուժգնանում է, ծրագիրը նախ գործարկում է Test_Clock կոչվող փորձնական ռեժիմը, որն ուղարկում է ճիշտ թվանշաններ, որպեսզի յուրաքանչյուր էկրան լուսավորի 0 -ից 9 -ը: Այսպիսով, եթե դա տեսնում եք, երբ սնվում եք, գիտեք, որ ամեն ինչ ճիշտ եք կառուցել:.

Քայլ 8: Մասերի ցուցակ

1 - տրանսֆորմատոր 120VAC- ից 12VAC մոտ 100 մ կամ ավելի NPN տրանզիստորներ 8 - 330 օմ դիմադրողներ 2 - 74LS04 Hex ինվերտորներ 1 - 74HC595 սերիալ զուգահեռ 8 բիթանոց հերթափոխի գրանցամատյան 1 - LM358 OP -AMP (Համեմատիչ) 1 - ATMEGA328P Միկրոկոնտրոլեր (Creatron) 4 - 4.7K դիմադրողներ 7 - 10K դիմադրողներ 1 - 1N4142 կամ 1N1147 կամ 1N1144 դիոդներ 1 - 120 ohm, 1/2W կամ 1W resistor1 - PCB mount 10K պոտենցիոմետր 1 - 470uF 25V կոնդենսատոր 1 - 7805 TO220 փաթեթային լարման կարգավորիչ 1 - 10uF 10V կոնդենսատոր 2 - 0.1 uF 10V կոնդենսատորներ 1 - 16MHz բյուրեղյա (Sparkfun) 2 - 22pF կոնդենսատորներ 1 - իգական էներգիայի խցիկ (Ընտրովի ՝ պատի տրանսֆորմատորի վրա արական խրոցակի առկայության դեպքում) 2 - 16 փին IC վարդակներ 2 - 14 պին IC վարդակներ 1 - 8 պին IC վարդակից 1 - 28 փին IC վարդակ 2 - 1 "երկար մոտավորապես #4 կամ #6 պտուտակներ և համապատասխան ընկույզներ 2 - 1/ 4 "երկար #4-40 պտուտակներ և համապատասխան ընկույզներ 1 - 1/2" լայն հարթ ալյումինե ժապավենի կտոր, հատուկ կտրվածքով և փորված են չափի մեջ

#30 AWG մետաղալարով փաթաթված մետաղալար#22 AWG մետաղալար oldոդիչ