Κ105 ψηφιακό ρολόϊ με λογικές πύλες

Το ρολόι παίζει βασικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου, χρησιμοποιούμε το χρόνο για να προγραμματίσουμε τα πάντα που αφορούν τη ζωή μας, από την εργασία έως τη διασκέδαση μας. Σε αυτό το πρότζεκτ κατασκευάζουμε ένα άλλου τύπου ρολογιού, που χρησιμοποιεί απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα (λογικές πύλες), το οποίο θα είναι πολύ χρήσιμο αφού μπορούμε να το κρεμάσουμε στο τοίχο του σπιτιού ή του γραφείου μας.

Το ρολόι που παρουσιάζεται εδώ, βασίζεται σε ψηφιακά κυκλώματα και συγκεκριμένα σε λογικές πύλες. Τα βασικά εξαρτήματα είναι τα ολοκληρωμένα CD4520 4-bit δυαδικοί απαριθμητές, τα οποία με τους 7-segment αποκωδικοποιητές CD4511, τη γεννήτρια ψηφιακών παλμών CD4060 και τις ψηφιακές πύλες CD4027 και τις AND (CD4081),  OR(CD4071), NOT(CD40106) και με μερικά άλλα παθητικά εξαρτήματα ολοκληρώνουν την κατασκευή.

Περιγραφή του κυκλώματος

Η λειτουργία του κυκλώματος περιγράφεται ως εξής: Η γεννήτρια τετραγωνικών παλμών με το ολοκληρωμένο IC17 (CD4060) με ακρίβεια κρυστάλλου, παράγει τετραγωνική κυματομορφή συχνότητας 2Ηz, η οποία οδηγείται στην είσοδο του flip-flop IC18B (CD4027), το οποίο παράγει την τετραγωνική μορφή αναφοράς συχνότητας 1Ηz.

 Το σήμα αναφοράς με συχνότητα 1Ηz, τροφοδοτεί τους απαριθμητές IC10B και IC10A, που μαζί με τις ψηφιακές πύλες AND τις IC11C και IC11D απαριθμούν τα δευτερόλεπτα από 00 έως 59, τα οποία απεικονίζονται στο 7  segment display, δια μέσου των αποκωδικοποιητών IC6 (CD4511) και IC5 (CD4511). Με τον παλμό του ρολογιού μετά την ένδειξη 59, μηδενίζονται  τα δευτερόλεπτα και ένας παλμός στέλνεται στον απαριθμητή των λεπτών.

Οι απαριθμητές IC8B και IC8A, μαζί με τις λογικές πύλες AND τις IC9C και IC9D, απαριθμούν τα λεπτά από 00 έως 59, τα οποία εμφανίζονται στο display δια μέσου των αποκωδικοποιητών IC4 (CD4511) και  IC3(CD4511). Στον επόμενο παλμό των λεπτών μετά την ένδειξη 59, η ένδειξη των λεπτών μηδενίζεται και ένας παλμός στέλνεται στον απαριθμητή των ωρών.

Οι απαριθμητές IC7B και IC7A μαζί με τις πύλες IC9A, IC12F, IC12E, IC12B, IC12C, IC13A, IC13B, IC13D, IC13A, IC14A, IC15A απαριθμούν τις ώρες από 00 έως 23, που μαζί με τη βοήθεια των αποκωδικοποιητών IC2(CD4511) και IC1 (CD4511) απεικονίζονται οι ώρες στο display. Η διάταξη των πυλών είναι τέτοια ώστε ο απαριθμητής των ωρών μηδενίζεται μετά την  ένδειξη των 23.

Για την διόρθωση της ώρας, τα μπουτόν S1, S2 και S3 χρησιμοποιούνται. Όταν ο S1 είναι πατημένος ενεργοποιούνται τα μπουτόν S2 και S3 για την ρύθμιση των ωρών και των λεπτών αντίστοιχα. Παθητικά εξαρτήματα χρησιμοποιούνται γύρω από τα μπουτόν για την εξάλειψη του θορύβου. Με τη βοήθεια των NOT πυλών που είναι τύπου smith trigger, παράγονται οι αντιστοιχεί τετραγωνικοί παλμοί, που μαζί με τις πύλες IC15C, IC14B, IC15B, IC14D ολοκληρώνουν την διάταξη της απαρίθμησης των λεπτών και των ωρών.

Το ρολόι της κατασκευής που παρουσιάζουμε τροφοδοτείται με DC τάση 12V, από εξωτερικό power pack. Για να μπορέσει να λειτουργήσει το ρολόι όταν η τάση δικτύου πέσει, είναι απαραίτητο να συνδέσουμε μια μπαταρία 9V στον αντίστοιχο κονέκτορα. Όταν η τάση δικτύου πέσει, το ρολόι τροφοδοτείται από την μπαταρία, που σε αυτή την περίπτωση ή είσοδος Β1 των αποκωδικοποιητών τίθεται σε LOW οδηγώντας στην αμαύρωση του display. Αυτό πετυχαίνεται με τον κατάλληλο σχεδιασμό του κυκλώματος και με τη βοήθεια των διόδων D1, D2, D3 και D4 μαζί με τα τριγύρω παθητικά εξαρτήματα. Όταν η τάση δικτύου επανέλθει, το ρολόι συνεχίζει να λειτούργει εμφανίζοντας ξανά την ώρα στο display.

Κατασκευή

Για την κατασκευή του ρολογιού, χρησιμοποιούμε διπλής όψης PCB, που μπορείς κα κατασκευάσεις μόνος σου ή να το παραγγείλεις σε μια εταιρία παραγωγής τυπωμένων κυκλωμάτων με υψηλή ποιότητα και με επικασσιτερωμένες οπές.

Η συναρμολόγηση μπορεί να ξεκινήσει με την τοποθέτηση και συγκόλληση των βάσεων των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Στην περίπτωση που φτιάξεις το PCB μόνος σου, οι οπές δεν θα είναι επικασσιτερωμένες και θα πρέπει να χρησιμοποιήσεις επιχρυσωμένες βάσεις που θα τις κολλήσεις με ένας λεπτής μύτης κολλητήρι. Μετά μπορείς να κολλήσεις τις αντιστάσεις, τα 7-segment digits, του πυκνωτές, τον κρύσταλλο, τα μπουτόν  και τους κονέκτορες.

Μετά που τοποθετήσεις όλα τα εξαρτήματα, πρέπει να καθαρίσεις και τις δυο όψεις της πλακέταw με ένα σπρέι καθαρισμού, για την αφαίρεση της σολντερίνης που απέμεινε και την διαδικασία της κόλλησης, που αν παραμείνει πιθανόν να δημιουργήσει προβλήματα στην λειτουργία του ρολογιού.

Μετά τοποθετούμε τα κατάλληλα ολοκληρωμένα κυκλώματα όπως περιγράφεται στο κύκλωμα του ρολογιού, στις κατάλληλες θέσεις  φροντίζοντας για τον σωστό προσανατολισμό τους. Το ρολόι της κατασκευή μας τροφοδοτείται με τάση 12V από ένα τροφοδοτικό τύπου pack και θα πρέπει να δουλέψει αμέσως με την εφαρμογή τάσης. Κατόπιν μπορείς να ρυθμίσεις τη σωστή ώρα. Με πατημένο το μπουτόν SET μπορείς να ρυθμίσεις την ώρα με διαδοχικά πατήματα των μπουτόν HR και ΜΙΝ.

Εξαρτήματα

IC1 μέχρι IC6……………..CD4511
IC7, IC8, IC10……………CD4520
IC9, IC11, IC13, IC14….CD4081
IC12, IC16…………………CD40106
IC15………………………….CD4071
IC17………………………….CD4060
IC18………………………….CD4027
R1, R2, R3…………………470 ohms   1/4W
R4, R5, R6…………………470Kohms   1/4W
R7…………………………….8.2Mohms    1/4W
R8……………………………330Kohms   1/4W
R11, R12…………………..560 ohms   1/4W
R13 until R54………..
C1, C2……………………..22pF
C3, C4, C5……………….100nF
C7  until C17…………….220nF
C6………………………….2200μF/25V
D1, D2, D3……………..1N4001
D5, D6, D7, D8……….Blue LED
DIS1 until DIS6………Blue Display
S1, S2, S3……………….Push Button

Χρήσιμα αρχεία για κατέβασμα

Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία eagle της κατασκευής  και να τα χρησιμοποιείται ελεύθερα από τον σύνδεσμο:
Αρχεία eagle για την κατασκευή Κ105 ψηφιακό ρολόι με λογικές πύλες