60 gigagertsli elektr uzatish liniyasi bilan sinxronlashtirilgan Arduino raqamli soati: 8 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Bu Arduino -ga asoslangan raqamli soat 60 Gts quvvat liniyasi bilan sinxronlashtiriladi. U oddiy va arzon umumiy anodli 4 xonali 7 segmentli displeyga ega, u soat va daqiqalarni ko'rsatadi. 60 gigagertsli sinus to'lqin nol kuchlanish nuqtasini kesib o'tganda va 60 gigagertsli kvadrat to'lqinni olishini aniqlash uchun o'zaro faoliyat detektorni ishlatadi.

Qisqa vaqt oralig'ida elektr uzatish liniyasidan kiruvchi sinus to'lqinlarning chastotasi yuk tufayli juda oz farq qilishi mumkin, lekin uzoq vaqt davomida o'rtacha 60 Gts ga to'g'ri keladi. Biz bundan foydalanib, soatimizni sinxronlashtirish uchun vaqt manbasini olishimiz mumkin.

1 -qadam: O'chirish diagrammasi

Transformatorni markaziy kran bilan ishlatishni xohlaysizmi yoki bo'lmasdan, sxemaning ikkita versiyasi mavjud, har holda, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi deyarli bir xil. Ushbu qurilish uchun men 12V o'zgaruvchan tokni chiqaradigan devor adapteridan (markaziy kran) foydalanardim. Men ushbu dizaynni (Raqamli soat 1 elektron sxemasi) sxemani tavsiflash uchun ishlataman. Shuni esda tutingki, vaqtincha AC sinus to'lqiniga kirishimiz uchun 12V AC emas, balki 12V AC kuchlanishli devor adapteridan foydalanish kerak. Ehtimol, siz 9V o'zgaruvchan tokni chiqaradigan, R19ni olib tashlaydigan va uni ishga tushiradigan transformatordan foydalanishingiz mumkin, lekin 12V juda keng tarqalgan. Zanjir shunday ishlaydi:

60 Gts chastotali 120 V AC transformator TR1 orqali 12 V AC ga aylanadi. Bu D4 diodiga beriladi va to'g'rilanadi, shunda faqat +voltaj C3 kondansatkichi orqali to'lqin bilan DC ga to'g'ri keladi va tekislanadi. C3 kuchlanish 7195 kuchlanish regulyatoriga (U6) R19 rezistori orqali beriladi. R19 C3 kuchlanishini kamaytirish uchun ishlatiladi, bu mening holatimda taxminan 15VDC da o'lchandi. Bu 7805 tomonidan tartibga solinishi mumkin, lekin bu kirish darajasi bilan 7805 taxminan 10VDC tushishi kerak va natijada juda qizib ketadi. R19 yordamida kuchlanishni taxminan 10VDC ga tushirish orqali biz U6 ning haddan tashqari qizib ketishining oldini olamiz. Shunday qilib, bu samarali quvvatni aylantirish usuli emas, lekin u bizning maqsadlarimiz uchun ishlaydi. QAYD: bu erda kamida 1/2 Vt yoki undan ko'p qarshilik ishlating. O'chirish taxminan 55 ma ni tashkil qiladi, shuning uchun R19da quvvat sarflanishi P = I ** 2*R yoki P = 55ma x 55ma x 120 ohm = 0,363 Vt ga asosan 1/3 Vtni tashkil qiladi. Keyingi U6 5V elektr uzatish liniyasidagi har qanday shovqinni filtrlash uchun chiqishda C4 va C5 bilan 5V shaharni chiqaradi. Bu 5V shahar bortidagi barcha IClarni quvvatlaydi.

TR1 -dan biz filtrlanmagan AC signalining namunasini olamiz va uni RV1 potentsiometriga o'tkazamiz, bu detektor ustidagi o'zaro bog'liqlik darajasini sozlash uchun ishlatiladi. R18 va R17 AC kuchlanish darajasini pasaytirishi uchun kuchlanish bo'luvchi hosil qiladi. Shuni esda tutingki, bu 12V ACda bo'ladi va biz uni 5 V dan past darajaga tushirishimiz kerak. 5VDC bilan ishlaydi. R15 va R16 oqim cheklovini ta'minlaydi, D1 va D2 esa U5 op-amperining haddan tashqari yuklanishini oldini oladi. Ko'rsatilgan konfiguratsiyada 1 -pinli U5 ning chiqishi +5V va 0V oralig'ida o'zgaruvchan sinus to'lqin har safar musbatdan salbiyga o'zgaradi. Bu 60 gigagertsli kvadrat to'lqinni hosil qiladi, u U4 mikrokontroleriga beriladi. U4 -ga yuklangan dastur 60 gigagertsli kvadrat to'lqinni ishlatib, soatni har daqiqa va soatga oshiradi. Bu qanday amalga oshiriladi, dasturiy ta'minot bo'limida va dasturiy sharhlarda muhokama qilinadi.

U7 74HC595 smenali registri ishlatiladi, chunki bizda mikroprotsessorda raqamli pinlar soni cheklangan, shuning uchun u chiqish sonini kengaytirish uchun ishlatiladi. Biz mikroprotsessorda 4 ta raqamli pinni ishlatamiz, lekin 74HC595 orqali displeydagi 7 ta segmentni boshqaramiz. Bu mikrokontrolderda saqlanadigan va ko'rsatiladigan har bir raqamni ifodalovchi oldindan belgilangan bit modellarini siljish registriga o'tkazish orqali amalga oshiriladi.

Bu erda ishlatiladigan displey oddiy anoddir, shuning uchun biz segmentni yoqish uchun 74HC595 dan chiqadigan signal darajasini teskari o'zgartirishimiz kerak. Qachon segment yoqilgan bo'lsa, 74HC595 chiqish pinidan chiqadigan signal +5V bo'ladi, lekin biz bu segmentni yoqish uchun displeyda 0V bo'lishi kerak. Buning uchun bizga U2 va U3 olti burchakli invertorlar kerak. Afsuski, bitta inverter IC faqat 6 ta inversiyani boshqarishi mumkin, shuning uchun biz ikkitasiga muhtojmiz, garchi ikkinchisida biz faqat 6 ta eshikdan birini ishlatsak. Afsuski isrofgarchilik. Siz nima uchun bu erda umumiy katodli displeyni ishlatmasligingiz va U2 va U3ni yo'q qilmasligingiz mumkin? Xo'sh, javob, siz qila olasiz, menda anodning umumiy turi bor. Agar sizda umumiy katodli displey mavjud bo'lsa yoki undan foydalanmoqchi bo'lsangiz, U2 va U3 ni o'chirib, Q1 - Q4 ni qayta ulang, shunda tranzistor kollektorlari displey pimlariga ulanadi va tranzistor emitentlari erga ulanadi. Q1 - Q4 7 segmentli to'rtta displeyning qaysi biri faolligini nazorat qiladi. Bu Q1 - Q4 tranzistorlari bazasiga ulangan pinlar orqali mikrokontroller tomonidan boshqariladi.

Qisqartirish va sozlash tugmachalari soatni to'g'ri ishlatish uchun to'g'ri vaqtni qo'lda o'rnatish uchun ishlatiladi. O'rnatish tugmasi bosilgandan so'ng, displeyda ko'rsatilgan soatni o'zgartirish uchun "Tartibga solish" tugmasidan foydalanish mumkin. O'rnatish tugmasi yana bosilganda, oshirish tugmasi yordamida displeyda ko'rsatilgan daqiqalarni bosib o'tish mumkin. O'rnatish tugmasi uchinchi marta bosilganda, vaqt belgilanadi. R13 va R14 bu tugmalar bilan bog'liq bo'lgan mikrokontroller pinlarini ishlatilmaganda past tortadi.

E'tibor bering, biz U4 (Atmega328p) ni odatdagi Arduino UNO prototip kartasidan olib tashladik va prototip taxtasiga qolgan sxemamiz bilan qo'ydik. Buni amalga oshirish uchun biz hech bo'lmaganda kristalli X1 va C1 va C2 kondansatkichlarini mikrokontroller uchun soat manbai, 1 -pin, tiklash pinini yuqori va 5VDC quvvat bilan ta'minlashimiz kerak.

2 -qadam: Sizning elektron jadvalingiz

Siz sxemani aynan sxemada ko'rsatilgandek qilyapsizmi yoki bir oz boshqacha transformator, displey turi yoki boshqa komponentlardan foydalanayotganligingizdan qat'i nazar, uning ishlashini ta'minlash va uning qanday ishlashini tushunishingiz uchun, avvalo, sxemani panelda joylashtirishingiz kerak.

Rasmlarda siz hamma narsani taxta qilish uchun bir nechta taxtalar va Arduino Uno taxtasi kerakligini ko'rishingiz mumkin. Shunday qilib, mikrokontrollerni dasturlash yoki tajriba o'tkazish yoki dasturiy ta'minotga o'zgartirish kiritish uchun sizga dastlab UNO taxtasida mikrokontroller IC kerak bo'ladi, shunda siz dasturni yuklash yoki dasturni o'zgartirish uchun unga USB kabelini ulashingiz mumkin.

Vaqtni taxtada ishlagandan so'ng va mikrokontrolleringiz dasturlashtirilganidan so'ng, siz uni tarmoqdan uzib, prototiplar panelidagi oxirgi qurilgan doimiy soatingizdagi rozetkaga ulashingiz mumkin. Buni qilganingizda antistatik ehtiyot choralariga rioya qilganingizga ishonch hosil qiling. Mikroprosessor bilan ishlashda antistatik bilaguzukdan foydalaning.

3 -qadam: Protoboardda kontaktlarning zanglashiga olib kelishi

O'chirish prototip taxtasida va 30 -sonli AWG simli o'rash simidan foydalangan holda o'tkaziladi. Bu qattiq va ishonchli natijani beradi. Transformatorda kabelning uchida erkak 5 mm vilkasi bo'lganligi sababli, men moslamani yaratish uchun 1/2 dyuymli tekis alyuminiy tasmasini kesib, burish va burg'ulash orqali mos keladigan ayol rozetkani taxtaning orqa tomoniga o'rnatdim. Qavsni 4-40 ta yong'oq va murvat bilan taxtaga mahkamlang. Siz faqat ulagichni kesib, qolgan simlarni taxtaga lehimlab, o'zingizni 20 daqiqalik ishdan qutqarib qolishingiz mumkin edi, lekin men transformatorni doimiy ravishda ulashini xohlamadim. taxtaga.

4 -qadam: Displey uchun rozetka yaratish va unga oyoq berish

Chunki displeyda har bir tomonida 8 ta 16 ta pin bor, ular orasidagi masofa standart 16 pinli IC rozetkasidan kengroq, biz rozetkaning o'lchamini displeyga mos ravishda sozlashimiz kerak. Buning uchun siz ikkita simli kesgich yordamida rozetkaning ikki tomonini bog'laydigan plastmassani kesib, ularni ajratib oling va displeydagi pimlarning oralig'iga mos keladigan bo'shliq bilan taxtaga alohida lehimlang. To'g'ridan -to'g'ri ekran pimlariga lehim qilmaslik va displeyni haddan tashqari qizib ketmasligi uchun buni qilish foydalidir. Siz men qilgan rozetkani tepadagi rasmda ko'rishingiz mumkin.

Displeyni to'g'ri turish uchun, men fotosuratda ko'rsatilgandek, prototip taxtasining pastki ikkita burchak teshigiga ikkita 1 dyuymli boltni bog'ladim. Bu juda zo'r edi, shuning uchun agar shunday qilsangiz, uni barqarorlashtirish uchun murvatlarning orqa qismiga og'ir narsa qo'yishni xohlaysiz.

5 -qadam: O'chirish platasining simini tekshirish va kalibrlashga tayyorgarlik

Elektr platasi simga ulanganidan keyin, lekin ICni ulashdan yoki displeyni yoqishdan oldin, plataning ulanishini DVM bilan tekshirish yaxshidir. Siz ko'pchilik DVM -larni uzluksizlik paytida signal beradigan qilib sozlashingiz mumkin. DVM -ni ushbu rejimga o'rnating, so'ngra sxemaga amal qilib, iloji boricha ko'p elektron ulanishlarni tekshiring. +5V va Ground nuqtalari o'rtasida ochiq kontaktlarning zanglashini tekshiring. Vizual ravishda barcha komponentlar to'g'ri pimlarga ulanganligini tekshiring.

Keyin transformatorni kontaktlarning zanglashiga olib, quvvatlantiring. Har qanday IC yoki displeyni ulashdan oldin, siz 5V kuchlanishli temir yo'lda 5V kuchlanishli elektr tarmog'iga ega yoki yo'qligini tekshiring.

Keyingi bosqichga tayyorgarlik ko'rish uchun faqat OP-Amp U5 IC ni ulang. Bu erda biz kesishgan sxemamiz kvadrat to'lqin hosil qilayotganini tekshiramiz va RV1 potentsiometrini 60 Gts toza signalga moslashtiramiz.

6 -qadam: O'chirish kalibrlash

Faqat kalibrlash - bu detektor ustidagi signalni to'g'ri uzatuvchi RV1 potansiometrini sozlash. Buning ikkita usuli bor:

1. U5 ning 1 -piniga o'lchash moslamasini joylashtiring va o'lchash probining topraklama simini kontaktlarning zanglashiga ulanganligiga ishonch hosil qiling. Keyin yuqoridagi rasmda ko'rsatilgandek toza kvadrat to'lqin bo'lmaguncha RV1 ni sozlang. Agar siz RV1 ni bir tomonga yoki boshqasiga juda uzoqqa sozlasangiz, sizda na kvadrat to'lqin, na buzuq kvadrat to'lqin bo'ladi. Kvadrat to'lqinning chastotasi 60 Gts ekanligiga ishonch hosil qiling. Agar sizda zamonaviy ko'lam mavjud bo'lsa, ehtimol u sizga chastotani aytib beradi. Agar sizda men kabi qadimiy doiraga ega bo'lsangiz, u holda kvadrat to'lqinlar davri taxminan 16.66ms yoki 1/60 soniya ekanligiga ishonch hosil qiling.

2. Chastotali rejimda chastota hisoblagichi yoki DVM yordamida U5 ning 1 -pinidagi chastotani o'lchab, RV1ni aynan 60 Gts ga sozlang.

Ushbu kalibrlash tugagandan so'ng, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi uchun kontaktlarning zanglashiga olib, barcha IC va displeyni ulang.

7 -qadam: Arduino dasturi

Har bir qadamning tafsilotlarini bilib olishingiz uchun dastur to'liq sharhlangan. Dasturning murakkabligi tufayli har bir qadamni ta'riflash qiyin, lekin juda yuqori darajada u shunday ishlaydi:

Mikroprotsessor kiruvchi 60 Gts kvadrat to'lqinni oladi va 60 tsiklni hisoblaydi va har 60 tsikldan keyin soniyalar sonini oshiradi. Sekundlar soni 60 sekundga yoki 3600 tsiklga yetganidan so'ng, daqiqalar soni ortadi va soniyalar soni nolga qaytariladi. Daqiqalar soni 60 daqiqaga yetganda, soatlarning soni ortadi va daqiqalar soni nolga qaytariladi. soat hisobi 13 soatdan keyin 1 ga qaytariladi, shuning uchun bu 12 soatlik soat. Agar siz 24 soatlik soatni xohlasangiz, 24 soatdan keyin soatni nolga qaytarish uchun dasturni o'zgartiring.

Bu eksperimental loyiha, shuning uchun men "O'rnatish va ko'paytirish" tugmachalarini o'chirishni o'chirish uchun "Do-while" tsiklidan foydalanishga harakat qildim. Bu juda yaxshi ishlaydi. O'rnatish tugmachasi bir marta bosilganda, Artırma tugmasidan foydalanib, displeyda ko'rsatilgan soatlarni bosib o'tish mumkin. O'rnatish tugmasi yana bosilganda, oshirish tugmasi yordamida displeyda ko'rsatilgan daqiqalarni bosib o'tish mumkin. O'rnatish tugmasi uchinchi marta bosilganda, vaqt belgilanadi va soat ishlay boshlaydi.

7-segmentli displeylarda har bir raqamni ko'rsatish uchun ishlatiladigan 0 va 1-chi naqshlar Seven_Seg qatorida saqlanadi. Joriy soat vaqtiga qarab, bu naqshlar 74HC595 ICga beriladi va displeyga yuboriladi. Bu ma'lumotni olish uchun displeyning 4 ta raqamidan qaysi biri yoqilgan bo'lsa, mikroprotsessor Dig 1, 2, 3, 4 pinli displey orqali boshqariladi. Tarmoq yoqilganda, dastur birinchi bo'lib Test_Clock deb nomlangan sinov tartibini ishga tushiradi, u har bir displeyni 0 dan 9 gacha bo'lgan yorug'lik bilan ta'minlash uchun to'g'ri raqamlarni yuboradi, shuning uchun agar siz buni yoqsangiz, siz hamma narsani to'g'ri qurganingizni bilasiz..

8 -qadam: qismlar ro'yxati

1 - Transformator 120VAC dan 12VAC gacha taxminan 100ma yoki undan ko'p1 - Prototip taxtasi taxminan 3,5 dyuymli 3,5 dyuymli 1 - 4 raqamli 7 segmentli displey YSD -439K2B -35 yoki unga teng (Sparkfun) 2 - Kichik tenglikni o'rnatish tugmachalari NO (har qanday) 4 - 2N3904 NPN tranzistorlari8 - 330 ohmli rezistorlar2 - 74LS04 olti burchakli inverterlar 1 - 74HC595 ketma -ket parallel 8 bitli o'tish registri 1 - LM358 OP -AMP (Taqqoslovchi) 1 - ATMEGA328P mikrokontroller (Creatron) 4 - 4.7K rezistorlar 7 - 10K rezistorlar1 - 1N4004 yoki 1N4001 diodlar diodlar 1 - 120 ohm, 1/2 V yoki 1 Vt qarshilik 1 - PCB 10K potentsiometr 1 - 470uF 25V kondansatör1 - 7805 TO220 paketli voltaj regulyatori 1 - 10uF 10V kondansatkich2 - 0,1 uF 10V kondansatkichlar 1 - 16 MGts kristalli (Sparkfun) 2 - 22pF kondansatkichlari 1 - Ayol quvvat ulagichi (1) Agar sizda devor transformatori bo'lsa, erkak vilkasini o'rnatish ixtiyoriy) 2 - 16 pinli IC rozetkalari 2 - 14 pinli IC rozetkalari1 - 8 pinli IC soketlari - 28 pinli IC rozetkalari2 - 1 dyuymli uzunlikdagi #4 yoki #6 murvat va mos keladigan yong'oqlar 2 - 1/ 4 dyuymli uzun 4-40 murvat va mos keladigan yong'oqlar1 - 1/2 dyuymli keng alyuminiy tasma va o'lchamiga qadar burg'ulash

#30 AWG simli o'rash sim#22 AWG simli Lehim