ساعت دیجیتال با ثانیه شمار نوری چرخان

نمای ظاهری نمایشگر ساعت دیجیتال معرفی شده در این بخش در شکل 1 نشان داده شده است. در این ساعت به جای این که از شش رقم دیجیتال برای نمایش ساعت شمار، دقیقه شمار و ثانیه شمار استفاده شود، تنها از چهار رقم استفاده گردیده و در دو رقم دیجیتال صرفه جویی شده است. در عوض ثانیه شمار ساعت به وسیله 60 دیود LED به صورت چرخان نمایش داده می شود. این طرز نمایش ثانیه شمار علاوه بر تازگی بسیار جالب و جذاب نیز خواهد بود.

شکل 1 ساعت دیجیتال با نمایشگر دوار

شکل 2 نمودار بلوکی نمایشگر ثانیه چرخان

اساس کار مدار

اساس کار این پروژه به کمک نمودار بلوکی شکل 1 نشان داده شده است. دایره صفحه ساعت به وسیله 60 دیود LED مطابق شکل 1 درجه بندی گردیده است. به ازای هر ثانیه LED بعدی روشن و LED قبلی خاموش می گردد و بدین ترتیب یک ثانیه شمار چرخان به دست می آید.

در هر ثانیه یک پالس به وسیله پایه خروجی 39 (پایه دو نقطه یا colon) از تراشه ساعت 8361 برای این پروژه تأمین می شود. به کمک تراشه های قابل دسترس، فرآیند شمارش به شش بخش که هر یک ده شمارش انجام می دهند تقسیم شده است. لازمه این کار دو شمارنده می باشد، شمارنده ثانیه و شمارنده قسمت (sector counter). خروجی آشکارشده شمارنده ثانیه بین هر شش قسمت، که LED ها را تحریک می نمایند تسهیم می شود (multiplex). خروجی آشکار شده شمارنده قسمت مسیر بازگشت به LED ها را پس از معکوس سازی فراهم می سازد.

توصیف مدار

نقشه شماتیک نمایشگر ثانیه چرخان در شکل 3 نشان داده شده است. با توجه به این که ولتاژ تغذیه ساعت 12V است از تراشه های CMOS قابل دسترس (با ولتاژ کار تا 15V) استفاده شده است. مزیت دیگر تراشه های CMOS مصرف کم توان آنها نسبت به تراشه های TTL می باشد. CD4017 و IC1 یک تراشه شمارنده آشکارساز است. خروجی پایه 39 (1Hz) از تراشه ساعت به پایه 13 تراشه IC1 وصل شده است. شمارنده با هر لبه پایین رونده پالس ورودی پایه 113 یکی افزایش می یابد. با توجه به این که IC1 دارای آشکارساز (decoder) نیزمی باشد، خروجی یک منطقی آشکار شده، همچنان که در شکل 3 نشان داده شده است، در پایه های Q0 تا Q9 ظاهر خواهد شد. خروجی های Q0 تا Q9 از طریق مقاومت های محدود کننده جریان به LED های مربوطه وصل شده اند. کاتد همه LED ها برای داشتن زمین مشترک به هم وصل شده اند. نمایشگر کامل 60 ثانیه ای به شش قسمت، 10 شماره ای تقسیم شده است.

همچنان که در شکل 3 نشان داده شده است، 3S ،2S ،1S و … از قسمت های گوناگون با هم تسهیم (multiplexed) می شوند. پایه 15، ورودی Reset اصلی می باشد که با اعمال یک به آن فعال شده و همه خروجی ها را صفر می نماید. IC3 نیز یک تراشه CD4017 است که دارای شمارنده و آشکارساز (decoder) می باشد و در این جا با اتصال پایه 5 (Q6) به پایه 15 (ورودی MR) به عنوان یک شمارنده تقسیم بر 6 به کار رفته است. شمارنده قسمت با لبه بالارونده اعمالی به پایه 14 آن تحریک می شود. به محض این که هفتمین پالس قسمت دریافت شود، IC3 دوباره به اولین قسمت بر می گردد. تنها خروجی های Q0 تا Q5 مورد استفاده قرار می گیرند که به هنگام فعال بودن یک می شوند. برای فراهم شدن مسیر برگشت جریان LED ها، لازم است که خروجی های قسمت صفر باشند. خروجی های شمارنده قسمت به IC2 CD4069 داده شده است تا آنها را معکوس نماید.

شکل 3 نقشه شماتیک نمایشگر ثانیه چرخان

کلید reset دو شمارنده بالا با ورودی نمایشگر ثانیه ها (پایه 32) و تنظیم سریع (پایه 34) از تراشه ساعت کار می کند (شکل 4). ابتدا کلید نمایشگر ثانیه ها و سپس کلید reset فشار داده می شود که سبب یک شدن خروجی ها هر دو شمارنده CD4017 و پایه تنظیم سریع (پایه 34) از تراشه ساعت می گردد. در نتیجه ثانیه ساعت به همراه ثانیه نمایش داده شده صفر می گردد. هنگام قطع برق، باتری پشتیبان، مدار ساعت داخلی تراشه ساعت را فعال نگه می دارد اما خروجی های قسمت شامل خروجی دو نقطه (1Hz) غیرفعال می شود. این امر باعث از کار افتادن مدار ثانیه های گردان می گردد.

پس از بازگشت برق و پایدار شدن آن، همزمانی نمایشگر ثانیه ها با ساعت واقعی از بین می رود. یک مدار همزمان ساز خودکار با استفاده از یک مشتق گیر (مقاومت 10K و خازن 2.2µF) متصل به پایه های 16 و 20 از تراشه ساعت تشکیل شده است. هرگاه قسمت ‘e’ یا ‘f’ از رقم دقیقه فعال شود مدار بالا یک پالس مثبت تولید می کند که IC1 و IC3 را reset می نماید. پس از بازگشت برق، هنگامی که دقیقه زوج بعدی مثل 0، 2، 4، 6، یا 8 ظاهر می شود، شمارنده ثانیه ها و شمارنده قسمت با تغییر دقیقه واقعی reset می شوند. به عبارت دیگر، این مدار مشکل بالا را فورا رفع نمی نماید بلکه حداکثر 2 دقیقه (در بدترین حالت) زمان لازم دارد.

کارکرد مدار

فرض کنید هنگامی که قسمت 1 فعال است، خروجی صفر به کاتد های مشترک LED1 تا LED10 اعمال شود، خروجی های Q0 تا Q9 یک به یک در فاصله های زمانی یک ثانیه ای یک می گردند. در نتیجه LED1 تا LED10 برای نمایش ثانیه مربوطه روشن و خاموش می گردند. به همین ترتیب پس از ده ثانیه، قسمت دوم فعال می شود، خروجی های صفر به کاتد مشترک LED11 تا LED20 اعمال می شود. حال LED11 تا LED20 یک به یک و ثانیه به ثانیه روشن و خاموش می گردند. این حالت برای هر شش قسمت به همین ترتیب تکرار می شود. بنابراین در ثانیه 60 نمایشگر یک دور کامل (360 درجه) می زند.

سیگنال 1Hz همچنین برای نمایش مرکز صفحه ساعت به کار می رود. هنگامی که این سیگنال صفر می شود، LED مرکز صفحه روشن شده و همزمان LED های نمایشگر ثانیه یک مرحله جلو می روند. با هر روشن و خاموش شدن LED مرکز صفحه، نمایشگر ثانیه 6 درجه می چرخد و بنابراین در یک دقیقه، یک دور کامل می زند.

شکل 4 یک نمونه مدار ساعت دیجیتال با اصلاحات لازم

منبع تغذیه

جریان کل تغذیه سه IC و LED های چشمک زن در هر لحظه از 15mA بیشتر نمی شود. این جریان را می توان به راحتی به وسیله منبع تغذیه ساعت های دیجیتال رومیزی که دارای جریان 300 یا 500 میلی آمپر با ولتاژ 12V هستند تأمین نمود.

مدار چاپی

صفحه مدار چاپی لازم با ابعاد 185mm*185mm در شکل 5 نشان داده شده است. در قسمت بالایی صفحه مدار چاپی، مدار ساعت اصلی، مدار reset و مدار همزمان ساز خودکار قرار گرفته است. در قسمت میانی آن، سه نمایشگر هفت قسمتی LED مستطیلی شکل به ابعاد 5mm * 40 mm جای گرفته است. قسمت پایین صفحه مدار چاپی شامل مدار ثانیه های چرخان و منبع تغذیه می باشد. حلقه ها پیرامون LED ها کشیده شده اند. LED های حلقه های گوناگون از طریق سیم های اتصال (jumper) به قسمت های (sectors) مربوطه همچنان که در شکل 6 نشان داده شده است وصل می شوند. تمام قطعات به جز ترانسفورماتور و کلیدهای تنظیم روی صفحه مدار چاپی نصب می شوند. به سلیقه خود جعبه مناسب برای مدار ساعت و نصب ترانسفورماتور و کلیدهای تنظیم انتخاب نمایید.

شکل 5 نقشه چاپی شامل مدار نمایش چرخان و مدار یک نمونه ساعت دیجیتال

شکل 6 نقشه قطعات مدار چاپی شکل 5

ساخت مدار

مدار را به ترتیب زیر مونتاژ نمایید

1- مدار نمایشگر

2- مدار نوسان ساز /مقسم (۵۳۶۹)

3- مدار ساعت (۸۳۶۱ یا ۸۳۶۲)

4- مدار ثانیه های چرخان (به کمک سه تراشه)

5- مدار منبع تغذیه

6- مدار همزمان ساز /reset خودکار

لیست قطعات پروژه ساعت دیجیتال با ثانیه شمار نوری چرخان

بهتر است پس از مونتاژ هر قسمت آن قسمت را پیش از نصب قسمت بعدی آزمایش نمایید. هر قسمت از مدار نمایشگر باید به وسیله ولتاژ 6 یا 12 ولت با یک مقاومت 1K سری با آن آزمایش شود. خروجی مدار نوسان ساز/مقسم باید دارای فرکانس 60Hz باشد. بعضی از مولتی مترهای دیجیتال دارای فرکانس متر نیز هستند. پس از مونتاژ مدار ساعت، همه قسمت ها باید دارای خروجی باشند. مدار ثانیه های چرخان خروجی های خود را به شش قسمت که هر یک ده LED دارد اعمال می نماید. انجام تذکرات بالا ممکن است وقت گیر باشد اما برطرف ساختن عیب ها پس از مونتاژ کامل بسیار وقت گیر تر خواهد بود.

نظریات خوانندگان

سوال: پس از ساخت مدار و کارکرد آن به مدت طولانی، بعضی اوقات مدار ناپایدار می شود، علت چیست؟

جواب: برای رفع عیب بالا حتما از مدار تغذیه زیر استفاده نمایید.