Popis funkce čítací/zobrazovací části (IC5 – IC8)
V předchozím odstavci jsme se pro lepší pochopení zapojení hodin věnovali samotnému obvodu 4026, nyní se vrátíme zpět k minutovému pulsu, budeme sledovat jeho putování a dělení.
Přes rezistor R2 přivádíme minutový puls (kmitočet o frekvenci 1/60 Hz) na vstup
CLK obvodu IC5, který čítá a zobrazuje jednotky minut od nuly do devíti. Při přetečení, což je skok čítače z devítky na nulu, dojde ke změně log. hodnoty z L na H (náběžná hrana) na výstupu
CO, který je napojen na vstup
CLK obvodu IC6, který zajišťuje čítání a zobrazování desítek minut. Náběžná hrana, kterou vyšle předchozí čítač při přetečení, tak způsobí skok o jedničku nahoru na čítači IC6 – desítek minut.
Signál, který je přiváděn na
CLK IC6 je tak desetinásobně nižší frekvence (1/600 Hz), než tomu bylo u minutového pulsu. Jak známo, desítky minut známe pouze do šedesáti. Potřebujeme přirozený cyklus čítače 0-9 zkrátit na 0-5 (bylo by nelogické sledovat na hodinách například 12:76). K tomu využijeme funkce vstupu RES (reset, aktivní při H). Přivedením log. 1 zapříčiníme vynulování čítače a jeho opětovné čítání. Ale jak udělat reset zrovna při pokusu o načtení čísla šest? Pomocí třívstupého hradla AND realizovaného z diod D1, D2, D3 a R4. Katody diod považujme za vstupy, spojení anod s R4 za výstup. Pro některé z Vás možná bude rozumné vysvětlit funkci AND. Výstup se chová dle stavu na svých vstupech. Abychom získali na výstupu hradla AND úroveň H, je nutné mít H i na všech vstupech. Naopak, stačí, aby se alespoň na jednom vstupu objevila úroveň L a na výstupu bude rovněž L. Funkci reset nám vyvolá pouze úroveň H. Výstup hradla je napojen přímo na reset (RES IC6), takže teď už snad všichni odvodí, že reset nastane v případě, že na všech vstupech hradla bude úroveň H – což je podmíněno tím, že budou buzeny najednou segmenty E, F, G, na které jsme katodami diod napojeni. Aby v jednu chvíli svítily tyto segmenty, potřebujeme zobrazovat buď číslo šest nebo osm. U čítače tyto podmínky splní dříve číslo šest nežli osm, takže reset nastane při pokusu o zobrazení čísla šest. Dříve, než se vůbec stihne číslice šest zobrazit, však obvod resetujeme a čítací cyklus začíná znovu od nuly.
Teď se dostáváme k velmi zajímavé vlastnosti obvodu 4026. Asi budete přemýšlet nad tím, jaktože se puls indikující přetečení (výstup
CO) vyskytne i přes to, že jsme čítací cyklus násilně zkrátili. Vysvětlení je prozaické. Stačí pozorovat chování výstupu CO. Při stavu čítače od 0 do 4 na něm naměříme úroveň H, zatímco od 5 do 9 L. Vstup
CLK reaguje pouze na náběžnou hranu, tedy změnu stavu z L na H. Pokud tedy obvod 4026 vyresetujeme ve chvíli, kdy zobrazujeme čísla 5 – 9, na výstupu CO se změní stav z L na H (při zobrazování nuly, která se objeví po resetu, je na
CO úroveň H). Tím vznikne náběžná hrana, kterou můžeme použít pro čítání dalšího stupně. Ovšem, v případě, že obvod vyresetujeme při čísle 0-4, k žádné změně na CO nedojde, stále zůstává úroveň H. Toto chování výstupu
CO se nám velmi hodí, protože díky němu dochází při resetu po čísle pět (IC6 desítky minut) na
CO k nástupné hraně, která posune stav čítače IC7 (jednotky hodin) o jedničku.
CO IC6 a CLK IC7 jsou pochopitelně propojeny.
Dostáváme se k čítání samotných hodin. Jednotky hodin potřebujeme čítat buďto do 9 (9:59) nebo do 3 (23:59). Desítky hodin v případě naší stavebnice (24h mód) čítáme pouze do dvou (
23:59). Podmínky resetu jsou tentokrát trochu náročnější. Je jasné, že po čas 23:59 chceme zobrazit 0:00. U jednotek minut dojde k opětovnému čítání po devítce, u desítek minut máme zkrácený cyklus, takže po pětce bude také nula, ovšem u jednotek hodin a desítek hodin musíme zabezpečit, že dojde k resetu jejich čítačů/budičů IC7 a IC8 v případě, že by se na jednotkách hodin mělo zobrazit číslo 4 a na desítkách hodin číslo 2. (24:00 vyresetovat na 0:00). Opět využijeme hradla AND sestaveného z diod a rezistoru (D4, D5, D6, R5). Fungování takto složeného hradla nebudu podruhé rozvádět, takže zkráceně – pokud budou buzeny segmenty F, G obvodem IC7 a zároveň segment G obvodem IC8, což je podmínka, kterou splňuje zobrazování 24 hodin, dojde k vyresetování obou obvodů (IC7 i IC8), jelikož výstup hradla (anody diod + R5) je připojen k oběma vstupům RES.
U desítek hodin (IC8) využíváme funkce vypnutí displeje pro časy 0:00 – 9:59. V případě verze se zásuvnými displeji nulu pouze potlačujeme (způsobeno vysokým zatížením obvodu displejem). U verze s většími displeji PT035 postavenými z hranatých diod dochází k vypnutí nuly, samotné obvody 4026 jsou totiž minimálně zatíženy, jelikož na displejích PT035 jsou budicí tranzistory a signály z CMOS 4026 přiváděny pouze na jejich báze.
Ke zhasnutí displeje potřebujeme na DEI IC8 přivést logickou nulu a to pouze v případě, že by jinak byla na displeji vykreslena nepotřebná (08:47). Na desítkách hodin se střídají pouze tři čísla: 0, 1, 2. Nulu zobrazovat nechceme. Když si představíme, které segmenty displeje se pro zobrazení těchto číslic využívají, zjistíme, že nula má jedinečný pouze segment F (který není u jedničky ani dvojky buzen). Využijeme jej k otevření tranzistoru T1, kterým svedeme vstup DEI k zemi, tedy do úrovně L. R8 nám zabezpečuje přivádění úrovně H v případě, že T1 není sepnut.
Když už jsme u tranzistorů, zmíníme se také o funkci T2. Na výstupech
Q0 –
Q7 obvodu IC2 bezproblémově naměříme signál o frekvenci 1Hz a střídě 1:7 (H:L). Tyto pulsy jsme využili pro indikaci sekund pomocí dvou LED diod, které jsou umístěny standardně mezi hodinami a minutami. Abychom IC2 nepřetěžovali, přivádíme signál 1Hz z výstupu Q7 na bázi tranzistoru T2, který spíná samotnou dvojtečku složenou ze dvou LED diod v sérii s rezistorem R7.
Displeje
Stavebnice se dodává buďto se sériově vyráběnými červenými displeji s výškou číslice 45mm nebo stavebnicí PT035 umožňující sestavení větších 85mm vysokých displejů zelené barvy. Obě varianty jsou se společnou katodou – jednotlivé segmenty se budí kladným napětím.
červené zásuvné displeje:
PT035
85 mm vysoké displeje, kde je jedna číslice utvořena ze 140 kusů zelených LED diod, které se pájí na dodané plošné spoje. Každý spoj je navržen pro dvě číslice a oddělovací dvojtečku – před stavbou jednu dvojtečku uřežte (za jednotkami minut). Ke spojení plošných spojů jsou na desce vytvořeny pájecí plošky. Před spájením doporučuji desky obrousit tak, aby pájecí plochy dosedaly těsně k sobě. Displeje jsou navrženy na míru stavebnici PT011B, plošné spoje PT035 a PT011B lze po postavení jednoduše uchytit k sobě pomocí 4 šroubů M3 a 12ti matiček. Vodivé spojení jednotlivých segmentů mezi PT011B a PT035 je však nutné realizovat izolovanými vodiči. K displejům se dodává jednořadá lámací patice, kterou můžete použít pro případ, že budete chtít displeje PT035 kdykoli a bez potíží odpojit. Provozní napětí displejů je 10 – 13,5 V, pokud hodiny PT011B napájíte v rozmezí tohoto napětí, můžete kladný pól displejů propojit s pinem + na napájecí svorkovnici hodin. V případě, že jsou hodiny napájeny napětím vyšším, než 13,5V, můžete napojit napájení displejů na výstup stabilizátoru hodin, tedy „+“ zdířka PT035 na třetí pin IC9 – tedy krajní vývod, který je hned vedle D7 na spoji PT011B.
Konstrukce
Plošný spoj je jednostranný o rozměrech 167 x 56 milimetrů. Veškeré součástky kromě LED diod a patic pro displeje se pájí klasicky ze strany součástek. Ke stavebnici jsou dodávany patice pro integrované obvody, takže pokud nevlastníte mikropájku, nemusíte se bát zničení obvodů. Jako první zapájejte 21 propojek na DPS. Pak pokračujte od nejnižších součástek až po ty nejvyšší. Nakonec, pokud se jedná o verzi s normálními displeji, zapájejte ze strany spojů precizní jednostranné patice na pozice DIS1A – DIS4B a LED diody dvojtečky (LD1, LD2). Nyní můžete opatrně osadit displeje do patic podle klíče na plošném spoji – tak, aby tečky na displejích byly orientovány stejně, jako cínové plošky na plošném spoji. Patice zajišťují jednoduchou odnímatelnost displejů a tím v případě potřeby přístup k samotnému plošnému spoji.
Pokud budete připojovat displeje PT035, součástky LD1, LD2, R7, R9 a T2 se na hodinách neosazují, pouze se propojí zdířky „DVOJTECKA“ (pod stejným označením na obou spojích). Nezapomeňte propojit také GND mezi displeji a hodinami. Jednotlivé segmenty, jak už bylo uvedeno výše, je nutné propojovat vodiči, které buďto oboustranně zapájíte, nebo na stranu u hodin připojíte k protikusu precizní patice a poté pouze propojíte, budete-li chtít v budoucnu spoj hodin od displejů jednoduše odpojit.
Zakoupili jste si stavebnici digitálních CMOS hodin s volitelnými LED displeji, což znamená, že máte při koupi na výběr ze dvou různých zobrazovačů – klasické červené sedmisegmentové displeje s výškou číslic 45 mm nebo zelené displeje PT035 složené z LED diod s výškou číslic 85 mm. LED diody si však u těchto displejů budete muset sami zapájet, což ne každému vyhovuje. Ze zkušeností z různých elektrotechnických soustředění dětí a mládeže však víme, že vedoucí uvítají stavebnice, které konstruktéra zaměstnají za přiměřenou cenu na několik hodin.
