تبیان، دستیار زندگی
اهداف این جلسه شامل 1- نتیجه گیری در مورد منطق حاکم بر مدار ساعت دیجیتال 2- آشنایی با کانترها 3- آشنایی با آی سی 7492 و مشاهده نحوه کارکرد آن با آزمایش می باشد....
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

ساعت دیجیتال- جلسه ششم


اهداف این جلسه:
1- نتیجه گیری در مورد منطق حاکم برمدار "ساعت دیجیتال"
2- آشنایی با کانترها
3- آشنایی با آی سی 7492 و مشاهده نحوه کارکرد آن با آزمایش
4- کسب مهارت بیشتر دربستن مدار روی بردبورد
5- ترکیب عملی آی سی های شمارشگر و نمایشگر

زمان عملیاتی:
• 10 دقیقه صرف تحویل گرفتن تکلیف جلسه قبل و آماده کردن کلاس برای شروع مبحث جدید
• 20 دقیقه صرف ارائه مطالب بخش اول (شمارشگر)
• 20 دقیقه صرف معرفی آی سی 7492 و توضیح نکات مربوط به آزمایش
• 30 دقیقه صرف بستن مدار اول و انجام آزمایش
• 30 دقیقه صرف بستن مدار دوم و انجام آزمایش
• 10 دقیقه صرف توضیح تکلیف جلسه بعدی
(مجموعاً این جلسه در حدود دو ساعت خواهد بود.)

 وسایل لازم :
1- دفتر ثبت فعالیت کلاسی گروه ها
2- کامپیوتر و امکانات نمایش تصویر برای ارایه عکس ها
3- وسایلی که در زیر نام می بریم مورد نیاز یک گروه است. پس باید این مجموعه به تعداد گروه ها تهیه گردد:
 بردبورد - 1 عدد
منبع تغذیه DC یا آداپتور – 1 عدد
 سیم های مفتولی رنگی – به میزان لازم
 سیم چین
 آی سی 7448 – 1عدد
 آی سی 7492 – 1 عدد
 رگولاتور شماره 7805 – 1عدد
 سون سگمنت "کاتد مشترک" – 1عدد
      LED  عدد– 3
 مقاومت 1 کیلو اهمی – 4عدد
 تاپ سوئیچ – یک عدد
 سوزن های منگنه – مقداری
 قلم و کاغذ

 روند کار:

1- شمارشگر(کانتر) :
با توجه به تمام مطالبی که در مورد "اساس کار ساعت دیجیتال" گفته و بحث کرده ایم ، اکنون می توانیم یک جمع بندی کلی انجام دهیم:
1- صرفنظر از معنی و مفهوم زمان ، انسان از دیرباز با توجه کردن به پدیده های تکرار شونده طبیعی توانسته گذشت زمان را اندازه بگیرد.
2- "ساعت دیجیتال" وسیله ایست که با توجه همین اصلی که مطرح کرده ایم ، ولی با دقت بسیار بیشتر ، گذشت زمان را اندازه می گیرد.
3- از لحاظ منطقی مدار "ساعت دیجیتال" از سه بخش اصلی تشکیل شده :
a) قلب دستگاه : تولید سیگنال با فرکانس معین (پالس های این سیگنال به منزله پدیده تکرار شونده منظم می باشند )
b) شمارشگر : شمردن پالس های تولید شده
c) نمایشگر : نمایش نتیجه شمارش روی 7segment

در جلسات قبلی با آی سی ها و مداراتی که می توانند بخش های a و c را عملی نمایند آشنا شدیم:
- آی سی 555 را بعنوان یک آی سی ساده تولید کننده سیگنال ولتاژ شناختیم.
- آی سی 7448 را نیز بعنوان یک نمونه از آی سی های نمایشگر یا راه انداز سون سگمنت مورد آزمایش قرار دادیم.

این جلسه در نظر داریم با یک نمونه از آی سی های شمارشگر آشنا شویم. آی سی های شمارشگر یا کانتر (Counter) ، آی سی هایی هستند که صرفنظر از تنوع بسیار زیاد آنها ، در این اصل مشترکند که : سیگنالی را توسط پایه ورودی دریافت می کنند ، تعداد پالس ها را می شمارنده و آن را روی پایه های خروجی بصورت یک عدد باینری نمایش می دهند.
بعبارت دیگر در ابتدا  عدد مربوط به پالس را 0 در نظر می گیرند، ولی با ورود اولین پالس ولتاژ ، خروجی را 1 می کنند. با ورودی دومین پالس ، خروجی 2 می شود و به همین ترتیب.

البته سقف شمارش در این آی سی ها محدود است. مثلاً بعضی کانتر ها تا 6 می شمارند ، برخی تا 12 ، برخی تا 15 و ...
وقتی تعداد پالس ها به سقف معینی رسید ، خروجی آی سی صفر می شود و شمارش از اول شروع خواهد شد.
برخی کانترها با هر دو پالسی که دریافت می کنند به عدد خروجی یکی اضافی می کنند. یعنی تعداد پالس های ورودی را تقسیم بر 2 می کنند و به خروجی می فرستند. به این کانترها اصطلاحاً divide 2 گفته می شود.
کانترهای divide 4 و divide 8 و ... هم در بازار موجود می باشد.

نکته :
برای اینکه بتوان محدودیت حد بالای شمارش را در آی سی های کانتر افزایش داد ، باید چند کانتر را با هم سری نمود.


2- آشنایی با "آی سی 7492" :
حتماً برای انجام تکلیف جلسه قبل به اینترنت سر زده اید و احتمالاً دیتا شیت مربوط به این آی سی را نیز پیدا کرده اید.
این آی سی 14 پایه دارد . شکل شماتیک و نام گذاری پایه های آن بصورت زیر می باشد :

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

این آی سی کاربردهای متنوعی دارد و ما باید مطابق با کاربردی که فعلاً برای آن در نظر گرفته ایم از پایه های آن استفاده کنیم.
دو تا از پایه ها مانند تمام آی سی های دیگر به تغذیه خود آی سی اختصاص دارد : 5 و 10
دو تا از پایه ها clock هستند که ورودی سیگنال محسوب می شود:
Clock A , Clock B که به ترتیب پایه های 1 و 14 هستند.
پایه های 8 و 9 11 و 12 خروجی آی سی هستند که ما فعلاً فقط از سه تای آنها استفاده می کنیم.
پایه هایی که با NC مشخص شده اند معمولاً به جایی وصل نمی شوند.
پایه های 6 و 7 هم با توجه به کاربرد آی سی نقش های متفاوتی پیدا می کنند که در اینجا نیازی نیست وارد این مبحث شویم.
این آی سی هم مانند آی سی 7448 به خانواده TTL اختصاص دارد و نسبت به تغییرات ولتاژ تغذیه حساس بوده و اگر ولتاژ مثبت تغذیه آن از بازه 4.75 تا 5.25 خارج شود ، آی سی آسیب می بیند. به همین دلیل در استفاده از این آی سی هم همانند جلسه قبل باید از رگولاتور استفاده کنیم. استفاده از رگولاتور 7805 برای تنظیم ولتاژ روی 5 ولت مناسب است:

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

3- آزمایش اول : شمارش پالس و نمایش به صورت باینری
این آزمایش بسیار ساده است. می خواهیم طرز کار آی سی 7492 را ببینیم.
خودمان بصورت دستی و به وسیله یک کلید ولتاژ ورودی را قطع و وصل می کنیم و پالس ایجاد می کنیم. خروجی آی سی هم که بصورت یک عدد باینری است از روی روشن و خاموش بودن LED ها مشاهده می کنیم.

نکته :
سقف شمارش در این آی سی 6 می باشد. پس در مدار اصلی مان می توانیم از آن برای شمارش رقم دهگان ثانیه و دقیقه استفاده کنیم.

سه تا از پایه های خروجی در نقش سه رقم ما در مبنای 2 هستند. ما آنها را به LED وصل می کنیم. اگر LED هر پایه روشن بود ، یعنی روی آن پایه ولتاژ مثبت هست ، یعنی 1 است. و هر LED که خاموش باشد نشانه 0 بودن آن پایه است.
نقشه مداری که باید روی برد بورد ببندیم به صورت زیر می باشد:

ساعت دیجیتال - جلسه ششم


نقشه شماتیک از مدار تست 7492



کلیدی که در این قسمت برای قطع و وصل دستی ولتاژ ورودی و تولید پالس استفاده می کنیم از نوع تاپ سوئیچ (Top Switch) می باشد.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم
Top Switch


نکته ای که هنگام قرار دادن این قطعه در پایه ورودی آی سی باید مورد توجه قرار گیرد این است که یکی از پایه های آن را در ردیف پایه ورودی مربوطه قرار می دهیم و پایه دیگرش را در یک ردیف پنج نقطه ای خالی. بین ردیفی از بربورد که پایه تاپ سوئیچ و ورودی آی سی قرار گرفته اند با ردیف ولتاز منفی کنار بردبورد ، یک مقاومت کوچک یک کیلو اهمی قرار می دهیم. پایه دیگر تاپ سوئیچ که در یک ردیف خالی قرار گرفته نیز با یک قطعه سیم به ردیف ولتاژ مثبت کنار بردبورد وصل می کنیم. بدین ترتیب در حالت عادی ورودی آی سی به ولتاژ منفی است ولی با هر بار فشردن کلید و رها کردن آن یک پالس مثبت وارد آی سی می شود.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

نکته :
برای اتصال نقاط نه چندان دور روی بردبورد ، برای راحتی کار و تمیز تر شدن مدار ، می توان از سوزن های خم نشده منگنه استفاده کرد. البته فقط در شرایط که با هم برخورد نداشته باشند و اتصالی ایجاد نشود.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

مراحل پیاده سازی مدار روی بردبورد :
1- ابتدا آی سی 7492 را روی بردبورد جا می زنیم. (مانند آی سی های قبلی حتماً روی شیار بردبورد )
2- پایه های آی سی را مطابق با جدول زیر به محل های مربوطه وصل می کنیم:

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

3- تاپ سوئیچ را مطابق توضیحی که در بخش قبلی دادیم روی بردبورد جا می زنیم. پایه ای را که به ورودی آی سی وصل شده ، با واسطه یک مقاومت یک کیلو اهمی به ولتاژ منفی ، و پایه دیگر آن را به ولتاژ مثبت اتصال می دهیم.
4- سه تا LED را در قسمت دیگری از برد بورد کنار هم جا می زنیم به نحوی که پایه منفی آنها به ردیف ولتاز منفی کنار بردبورد وصل باشد و پایه های مثبت آنها هر کدام در یک ردیف 5 نقطه ای مجزا قرار گیرد.
5- LED سمت راست را که در نقش رقم اول عدد باینری است با یک مقاومت یک کیلو اهمی به پایه 12 آی سی یعنی Q(A) وصل می کنیم.
6- LED وسطی را که در نقش رقم دوم عدد باینری است با یک مقاومت یک کیلو اهمی به پایه 11 آی سی یعنی Q(B) وصل می کنیم.
7- LED سمت چپ را که در نقش رقم سوم عدد باینری است با یک مقاومت یک کیلو اهمی به پایه 9 آی سی یعنی Q(C) وصل می کنیم.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

8- مطابق آنچه که در جلسه قبل انجام دادیم ، رگولاتور 7805 را بخش دیگری از بردبورد جا می زنیم .
9- سیمی که ولتاز مثبت آداپتور را حمل می کند به پایه Input رگولاتور وصل می کنیم.
10- سیمی که ولتاژ منفی آداپتور را حمل می کند به پایه Ground رگولاتور وصل می کنیم.
11- پایه های output و Goround رگولاتور را به ردیف های مثبت و منفی کنار بردبورد وصل می کنیم تا آی سی ها از این خطوط تغذیه شوند.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

12- بهتر است با یک سیم ردیف های ولتاژ مثبت و ولتاژ منفی یک طرف بردبورد را به ردیف های همنام شان در طرف دیگر اتصال دهیم تا در هر دو سمت بردبورد ولتاژ مثبت و منفی در دسترس باشد و سیم کشی ها راحت تر شود.


مراحل انجام آزمایش :
با برقرار جریان در مدار ، آزمایش آغاز می شود. با هر بار فشردن تاپ سوئیچ یک پالس ولتاژ وارد آی سی می شود و به عدد خروجی یکی اضافه می شود ، تا زمانیکه 6 بار شمارش صورت گرفته باشد که در این مرحله خروجی مجدداً  خواهد شد.

نکته :
تاپ سوئیچ در انتقال پالس بسیار حساس است. گاهی ما فقط یک بار آن را می فشاریم ولی به علت لرزش های خیلی خفیف دست دو بار یا بیشتر عمل قطع و وصل و فرستادن سیگنال اتفاق می افتد و ممکن است این شبهه پیش آید که اعداد به ترتیب بالا نمی روند. برای کاهش خطا پیشنهاد می شود از یک وسیله نوک تیز و قابل دسترس (مثل نوک اتود) برای فشردن تاپ سوئیچ استفاده کنید، گرچه باز هم خطا به صفر نمی رسد!

تصاویر هر مرحله از آزمایش :

ساعت دیجیتال - جلسه ششم
پالس اول و نمایش عدد باینری 001

ساعت دیجیتال - جلسه ششم
پالس دوم و نمایش عدد باینری 010

ساعت دیجیتال - جلسه ششم
پالس سوم و نمایش عدد باینری 011

ساعت دیجیتال - جلسه ششم
پالس چهارم و نمایش عدد باینری 100


ساعت دیجیتال - جلسه ششم
پالس پنجم و نمایش عدد باینری 101

ساعت دیجیتال - جلسه ششم
پالس ششم و رسیدن به سقف شمارش و ریست شدن مدار

4- آزمایش دوم : شمارش پالس و نمایش روی سون سگمنت
آزمایش دوم این جلسه تقریباً ترکیبی از آزمایش اول امروز است با آزمایش جلسه قبلی. یعنی ترکیب یک شمارشگر با یک نمایشگر. یعنی یک گام جلوتر برای رسیدن به مدار اصلی "ساعت".
این آزمایش اصلا ً مشکل نیست و اگر در بستن مدار دقت کنید نتیجه خوبی به دست می آید.
توضیح خاصی در مورد منطق مدار لازم نیست . چون با انجام دو آزمایش قبلی کاملا ً در جریان کار قرار گرفته اید. فقط این نکته لازم به ذکر است که LED ها و مقاومت های مربوط به آنها از مدار شمارشگر حذف می شوند و پایه های خروجی آی سی شمارشگر (7492) به پایه های ورودی آی سی نمایشگر (7448) وصل می شود و عدد باینری تولید شده توسط 7492 به مبنای 10 برده شده و روی سون سگمنت نمایش می یابد.
نقشه مداری که باید روی برد بورد ببندیم به صورت زیر می باشد:
ساعت دیجیتال - جلسه ششم
نقشه شماتیک مدار ترکیبی 7448 و 7492


مراحل پیاده سازی مدار روی بردبورد :
مداری را که برای آزمایش قبلی بسته اید باز نکنید و فقط تغییرات زیر را روی آن انجام دهید :
1- هر سه LED و مقاومتهای مربوط به آنها را از مدار خارج کنید.
2- به فاصله کمی از آی سی 7492 نصب شده روی بردبورد ، یک آی سی 7448 روی شیار بردبورد جا می زنیم.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم


شکل شماتیک آی سی شماره 7448


3- مطابق جدول مربوط به پایه های آی سی 7448 ، پایه های 3 و 4 و 16 را به ردیف ولتاژ مثبت برد بورد وصل می کنیم.
4- پایه 8 به ردیف ولتاژ منفی وصل می شود.
5- یک سون سگمنت کاتد مشترک را با فاصله از آی سی و روی شیار وسط بردبورد جا می زنیم.
6- یکی از پایه های مشترک سون سگمنت را به ردیف ولتاژ منفی وصل می کنیم.
7- مطابق با شکل شماتیک آی سی 7448 ، هر کدام از پایه های خروجی آی سی را با سیم به پایه همنامش روی سون سگمنت وصل می کنیم.
8- رگولاتور و سیم کشی مربوط به آن را تغیر نمی دهیم.

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

9- پایه 6آی سی 7448 را که D نام دارد به ردیف ولتاژ منفی وصل می کنیم.
10- پایه 12 آی سی 7492 را که Q(A) نام دارد با یک قطعه سیم به پایه 7 آی سی 7448 که A نام دارد وصل می کنیم.
11- به همین ترتیب Q(B) را به B و Q(C) را به C وصل می کنیم.
12- Q(D) به هیچ جا وصل نشود.

مراحل انجام آزمایش :
روش آزمایش مطابق آزمایش قبلی است.
با دست یا با یک وسیله مناسب مانند نوک اتود ، تاپ سوییچ را برای لحظه ای می فشاریم و رها می کنیم تا یک پالس مثبت ایجاد شود.
اگر در ابتدا عددی که روی سون سگمنت نمایش می یابد درست نیست ، چند بار تاپ سوییچ را فشار دهید تا عدد 0 را ببینید. سپس به آرامی و با دقت مرحله به مرحله با تاپ سوئیچ پالس وارد مدار می کنیم و شمارش آن را روی سون سگمنت مشاهده می کنیم. شمارش از 0 تا 5 صورت می گیرد و با ششمین پالس خروجی صفر می شود.

تصاویر هر مرحله از آزمایش :

ساعت دیجیتال - جلسه ششم

تکلیف:

سعی کنید Data sheet مربوط به آی سی های 4026 و 7400 را از اینترنت یا هر منبع دیگری پیدا کرده، در حدی که برایتان قابل فهم است آن را مطالعه کنید و نتایج خود را در جلسه بعد کتباً تحویل دهید.
به اختصار می توان گفت که آی سی 4026 یک آی سی شمارشگر و نمایشگر همزمان است. یعنی کار دو آی سی را به تنهایی انجام می دهد و سقف شمارش آن 10 می باشد.
آی سی 7400 مجموعه ای از چند واحد مشابه است. هر واحد دو ورودی و یک خروجی دارد و روشن یا خاموش بودن خروجی بستگی به وضعیت دو ورودی دارد.
برای جستجو بهتر است از سایت www.google.com استفاده نمایید.


ارزیابی
در طول این جلسه در موارد زیر دانش آموزان را مورد ارزیابی قرار دهید و نتیجه را در دفتر ثبت کنید:
1- میزان مشارکت همه اعضای گروه در کارها
2- میزان مهارت در بستن مدارها ، خصوصاً سیم کشی بین آی سی ها
3- توانایی بستن مدار از روی نقشه شماتیک
4- نتیجه گیری صحیح از آزمایش ها

منابع بیشتر