Como projetar um relógio digital?

[Danie1 Net0]

Baseado em alguns circuitos encontrados na internet estou tentando projetar um relógio digital com componentes que tenho em mãos, e o primeiro desafio será construir o gerador de clock de 1Hz. Pretendo utilizar um cristal oscilador de 32768Hz, porém o maior divisor que tenho são dois CD4040, então a dúvida é se posso utilizar um CI para fazer uma primeira divisão por 4096 e mandar essa saída para um segundo CI fazer uma divisão por 8 resultando em 1Hz. Represento essa ideia no diagrama que segue em anexo. Esse projeto será funcional?

[Renato.88]

Com o 4060 e um cristal desses se consegue 2Hz.

Eu fiz um relógio desses, usei um 4060 e um 4040, meu cristal é de 4194304Hz.

[devair1010]

@Danie1 Net0     nao estou encontrando o esquema em anexo ,  mas sua ideia. de dividir a frequencia esta certa ,  inclusive foi assim mesmo que construi um relogio digital usando o ci 5402  , conforme explicado no projeto do Newtom C. Braga na revisata Eletronica Saber de 1984 ou voce pode ver na internet tambem ,   e como ocilador ele usou a propria rede eletrica que tem pulsos regulares de 60  HZ  e tambsm tem um ociador de emergencia , para o caso de faltar energia ele funcionar com Pilhas e usando ci 555 .

[Danie1 Net0]

Não consegui anexar a imagem antes pois estava dando erro pelo celular, mas agora está disponível. 

adicionado 5 minutos depois

43 minutos atrás, devair1010 disse:

@Danie1 Net0     nao estou encontrando o esquema em anexo ,  mas sua ideia. de dividir a frequencia esta certa ,  inclusive foi assim mesmo que construi um relogio digital usando o ci 5402  , conforme explicado no projeto do Newtom C. Braga na revisata Eletronica Saber de 1984 ou voce pode ver na internet tambem ,   e como ocilador ele usou a propria rede eletrica que tem pulsos regulares de 60  HZ  e tambsm tem um ociador de emergencia , para o caso de faltar energia ele funcionar com Pilhas e usando ci 555 .

Acho que obter o ciclo da rede se torne um pouco menos prático, por isso optei por gerar o clock. Um semicondutor para essa aplicação é muito instável, não? Fora que os resistores e capacitores necessários para formar o circuito são bastantes imprecisos.

adicionado 8 minutos depois

50 minutos atrás, Mestre88 disse:

Com o 4060 e um cristal desses se consegue 2Hz.

Eu fiz um relógio desses, usei um 4060 e um 4040, meu cristal é de 4194304Hz.

Para essa finalidade o 4060 é o mais usado, não é? Porém não o tenho em mãos, e se eu encontrá-lo por aqui custará quase uns R$ 10,00.

[Renato.88]

Para fazer usando os 60Hz da rede não é difícil, dá pra usar o 4040 para fazer o divisor, vai precisar de um Schmidt trigger pra transformar a senoide em onda quadrada. 

Osciladores RC para fazer relógios não são uma boa opção, até mesmo o sinal da rede é mais preciso. 

 

O 4060 é o mais usado porque já tem o oscilador embutido, basta colocar o cristal. 

 

E quanto aos contadores, decodificadores e display? Quais você vai usar? 

[Danie1 Net0]

6 horas atrás, Mestre88 disse:

Para fazer usando os 60Hz da rede não é difícil, dá pra usar o 4040 para fazer o divisor, vai precisar de um Schmidt trigger pra transformar a senoide em onda quadrada. 

Osciladores RC para fazer relógios não são uma boa opção, até mesmo o sinal da rede é mais preciso. 

 

O 4060 é o mais usado porque já tem o oscilador embutido, basta colocar o cristal. 

 

E quanto aos contadores, decodificadores e display? Quais você vai usar? 

Eu não uso os 60Hz da rede porque é necessário um transformador, e meu conhecimento sobre isso é nulo. Esse circuito com o cristal e os 4040 funciona ou é só viagem minha? Quanto aos contadores, pretendo utilizar o 4029 e os decodificadores para display de 7 segmentos 4511.

[Renato.88]

Não tem como ligar o cristal diretamente ao 4040, precisa de um circuito adicional feito com qualquer porta lógica inversora. 

Dos cis CMOS tem vários que podem ser adaptados para formar o oscilador. 

[aphawk]

@Danie1 Net0 ,

 

Quanto aos dois CD4040 , nao vejo problema nenhum.

 

Mas esse seu oscilador usando esse 74HC132 ... ele tem circuito Schimitt trigger na entrada, não sei se vai funcionar com esse cristal. 

 

Use outro CI comum para garantir...

 

Paulo

[Danie1 Net0]

58 minutos atrás, Mestre88 disse:

Não tem como ligar o cristal diretamente ao 4040, precisa de um circuito adicional feito com qualquer porta lógica inversora. 

Dos cis CMOS tem vários que podem ser adaptados para formar o oscilador. 

Não seria esse o papel das portas NAND ligadas em curto formando portas NOT?

[Renato.88]

5 horas atrás, Danie1 Net0 disse:

Não seria esse o papel das portas NAND ligadas em curto formando portas NOT?

Isso aí, eu não tinha visto o esquema. Não estava abrindo, vi agora. 

Eu também não tenho certeza se o 74132 vai funcionar com esse cristal, esses aí de baixa frequência são meio chatos pra funcionar. 

[Danie1 Net0]

10 minutos atrás, Mestre88 disse:

Isso aí, eu não tinha visto o esquema. Não estava abrindo, vi agora. 

Eu também não tenho certeza se o 74132 vai funcionar com esse cristal, esses aí de baixa frequência são meio chatos pra funcionar. 

Qual CI funcionaria sem problemas?

[Renato.88]

8 minutos atrás, Danie1 Net0 disse:

Qual CI funcionaria sem problemas?

4001, 4011, 4069, 4023, 4093. 

[Danie1 Net0]

12 minutos atrás, Mestre88 disse:

4001, 4011, 4069, 4023, 4093. 

Eu tenho disponível o 4001 e o 4011. Substituindo o 74HC132 por algum desses citados então o circuito será funcional para o relógio?

[Renato.88]

14 minutos atrás, Danie1 Net0 disse:

Eu tenho disponível o 4001 e o 4011. Substituindo o 74HC132 por algum desses citados então o circuito será funcional para o relógio?

Sim, posso garantir porque com esses aí já vi funcionando nesse tipo de cristal. 

[Danie1 Net0]

Fiquei curioso a respeito do 4060, em que foi mencionado que há um oscilador interno, como assim? Na aplicação prática qual será a diferença da saída de clock em comparação ao 4040? 

[Renato.88]

Dentro do 4060 tem duas portas inversoras com os terminais expostos pra ligar o cristal, assim como você faz com o ci 4001 por exemplo. 

Já no 4040 tem somente os flip flops de contagem e nada mais. 

 

Procure o datasheet desses cis que você vai entender melhor. 

[Intrudera6]

Em 16/08/2018 às 12:14, Danie1 Net0 disse:

Baseado em alguns circuitos encontrados na internet estou tentando projetar um relógio digital com componentes que tenho em mãos, e o primeiro desafio será construir o gerador de clock de 1Hz. Pretendo utilizar um cristal oscilador de 32768Hz, porém o maior divisor que tenho são dois CD4040, então a dúvida é se posso utilizar um CI para fazer uma primeira divisão por 4096 e mandar essa saída para um segundo CI fazer uma divisão por 8 resultando em 1Hz. Represento essa ideia no diagrama que segue em anexo. Esse projeto será funcional?

 

Acho que você quer fazer um relógio da maneira mais difícil, que é com portas lógicas e flip-flops, o que é muito educativo mas pouco prático e mais caro. Mas mesmo assim você pode usar um cristal com compensação de temperatura, hoje eles são bastante baratos (e extremamente precisos).

 

No meu caso eu partiria logo para um DS3231 (ele é um TCXO - "temperature compensated crystal oscillator"  com erro máximo de 2 ppm) e utilizaria um ESP8266 ou um ESP32 com um LCD 16x2, mas acho que tiraria toda a graça e ficaria fácil demais para você. Eu tenho vários DS3231 que comprei mais barato que 1 dólar (este aqui está por 1,25USD => https://www.ebay.com/itm/RTC-3-3V-5V-RTC-I2C-DS3231-RX8025T-Real-Time-Clock-Module-Arduino/253224875533?var=552336410259&_trkparms=aid%3D222007%26algo%3DSIM.MBE%26ao%3D2%26asc%3D52885%26meid%3D3c9a2d31396c47609b63b2cd4c6bf210%26pid%3D100005%26rk%3D1%26rkt%3D2%26sd%3D263885789607%26itm%3D552336410259&_trksid=p2047675.c100005.m1851 ), uma pechincha para algo tão preciso (que eu fiz ficar ainda mais preciso calibrando).

[Renato.88]

4 horas atrás, Intrudera6 disse:

Acho que você quer fazer um relógio da maneira mais difícil, que é com portas lógicas e flip-flops, o que é muito educativo mas pouco prático e mais caro.

Mas esta é a maneira mais legal de se fazer, desde que eu comecei a mexer com eletrônica eu queria montar um desses, acabei fazendo um em 2015:

 

[Danie1 Net0]

O aprendizado que esse tipo de projeto proporciona para quem está iniciando, como eu, é insubstituível. 

[Intrudera6]

6 horas atrás, Danie1 Net0 disse:

O aprendizado que esse tipo de projeto proporciona para quem está iniciando, como eu, é insubstituível. 

Verdade, se aprende muito de eletrônica digital utilizando portas lógicas e flip-flops, um aprendizado que sempre será útil!

 

Mas uma vez você fazendo um que funcione (e se cansando disso) você vai querer partir para usar microcontrolador (na minha época de estudante eles não eram acessíveis, infelizmente), em que se consegue fazer muito mais por muito menos custo e tempo!

 

6 horas atrás, Danie1 Net0 disse:

O aprendizado que esse tipo de projeto proporciona para quem está iniciando, como eu, é insubstituível. 

 

Você quer um desafio de verdade, crie um relógio com calendário (com dia, mês e ano com teste de ano bissexto) totalmente com portas lógicas e flip-flops. É perfeitamente possível de ser executado (com ano bissexto, pois dá para testar os meses e ano bissexto testando bits do ano e do mês) mas certamente vai dar muito trabalho e serão muitas portas e testes lógicos. No passado distante (bem distante, no tempo em que ainda era universitário) cheguei a imaginar um relógio desse jeito, no diagrama verdade foi perfeitamente possível, mas serão muitas portas lógicas para que isso funcione. Eu nunca cheguei a montar, só ficou no conceito e no diagrama verdade (não tenho mais isso atualmente)!

 

Por exemplo, se você testar os bits de mês (XOR) 0 e 3 => mês de 31 dias, nem precisa testar os outros bits.

 

Testando se mês é igual 0000 0010 (mês de fevereiro, que é um caso a parte)  tem que testar o ano com 4 dígitos para ver se é bissexto. O ano bissexto é (divisível por 4 e (AND) não é divisível por 100) ou ((OR) é divisível por 400). Não lembro mais como fazer divisão por 400 por portas lógicas e rotação de bits (é bem complexo), mas por 4 é fácil, é só fazer uma operação AND com 3 (bits 0000 0011) e testar se os bits 0 e 1 estão ressetados (são iguais a zero), ignorando o século. Se é igual a zero é bissexto. Fica muito mais simples o teste de ano bissexto se ignorar o século (considerando que estamos no século 21)!

 

Mas para calcular dia da semana e fase da lua é complexo demais para ser feito com portas lógicas (mas o que é um microcontrolador senão muitas portas lógicas e flip-flops arranjados para executar operações em sequência, tanto é, que é possível fazer um Z80 e outros processadores totalmente a partir de um FPGA). Se você for capaz de fazer isso totalmente do zero (ou quase), acho que você pode pleitear um emprego na NASA!

[Danie1 Net0]

14 minutos atrás, Intrudera6 disse:

 

Você quer um desafio de verdade, crie um relógio com calendário (com dia, mês e ano com teste de ano bissexto) totalmente com portas lógicas e flip-flops. É perfeitamente possível de ser executado (com ano bissexto, pois dá para testar os meses e ano bissexto testando bits do ano e do mês) mas certamente vai dar muito trabalho e serão muitas portas e testes lógicos. No passado distante (bem distante, no tempo em que ainda era universitário) cheguei a imaginar um relógio desse jeito, no diagrama verdade foi perfeitamente possível, mas serão muitas portas lógicas para que isso funcione. Eu nunca cheguei a montar, só ficou no conceito e no diagrama verdade (não tenho mais isso atualmente)!

 

Por exemplo, se você testar os bits de mês (XOR) 0 e 3 => mês de 31 dias, nem precisa testar os outros bits.

 

Testando se mês é igual 0000 0010 (mês de fevereiro, que é um caso a parte)  tem que testar o ano com 4 dígitos para ver se é bissexto. O ano bissexto é (divisível por 4 e (AND) não é divisível por 100) ou ((OR) é divisível por 400). Não lembro mais como fazer divisão por 400 por portas lógicas e rotação de bits (é bem complexo), mas por 4 é fácil, é só fazer uma operação AND com 3 (bits 0000 0011) e testar se os bits 0 e 1 estão ressetados (são iguais a zero), ignorando o século. Se é igual a zero é bissexto. Fica muito mais simples o teste de ano bissexto se ignorar o século (considerando que estamos no século 21)!

Fica o desafio rsrs Quem sabe no futuro... 

adicionado 8 minutos depois

Por que para se obter 1Hz da rede a frequência original (60Hz) é dividida por 3600? Outra dúvida é quanto ao controle de ajuste de horas/minutos, existe uma faixa de frequência específica para isso ou arbitrando uma oscilação alta e outra baixa serve? 

[Danie1 Net0]

21 horas atrás, Danie1 Net0 disse:

Por que para se obter 1Hz da rede a frequência original (60Hz) é dividida por 3600?

Eu não estava entendendo a proporcionalidade inversa entre frequência e tempo, agora compreendi que se divide 60Hz por 3600 para ter 16,66mHz, que corresponde a 60s. Também "caiu a ficha" de que terei que dividir esse 1Hz do oscilador por 60 para a contagem dos minutos... Alguém sugere uma forma simples (ou não) para se fazer isso?

[Renato.88]

Em 18/08/2018 às 17:57, Danie1 Net0 disse:

Fica o desafio rsrs Quem sabe no futuro... 

adicionado 8 minutos depois

Por que para se obter 1Hz da rede a frequência original (60Hz) é dividida por 3600? Outra dúvida é quanto ao controle de ajuste de horas/minutos, existe uma faixa de frequência específica para isso ou arbitrando uma oscilação alta e outra baixa serve? 

Se é para um segundo se divide por 60 mesmo. 

A divisão por 3600 é feita para os minutos. 

Com o 4040 mesmo se faz essa divisão, no relógio que eu postei a foto aí em cima tem isso. Ele não tem o display de segundos, porém os dois Leds do meio piscam na frequência de 1Hz. 

Para o acerto de horas /minutos eu usei outra saída, a que fornece dois hertz. Fiz o acoplamento delas com o contador usando as portas NAND do 4011.

Tenho todos os esquemas, só que não estão disponíveis aqui pra eu te mostrar. 

[Danie1 Net0]

3 horas atrás, Mestre88 disse:

Se é para um segundo se divide por 60 mesmo. 

A divisão por 3600 é feita para os minutos. 

Com o 4040 mesmo se faz essa divisão, no relógio que eu postei a foto aí em cima tem isso. Ele não tem o display de segundos, porém os dois Leds do meio piscam na frequência de 1Hz. 

Para o acerto de horas /minutos eu usei outra saída, a que fornece dois hertz. Fiz o acoplamento delas com o contador usando as portas NAND do 4011.

Tenho todos os esquemas, só que não estão disponíveis aqui pra eu te mostrar. 

Mas qual frequência será aplicada ao contador de minutos?

[aphawk]

@Danie1 Net0 ,

 

Se a sua base de tempo é a frequência da rede ( 60 Hz ), temos :

 

dividindo por 60 - segundos

dividindo por 3600 - minutos

dividindo por 86400 - horas ( 24 )

 

Paulo