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Horloge logique câblée




  1. #1
    Povogla

    Horloge logique câblée

    Bonsoir à tous,

    j'ai comme projet de réaliser une horloge en logique câblée à base d'élément de la série 4000. J'en suis actuellement à la réalisation du schéma.

    Je suis tombé sur cette réalisation de Sonelec : http://www.sonelec-musique.com/elect...rloge_004.html
    Dont je m'inspire en grande partie pour le moment.

    Comme il y a plusieurs solutions proposées, j'ai choisit d'utiliser le 50Hz du réseau comme base de temps.

    Pour ce faire, je récupère le signal redressé double alternance en sortie d'un transfo 9V. Comme montré sur l'image ci-dessous, j'isole la partie du régulateur
    de tension à l'aide d'une diode pour ne pas lisser la sortie du pont de diode. Au passage, le régulateur qui sera utilisé est un modèle à découpage pin-to-pin compatible avec le 7805 qui ne nécessite pas
    de condensateurs de découplages pour fonctionner.
    Alimentation.jpg

    Bref j'obtiens un signal de 100Hz avec une tension de crête d'environ 12V que j'utilise pour cadencer un CD4017BE .
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4017b.pdf

    Pour adapter ce signal à l'entrée du 4017, la réalisation de Sonelec passe par une diode zener de 4,7V.
    J'ai choisit pour ma part de réaliser un diviseur de tension (R1201, R1202) affin d'abaisser la tension à environ 8V (voir ci-dessous).
    J'utilise ensuite les diodes de clamp de l'entrée via la résistance 1204 pour limiter la tension sur la pin CLK à 5.7V (courant dans la diode de clamp ~0.3mA).
    Génération 1Hz.jpg


    Ma première question est-ce que d'un point de vue tension au niveau de la pin CLK est-ce que cela est fonctionnel?

    Et ma deuxième question est du niveau des timing. Je pense que la réalisation de Sonelec est fiable. Malgré tout, comment vérifier que le temps de montées/descente, durée du "0", du signal 100Hz
    seront correctement interprétés par le 4017?

    D'avance merci pour vos réponses =)

    -----

    Dernière modification par Povogla ; 20/06/2016 à 21h33.

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  3. #2
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Bonjour,
    oui, je préféré la solution a base de zener , mais bon les diodes de clamp en entrée du CD4017 écrêterons le signal .

    Si tu utilise un CD4017 de TI, il est doté d'un triger de Schmitt sur la patte d'horloge, donc le temps de monté(ou descente) n'est pas important, tu peux même mettre un petit condensateur pour filtré les parasites du secteur.

  4. #3
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Bonjour,
    pour les régulateur a découpage , il faut quand même un condensateur de filtrage en entrée (au minimum).


  5. #4
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    Salut et merci pour tes réponses.

    Citation Envoyé par DAT44 Voir le message
    Si tu utilise un CD4017 de TI, il est doté d'un triger de Schmitt sur la patte d'horloge
    En effet, je n'avais pas potassé assez loin. Je regarderai mieux la prochaine fois =)


    Citation Envoyé par DAT44 Voir le message
    tu peux même mettre un petit condensateur pour filtré les parasites du secteur
    Est-ce que les parasites ne seront pas en grande partie "absorbé" par la bande passante du transfo 50Hz?
    Si non je ne vois pas comment calculer un filtre avec les 3 résistances présente au niveau de l'entrée CLK. Est-ce que je peux admettre que R1202 et R1204
    sont d'assez grande valeur par rapport à R1201 pour être ignorées et calculer C avec la formule fc= 1/2piRC?
    Avec cette formule j'obtiens C = 169nF. Je monterais donc un condo de 150nF en parallèle de R1202.


    Citation Envoyé par DAT44 Voir le message
    pour les régulateur a découpage , il faut quand même un condensateur de filtrage en entrée (au minimum).
    En effet, j'ai bien un condensateur de filtrage C1 de 2200uF que l'on voit sur la première image. Je parlais plutot des petit condensateur
    de découplage qu'il faut impérativement monté au plus près des 780x.
    Dernière modification par Povogla ; 21/06/2016 à 05h54.

  6. #5
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Citation Envoyé par Povogla Voir le message
    Est-ce que les parasites ne seront pas en grande partie "absorbé" par la bande passante du transfo 50Hz?
    Oui, en grande partie.

    Citation Envoyé par Povogla Voir le message
    Si non je ne vois pas comment calculer un filtre avec les 3 résistances présente au niveau de l'entrée CLK. Est-ce que je peux admettre que R1202 et R1204 sont d'assez grande valeur par rapport à R1201 pour être ignorées et calculer C avec la formule fc= 1/2piRC?
    Avec cette formule j'obtiens C = 169nF. Je monterais donc un condo de 150nF en parallèle de R1202.
    Non, la forme du signal n'est plus sinusoïdale après le pont de diode, en phase de décharge R=R1202+R1204, une formule du type Fc=1/2x(R1202+R1204)xC doit convenir, avec FC >100, et donc au final ta formule n'est pas si mal ..., le 150nF ça doit le faire, il faudrait vérifier avec un simulateur pour être sur.


    Citation Envoyé par Povogla Voir le message
    En effet, j'ai bien un condensateur de filtrage C1 de 2200uF que l'on voit sur la première image. Je parlais plutot des petit condensateur
    de découplage qu'il faut impérativement monté au plus près des 780x.
    OK

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    Citation Envoyé par DAT44 Voir le message
    Non, la forme du signal n'est plus sinusoïdale après le pont de diode, en phase de décharge R=R1202+R1204, une formule du type Fc=1/2x(R1202+R1204)xC doit convenir, avec FC >100, et donc au final ta formule n'est pas si mal ..., le 150nF ça doit le faire, il faudrait vérifier avec un simulateur pour être sur.
    J'ai fait une petite simulation sur LTspice j'obtiens ceci avec un condensateur de 100nF, 150 était un peu élevé.
    à 50Hz :
    Simulation 50Hz.jpg

    En rouge et bleu j'ai tracé les seuil positifs et négatifs de l'entrée CLK et en vert le signal sur l'entrée. Donc la ça passe.

    Maintenant à 100Hz
    Simulation 100Hz.jpg

    La on ne passe plus jamais à l'état bas.


    Par contre le résultat varie fortement en fonction de la tension d'entrée. Du coup je pense prévoir l'emplacement pour un condo au cas ou et
    voir au moment des tests s'il est nécessaire.
    En tout cas merci pour le coup de main.

  9. #7
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Bonjour,
    Ok, CQFD.

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  11. #8
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    par contre, il y a un petit BUG sur le montage initial, avec de bouton poussoir des dizaines d'heure(SW6), rien n’empêche de passer a 30 heures, 40 heures etc...
    Dernière modification par DAT44 ; 21/06/2016 à 19h56.

  12. #9
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Le câblage de U14C pourrait remédier au problème ...

  13. #10
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    En effet, petite bulle à cet endroit.

    ça n'aura de toute manière pas d’incidence pour ma part car je me limite à 12h. Donc U11 sera remplacé par une simple bascule JK montée en Toggle et je ne pense pas mettre de switch pour le réglage des dizaines d'heures.

  14. #11
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    Après plus d’une année à travailler sur cette horloge durant mon temps libre, il est temps de venir présenter le résultat (qui est une réussite). Merci DAT44 pour ton coup de main en début de projet.

    Je vais dans mes prochains messages décrire la réalisation en détail. Ainsi peut-être pourra-t-elle rejoindre la section projet?

    La génération de l’horloge 1Hz
    C’est pour cette partie que j’avais sollicité de l’aide. Je ne reviens pas en détail dessus.
    J’ai finalement retenu la solution à diode zener pour mettre en forme le signal 100Hz et je n’ai pas implanté le condensateur de filtrage sur le 100Hz cela ne semble pas nécessaire.

    Horloge 1hz.jpg

    Compteurs des secondes
    Rien de bien sorcier, deux CD4017 cascadés et un dispositif de remise à zéro via U2102b lorsque le second compteur atteint 6. On compte ainsi donc de 0 à 59. Unique petit détail, vous voyez que le seul signal qui importe ici est le signal de débordement (clk_min_unit), base de temps d’une minute. L’horloge n’affichera donc pas les secondes.

    Compteurs secondes.jpg

    Compteurs des minutes
    La structure est la même que le compteur des secondes. C’est à ce niveau que l’on se démarque de la base d’inspiration de sonelec, pas de 4033 (compteur décadique avec sortie 7seg) pour l’affichage. Ok, cette remarque aurait aussi pu être appliquée aux compteurs des secondes. Mais si on peut se passer de secondes sur une horloge, ce n’est sans doute pas le cas des minutes. Si on regarde bien, on voit que les sorties Q0 à Q9 des deux 4017 sont nommées. Elles seront utilisées plus loin dans le schéma.

    Compteurs minutes.jpg

    Compteurs des heures
    Ici, un 4017 pour le comptage des unité et une double bascule JK (CD4027). On utilise une JK pour les dizaines d’heures et une pour faire la différenciation AM/PM. L’horloge comptera donc sur 12h mais fera la différence entre avant et après midi. La aussi les sorties sont nommées pour une utilisation ailleurs dans le schéma.
    La partie remise à zéro est un poil plus compliquée que précédemment car il faut un reset que lorsque le compteur atteit “12”. Le signal de remise à zéro sert aussi par ailleurs à faire le changement entre AM et PM.

    Compteurs heures.jpg

    Voici donc déjà le cœur battant de cette horloge. Dans mes prochains messages, j’en dirai plus sur son fonctionnement et son design.

    En attendant je lirai avec plaisirs vos comentaires, surtout si j'ai fait des c****ries.
    =)
    Dernière modification par Povogla ; 13/11/2017 à 21h47.

  15. #12
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Bonjour,
    quelque question :
    A quoi sert SW1201 ?
    Il n'y a pas de switchs pour le réglage des secondes ?

  16. #13
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    Hello DAT44, en effet pas de réglage direct des secondes vu qu’elles ne sont pas affichées.
    Par contre ta 2ème question concerne paradoxalement le réglage des secondes.
    En fait l'appui sur SW1201 bloque le comptage de U1201.
    Donc, j’attend le changement de minutes, je bloque le comptage, je règle mon heure avec une minute d’avance et j’attend que la minutes change sur mon horloge de référence. Ainsi je peux tout de même faire un réglage à la seconde près.

    Maintenant la suite des explications.

    Décodage première partie - les signaux

    Avant d’aborder cette partie il est temps de lever le voile sur le type d’horloge qui est ici réalisée car vous l’avez sans doute remarqué, mon but n’était pas simplement de monter un design trouvé au détour d’un site internet.
    Il s’agit en faite d’une “WordClock” c’est à dire une horloge ou l’on peut lire l’heure en toutes lettres. (la face avant présente toutes les combinaisons de mots pour écrire toutes les heures par tranche de cinq minutes. Il suffit alors d’allumer des LED’s au bon moment pour composer l’heure)

    1 - Wordclock.jpg

    Réaliser ceci en logique câblée peut paraître aberrant pour tout un tas de bonnes raisons, j’en conviens. Mais l’intérêt que j’ai développé pour la réalisation de cette horloge m’est principalement venu du fait d'imaginer une solution tortueuse pour y arriver.

    Entrons dans le vif du sujet, en commençant par une liste des signaux utilisés pour le décodage accompagnés d’une description lorsque cela est nécessaire. (J’utilise “/” avant un nom de signal pour indiquer sa négation).

    Signaux des minutes :
    (Se référer au message précédent pour le schéma correspondant)
    Code:
    Q0m		0 unité de minute
    Q1m 	 	1 unité de minute
    Q2m		2 unités de minutes
    Q3m		3 unités de minutes
    Q4m		4 unités de minutes
    Q5m		5 unités de minutes
    Q6m		6 unités de minutes
    Q7m		7 unités de minutes
    Q8m		8 unités de minutes
    Q9m		9 unités de minutes
    Q0dm	 	0 dizaine de minutes 
    Q1dm 	 	1 dizaine de minutes
    Q2dm	 	2 dizaines de minutes 
    Q3dm	 	3 dizaines de minutes 
    Q4dm	 	4 dizaines de minutes 
    Q5dm	 	5 dizaines de minutes
    Signaux dérivés des minutes :

    4 LED’s sont montées aux quatre coins de l’horloge pour plus de précision dans l’affichage de l’heure, chaque LED indiquant une minute de plus. ( les deux diodes sont dues à une erreur dans la 1ère version du design, j’en parlerai plus tard).
    Code:
    LED4 = Q4m + Q9m		heure + 4 minutes
    LED3 = Q3m + Q8m + LED4		heure + 3 minutes
    LED2 = Q2m + Q7m + LED3		heure + 2 minutes			
    LED1 = Q1m + Q6m + LED2		heure + 1 minute
    Pour le décodage de l’affichage il est pratique d’avoir des signaux décodés pour chaque tranche de 5 minutes.

    Code:
    x0m	=	Q0m + Q1m + Q2m + Q3m + Q4m		Toutes ces valeurs sont considérées comme un zéro
    x5m	=	Q5m + Q6m + Q7m + Q8m + Q9m		Toutes ces valeurs sont considérées comme un cinq
    05m	= 	Q0dm.x5m
    10m	=	Q1dm.x0m
    15m	=	Q1dm.x5m
    20m	=	Q2dm.x0m
    25m	=	Q2dm.x5m
    30m	=	Q3dm.x0m
    35m	=	Q3dm.x5m
    40m	=	Q4dm.x0m
    45m	=	Q4dm.x5m
    50m	=	Q5dm.x0m
    55m	=	Q5dm.x5m
    2 - Signaux minutes.jpg

    Le signal OHF (Over Half Flag) sert à indiquer qu’il faut changer l’heure affichée même si le compteur d’heure n’a pas changé. (lorsqu'il est 1h55min au compteur, il faut afficher “IL EST DEUX HEURES MOINS CINQ”)

    Code:
    OHF	=	35m + Q4dm + Q5dm
    3 - OHF.jpg

    Signaux des heures :
    (Se référer au message précédent pour le schéma correspondant)
    Code:
    Q0h		0 unité d’heure
    Q1h 		1 unité d’heure
    Q2h		2 unités d’heures
    Q3h		3 unités d’heures
    Q4h		4 unités d’heures
    Q5h		5 unités d’heures
    Q6h		6 unités d’heures
    Q7h		7 unités d’heures
    Q8h		8 unités d’heures
    Q9h		9 unités d’heures
    Q0dh		0 dizaine d’heures
    Q1dh		1 dizaine d’heures
    AM		Avant midi
    PM		Après midi
    Signaux dérivés des heures :
    Pour le décodage de l’affichage il est pratique d’avoir les 4 signaux ci-dessous. Il n’est pas nécessaire d’en décoder plus du fait que l’on compte sur 12h seulement (par exemple, la présence d’un 3 est univoque car 13h n’existe pas).
    Code:
    00h	=	Q0dh.Q0h
    01h	=	Q0dh.Q1h
    10h	=	Q1dh.Q0h
    11h	=	Q1dh.Q1h
    4 - Signaux heures.jpg

    Cette section n’est sans doute pas la plus intéressante, mais avoir ces signaux en tête aidera grandement la lecture de la suite.
    Dernière modification par Povogla ; 14/11/2017 à 21h03.

  17. #14
    DAT44

    Re : Horloge logique câblée

    Bonjour,
    c'est prometteur

  18. #15
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    On est parti pour la suite.

    Décodage deuxième partie - la logique
    Cette partie vise à créer les signaux qui vont piloter les LED's. Ce pilotage se fera par groupe selon le découpage de la face avant ( 5 LED’s ensemble pour “HEURE”, 4 LED’s ensemble pour “CINQ”, …). Ce qui donne les équations suivantes.
    (Même remarque que précédemment le signe “/” indique la négation du signal. Dans le schéma, il n’est pas possible de mettre un “/” dans un nom de signal, c’est donc un “-” qui indique la négation.)

    Pour les heures :

    Code:
    IL EST		=	1					toujours allumé		
    MINUIT		=	00h.AM./OHF + 11h.PM.OHF		On utilise le signal AM/PM Pour différencier midi de minuit
    UNE		=	01h./OHF + 00h.OHF							
    DEUX		=	Q2h./OHF + 01h.OHF			
    TROIS		=	Q3h./OHF + Q2h.OHF		
    QUATRE		=	Q4h./OHF + Q3h.OHF		
    CINQ		=	Q5h./OHF + Q4h.OHF		
    SIX		=	Q6h./OHF + Q5h.OHF		
    SEPT		=	Q7h./OHF + Q6h.OHF			
    HUIT		=	Q8h./OHF + Q7h.OHF		
    NEUF		= 	Q9h./OHF + Q8h.OHF	
    MIDIX		=	MI + X					Deux première lettre de DIX ou deux dernières de MIDI
    MIDIX		=	10h./OHF + Q9h.OHF			Dernière lettre de DIX
    ONZE		=	11h./OHF + 10h.OHF			
    MIDIX		=	00h.PM./OHF + 11h.AM.OHF		deux première lettres de MIDI
    HEURES		=	/MINUIT./MI
    HEURES		=	HEURE./UNE				Accord de heure
    1 - Décodage heures.png
    2 - Décodage heures.png
    3 - Décodage heures.png
    4 - Décodage heures.jpg

    Pour les minutes :

    Code:
    CINQm	        =	05m + 25m + 35m + 55m
    DIX		=	10m + 50m				
    QUART	        =	15m + 45m				
    VINGT		=	20m + 25m + 35m + 40m		
    DEMIE		=	30m				
    DEMIE		=	DEMI./MI./MINUIT 			Accord de DEMI		
    -		=	25m + 35m				Tiret				
    ET		=	15m + 30m				
    MOINS	        = 	OHF									
    LE		=	45m
    5 - Décodage minutes.png

    Avec tout ceci on a tout ce qu'il faut pour une horloge fonctionelle. Il suffit d'interfacer les signaux de sortie pour pouvoir piloter les LED's qui ont chacune besoin de 20mA.

    Si maintenant on regarde le nombre de circuit intégré nécessaire pour la réalisation de tout ceci, on obtient la liste suivante :
    4071 x 6
    4075 x 4
    4081 x 11
    4073 x 2
    4069 x 1
    4017 x 7
    4027 x 1

    Soit 32 circuit intégrés au total.

    Nous allons voir par la suite comment tout cela sera intégré.
    Dernière modification par Povogla ; 15/11/2017 à 21h28.

  19. #16
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    Re-bonjour à tous, je continue mon monologue. Malgré le peu de réactions, j’ai constaté qu’il y avait eu plus de 400 visites du sujet depuis que j’ai entrepris mes explications. Je suis ravis que ça puisse intéresser =)
    Trève de bavardage, passons à la partie :

    PCB et mécanique

    Les circuits intégrés ainsi que les transistors de commande seront intégré sur une plaque de base de 254*254mm (10*10inch), grandeur pratique vu que le pas de grille de l’éditeur et d’une bonne partie des composants sont en unités impériales.

    Pour les LED's il s’agira de 10 bandes sur lesquels seront installées 11 LED’s. Ces bandes sont reliée à la plaque de base par de simple connecteur SIP.

    Une vue de la tranche de l’horloge donne ceci :

    1 - Sandwish.png

    De haut en bas :

    En gris, un plaque d’acier dans laquelle les lettres sont découpées au laser.
    En blanc, un feuille de papier pour diffuser la lumière.
    En brun, une entretoise qui permet de cloisonner chaque LED affin qu’elle n’éclaire pas une lettre voisine.
    En vert, les circuits imprimés supportant les LED's
    En noir, les connecteurs SIP qui font la liaison entre la carte principale et celles supportant les LED's
    En vert, le circuit imprimé principal

    Le circuit imprimé principal est réalisé en 4 couches:
    Plan de VCC et GND en interne
    Routage TOP et BOTTOM. L’image ci-dessous présente le routage Top (en rouge) et le routage Bottom (en bleu). J’ai répartis les IC de manière homogènes sur toute carte en essayant de simplifier au mieux le routage. Mais j’y ait tout de même passé quelque nuits et en me demandant quelle mouche m’avait piquée. Mais au final je suis très satisfait du résultat =).

    2-PCB.jpg

    Le circuit imprimé des LED’s est réalisé en double face. Pas grand chose à dire ici si ce n'est la manière dont sont réparti les connecteurs SIP qui crée un détrompeur lors de l'assemblage. Il est
    en effet pas possible de se tromper de sens de montage grâce à leur positionnement.

    3 - PCB LED.jpg

    Sur l'image ci-dessous ou voit le PCB principal équipé, on voit sur la partie gauche qu'il y a eu quelque modifications.

    4 - PCB équipé.jpg

    Sur l'image ci-dessous les bandes de LED's ont été montées.
    5 -LED montées.jpg

  20. #17
    Povogla

    Re : Horloge logique câblée

    Encore un message pour présenter le résultat final.

    6 - terminée.jpg

    Je reviens bientôt avec un partie Bonus et le schéma en pdf

  21. #18
    Gérard

    Re : Horloge logique câblée

    Bonjour,
    Je trouve que c'est une très belle réalisation même si je ne suis pas (trop) amateur de logique câblée.
    Toutes mes félicitations.

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