Veľké tranzistorové hodiny - Mega Transistor Clock
Asi najväčšia DIY stavebnica pre elektrotechnikov na svete. A môžeš ju mať aj ty - pozri nižšie! 👇
Článok začína pod videami.
Tieto hodiny neobsahujú žiadne integrované obvody a navrhol som ich sám. Všetky súčiastky sú bežné a ľahko zohnateľné. Môžu tu nájsť uplatnenie aj staré súčiastky získané rozoberaním starej elektroniky, ktoré sú v poriadku.
Táto konštrukcia je určená stredne pokročilým elektrotechnikom, ktorí už vedia ako spájkovať, a vyznajú sa v elektronických súčiastkach, ich parametroch a polarite.
Hodiny určite upútajú nejednu návštevu a budú zaujímavým doplnkom miestnosti.
Parametre
Digitálne aj binárne zobrazenie času
24-hodinový formát času, blikajúce dvojbodky
2 tlačidlá na nastavenie času (hodiny a minúty zvlášť)
Zdrojom hodinovej frekvencie je hodinový kryštál
Napájacie napätie 5 V / 500 mA max.
596 diód a 221 tranzistorov
Rozmery plošného spoja: 50 x 37 cm (V1) alebo 48,5 x 37 cm (V3) - výška x šírka
Interaktívny osadzovací plán a zoznam súčiasok je k dispozícii v súbore BOM.html a ako obrázok v súbore Top.png. Všetky súbory sú na stiahnutie na spodku tejto stránky.
Popis zapojenia
Podrobný popis je v dokumentácii na stiahnutie, je tam aj schéma. Bloková schéma vyzerá takto (klikni pre zväčšenie):
Jednotlivé sekcie sú pomenované po anglicky, aby sedeli s názvami na plošnom spoji - tam sú aj ohraničené pre lepšiu orientáciu.
Oscilátor riadený hodinovým kryštálom poskytuje signál o tvare podobnom sínusu a o frekvencii 32,768 kHz, avšak s offsetom a nevhodnými minimálnymi a maximálnymi hodnotami. Pre ďalšie spracovanie je nutné tento signál upraviť na logické úrovne teda 0 a 5 V (v tvare obdĺžnika), a to je úlohou sekcií Buffer a Shaper.
Nasleduje niekoľko klopných obvodov, ktoré delia frekvenciu 32,768 kHz dvoma toľko krát, kým nevznikne signál o frekvencii 1 Hz a ten sa používa na počítanie sekúnd.
Delička desiatimi počíta sekundy, delička šiestimi počíta desiatky sekúnd. Výstupy z klopných obvodov deličiek smerujú na LEDky pre binárne zobrazenie času, ale tiež do dekóderov, kde sa určuje, ktoré segmenty displeja majú svietiť pri ktorých stavoch klopných obvodov.
Rovnako fungujú sekcie pre počítanie minút, ale je tam malý rozdiel, a to je tlačidlo na nastavenie minút. Keď je stlačené, minúty sú taktované frekvenciou 2 Hz, a keď nie, sú taktované z výstupu deličky desiatok sekúnd.
Sekcie pre počítanie jednotiek a desiatok hodín sú navzájom prepojené tak, aby počítali od 0 do 23. Opäť je tu tlačidlo na nastavenie hodín, ktoré funguje tak, ako pri minútach.
Resetovací obvod (reset circuit) zaisťuje, že po zapnutí hodiny začínajú od 00:00:00 a nie v náhodnom stave.
Deličky 6, 10, a 24, sú v podstate sekvenčné logické obvody pozostávajúce z klopných obvodov a logických členov (hradiel), a tieto sú zostavené výlučne z tranzistorov a diód. Nasledujúce obrázky sú z programu Logisim - simulátora logických obvodov.
Delička 10
Delička 6
Delička 24
Jednotlivé logické členy vyzerajú v podobe tranzistorov a diód takto:
Klopný obvod
Logický člen AND
Logický člen OR - v tejto konštrukcii sú použité oba typy
Všetky podrobné informácie o zapojení, postup stavby a rôzne rady sú v dokumentácii na stiahnutie nižšie.
Prvá verzia plošného spoja (V1) má dva nedostatky - 1) v návrhu chýbajú ochranné rezistory 150 R pre displeje, preto sa plošné spoje predávajú s už naletovanými SMD rezistormi, a 2) chýbajú kondenzátory na ošetrenie zákmitov tlačidiel, taktiež sa dajú doplniť dodatočne, aj keď fungovať to bude aj bez nich. Detaily k obom záležitostiam sú v priloženej dokumentácii.
Vzhľadom na vysokú časovú náročnosť návrhu tejto konštrukcie nie je návrh plošného spoja zverejnený (schéma však je v zip súbore na stiahnutie, je dôležitá pri oživovaní zapojenia). Kvôli veľkým rozmerom výroba plošného spoja tiež nie je zrovna najlacnejšia.
Plošný spoj si v prípade záujmu môžeš kúpiť odo mňa. Nižšie je vždy aktuálny počet dostupných kusov a ceny. V prípade veľkého záujmu pôjdu do výroby aj ďalšie kusy novších verzií. Dostupné sú aj sady (nových) súčiastok. Poštovné hradí kupujúci a závisí od celkovej hmotnosti zásielky a dopravcu. Dobierka je možná, ale aspoň to poštovné je potrebné uhradiť vopred na účet. Posielam cez Slovenskú poštu, alebo cez Packetu (po starom sa to volalo Zásielkovňa). Je možné aj zaslanie do zahraničia. Osobný odber je možný v Žiline. Ak máš záujem, pošli mi e-mail a dohodneme detaily.
Ahoj oberon,
jasne, vsetky tranzistory aj ostatne suciastky som osadzoval rucne.
Dokonca 3x - kazdu verziu plosneho spoja som staval, aby som sa uistil, ze plosak dobre vyrobili a ze som sa ani ja nepomylil pri navrhu. Verziu 2 pouzivam ako kuchynske hodiny
Neberiem to ako drinu, osadzovanie ma bavi.
Softver, v ktorom som vsetko navrhoval, je KiCad, on ma v sebe aj 3D modely suciastok a 3D viewer.
oberon
31. júla 2024 19:49
Zdravím, to si všetky tie tranzistory ručne napájkoval na to PCB? V akom softvéri si urobil ten 3D návrh?
Gabi
19. mája 2024 10:28
Very exciting project in today's microcontroller world. I have always been an admirer of watches and this watch is fantastic. Thanks Mek for the wiring diagram. I will when I retire, although that will be 60 years from now.
Mek
2. marca 2024 20:03
Thank you, unfortunately, no SMD version is planned. It would need a complete redesign, which is a big amount of work. After all, manipulation with THT components is easier.
Can I haz SMD?
2. marca 2024 19:40
This is über-awesome! Hoping for an SMD version that I can assemble, as I'm a bit over through-hole myself. Will definitely be checking back!
In any case, great work!
Mek
31. januára 2024 18:46
Hi mjpetreycik,
I wrote you an e-mail to investigate the details. In the meantime, I made some adjustments to links on this web page, hopefully it mitigates the issue.
mjpetreycik@gmail.com
30. januára 2024 22:22
Hi! I just received the mega transistor clock. It took 10 days to get here! I am impressed! Thank you! The quality of the components is excellent along with that massive circuit board. However, I am having some trouble downloading the manual. What am I doing wrong?
Mek
6. januára 2024 12:35
Hi, yes, smaller is correct. You can even omit C203 as a start, this is what I also did in the past when I had the same problem.
pxpep
6. januára 2024 12:24
Hi again.
By adjusting the trim capacitor C204 the fastest I can make the clock run is still 4 seconds to slow every 24 hours. You suggest to experiment with C202 and C203.
My question now is: shall I make them smaller or bigger (capacity) to make the clock tick faster? With my limited (but growing) knowledge in electronics I would say that smaller is the solution. Please enlighten me
Mek
17. decembra 2023 13:23
pxpep, congratz on finishing the kit. I am glad that you like it.
Yes, the display pins are not perfect, but it is still OK. I will make it better in future PCBs.
pxpep
17. decembra 2023 12:19
I received my kit 7th December 2023 and yesterday (very late), 8 days later, it was finished. It has been a pleasure to build. Everything fitted perfectly together. I had to bend the legs on the display modules slightly though but I think that's within tolerable tolerances. All the instructions was very nice. Especially I enjoyed the "BOM" which maked it so much easier to find where every component should be. I would like a cad drawing of the PCB with the placement of all the holes, LED and the display modules to make it easier to make some kind of a box to put it in but I think I'll manage
I loved to build this kit and I reccommend everyone that think they can manage to build it to give it a chance and go for it!!
pxpep
7. decembra 2023 18:31
I have just received a complete kit (V3) and everything looks amazing. I¨m looking forward to begin the build proces
Mek
22. novembra 2023 17:12
Hi 172pilot, thank you for your comment. I was considering using the mains frequency as time base but decided to use a crystal. Not everywhere in the world is the mains frequency so accurate, and also it is different, 50/60 Hz... And using already rectified 5 V power brick for supply is easier Anyway, the crystal is a watch crystal, also used in wristwatches, clocks, computer mainboards... so its accuracy should be reasonable anyway.
172pilot
22. novembra 2023 16:24
This is amazing! Great work! I am in the middle of trying to teach myself circuit board design software by creating a binary clock, but I am using 74 series TTL and that is hard enough. I can't imagine doing THIS!! One idea for your "v3" clock - Make it powered by an AC wall wart so that you can use the zero crossings on the AC for the timebase.. That should make it quite accurate. Make sure to include switch selectable for 50/60hz! Great job!!
Mek
21. novembra 2023 20:35
Hi Theunis,
sorry, I wouldn't like to give more design stuff away than I already do...
I also don't think it's feasible to use universal board for this construction, as you need to use some parts with specific pin pitches... and there would be thousands of wires, you don't want to do that
Theunis Cronje from South Africa
21. novembra 2023 20:25
Hi there.
Nice looking clock 👌
nIs it possible for me to buy your V3 Bottom png file? For tbr v3🙏
We here in south africa will have to use predrilled veroboard for the bottom layout 🙏
We do not have fancy printers. We will make this with joined veroboard and wires.
Kind Regards Theunis Cronje from South Africa 🇿🇦
Mek
16. októbra 2023 22:18
Hi, Geert,
unfortunately, the PCB design is proprietary - it took me a few months to design and was a lot of work... I can't publish any gerber files, sorry. I hope you understand.
Geert
16. októbra 2023 21:14
Dear sir,
Im'busy with designing this print myself. Could you provide me with your gerber files?
Thanks in advance,
Kind regards Geert Zijlstra
Mek
3. marca 2023 12:47
Ahoj, vdaka za pochvalu.
Moj prototyp sice nesluzi ako ucebna pomocka - nie som ucitel - ale u inych ludi by urcite mohla. Ja to mam skor ako zaujimavu dekoraciu v byte
Co sa tyka presnosti - ked sa nastavi oscilator pomocou kapacitneho trimra na citaci alebo osciloskope na 32,768 kHz co najpresnejsie, tak s presnostou hodin nie su problemy. U mna bezali aj pol roka v kuse bez nutnosti dodatocneho nastavovania. Potom vypadla elektrina, tak som ich musel nastavit znova
Cize, presnost hodin zavisi od presnosti oscilatora, ked si da na tom clovek pri stavbe zalezat, tak aj hodiny budu presne. Pisem to aj v dokumentacii-navode na stavbu.
senegalec1942@yahoo.de
3. marca 2023 12:43
Pekne urobená konštrukcia , autor musel stráviť nad návrhom a realizáciou kvantum času.
Páči sa mi to.
Zrejme hodiny slúžia ako učebná pomôcka, ktorá názorným spôsobom predstavuje mládeži a záujemcom princip činnosti a zobrazenia.
Pred mnohými rokmi tiež som zaoberal takýmito hodinami, ale boli osadené integrovanými obvodmi domácej čs výroby. Jedine kryštál bol CCCP produkcie, vo vákuu a v tvare elektronky, kmitočet 1 MHz.
A s tým súvisí aj moja otázka:
Ako často je potrebné nastavovať čas a aká je chyba zobrazenia v závislosti na čase.
Mek
1. februára 2023 14:31
Ah, that one is on page 9 of Schema.pdf
Seems like KiCad messed up pages when I exported the schematic to PDF.
Yoyo
1. februára 2023 14:27
Thanks for response . But i mean (sorry i forgot it) the second diviser by 10 just after 1 hz. I dont see the schema of diviser with 1 hz input and q60/61 62 62 output.
Mek
1. februára 2023 12:50
Hi Yoyo, the initial cascade of flip-flop fircuits is seconds divider (page 3 in Schema.pdf). The clock signal of 1 Hz is directly used to drive the seconds. This is then divided by 10 for tens of seconds, then divided again for minutes etc.
Yoyo
1. februára 2023 12:45
Hi.
I cant find schema of second divisder in the pdf of all schéma. Maybe i mistakeb something
Will definitely be checking back!
