LICZNIK CZĘSTOTLIWOŚCI CMOS: 3 kroki

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

To przewodnik z dołączonymi plikami PDF i zdjęciami, jak zaprojektowałem własny licznik częstotliwości dla zabawy z dyskretną logiką. Nie będę wdawać się w szczegółowe informacje o tym, jak zrobiłem płytki drukowane ani jak je okablować, ale schematy są wykonane w KICAD, który jest darmowym oprogramowaniem, które pozwala tworzyć projekty na profesjonalnej płytce drukowanej. możesz skopiować lub wykorzystać te informacje jako przewodnik referencyjny. jest to dobre ćwiczenie edukacyjne, uważam, że jest to ekscytująca podróż i jednocześnie absolutny ból głowy, ale ten projekt wykorzystuje wiele umiejętności nabytych podczas podstawowego kursu projektowania cyfrowego. można to prawdopodobnie zrobić za pomocą jednego mikrokontrolera i kilku części zewnętrznych. ale co w tym zabawy haha!

Krok 1: Projektowanie licznika częstotliwości za pomocą dyskretnych układów logicznych CMOS

Na wstępie zaprojektowałem, okablowałem i przetestowałem ten obwód. Większość prac wykonałem w NI multisim i wykorzystałem symulacje do zaprojektowania większości modułów. po przetestowaniu w multisim, następnie zbudowałem obwód testowy w częściach na płytce do krojenia chleba, aby upewnić się, że każda część działa prawidłowo. To był prawdziwy ból głowy i zajęło mi prawie tydzień, aby uruchomić pierwszą pełną wersję. W następnym kroku dołączę BOM (Bill of Materials) i schemat blokowy projektu, a następnie omówię szczegółowo, jak to zostało złożone. Nie używałem do tego żadnych schematów, po prostu czytałem arkusze danych dla chipsetów, przeprowadzałem symulacje i testowałem każdy chip pod kątem prawidłowego działania. Ten projekt zawiera 4 główne koncepcje, które są ze sobą powiązane w końcowym montażu, który zostanie przedstawiony na schematach blokowych. Użyłem tych bloków, aby opisać, jak to wszystko zostanie zorganizowane i zaprojektowane.

1. Moduł czasowy Obwód oscylatora Pierce z xtal (kryształem) oscylującym z częstotliwością 37,788 kHz jest podawany do CD4060B (14-stopniowy licznik binarny z przenoszeniem tętnień i dzielnik częstotliwości), co daje w wyniku sygnał 2 Hz. Sygnał ten jest następnie przesyłany do przerzutnika JK skonfigurowanego do pracy w trybie przełączania. To zmniejszy ją o połowę do fali prostokątnej 1 Hz. sygnał jest następnie przesyłany do kolejnego przerzutnika JK i dzielony na 0,5 Hz (1 sekunda przy 1 sekundzie przerwy). będzie to dokładna podstawa czasu do ustawienia naszego zegara włączającego w celu „pokrojenia” jednosekundowej próbki częstotliwości przychodzącej. Jest to zasadniczo wycinek impulsów, który musi być liczony przez jedną sekundę.
2. Synchroniczny licznik dekad Są to dwie główne koncepcje pozwalające zrozumieć, w jaki sposób jest liczona częstotliwość przychodząca. Przychodzący sygnał musi być falą prostokątną, a także zgodny z poziomem logicznym chipów. Użyłem generatora funkcji na moim stole laboratoryjnym, ale można go zbudować z zegarem 555 i przerzutnikiem JK lub D skonfigurowanym jako dzielnik częstotliwości. druga koncepcja wykorzystuje sygnał 0,5 Hz, aby umożliwić mierzonemu impulsowi wyjście z bramki AND w odstępach jednosekundowych. i blokuje go, gdy logika jest NISKA. impuls ten wychodzi z bramki AND i wchodzi do liczników dekad na zegarze równoległym. liczniki działają jako liczniki synchroniczne i wykorzystują funkcje wykonania i opisane w arkuszu danych dla CD4029.
3. Reset Obwód musi być resetowany co 2 sekundy, aby próbkować częstotliwość i nie uzyskać odczytu skomponowania na wyświetlaczu. chcemy, aby zresetował liczniki do zera przed pojawieniem się następnego wycinka lub doda poprzednią wartość. co wcale nie jest takie interesujące! robimy to używając D flip flop podłączonego do sprzężenia zwrotnego i taktujemy sygnał 0.5 Hz do zegara, który jest umieszczany na pinach pre set liczników dekad. to ustawia wszystkie liczniki na zero na dwie sekundy, a następnie podnosi się na 2 sekundy. proste, ale skuteczne, nie można tego również zrobić z flip-flopem JK, ale lubię pokazywać dwa sposoby robienia tego samego. To wszystko dla zabawy i samodzielnej nauki, więc nie wahaj się!
4. SEGMENTY LED Najlepsza część zostaje zachowana na koniec! klasyczne 7-segmentowe wyświetlacze i chipy kierowcy Gorąco polecam zaprojektować to wokół arkusza danych 7-segmentowego wyświetlacza i chipa kierowcy. Należy zwrócić szczególną uwagę na różnicę między wspólną katodą a anodą. chip, którego użyłem, będzie musiał być wysoki lub niski w zależności od diod LED, które zdecydujesz się użyć, a jako dobrą praktykę stosuje się rezystory 220 omów, aby ograniczyć prąd, istnieje pewna elastyczność, zawsze najlepiej jest odnieść się do arkusza danych, nikt tak naprawdę nie jest taki inteligentne odpowiedzi wszystkie leżą w arkuszu danych. Jeśli masz wątpliwości, czytaj jak najwięcej.

Krok 2: Schemat blokowy

Ta następna część to tylko wizualizacja diagramu blokowego. Dobrym pomysłem jest przyjrzenie się temu, gdy projektujesz coś, co ma rozciąć problem na kawałki.

Krok 3: Podstawa czasowa i schematy

o-scope pokazuje, jak powinien wyglądać wynik w porównaniu z podstawą czasu.

Ten obwód wykorzystuje cd 4060 podłączony, jak pokazano na rysunku, patrz PDF, aby uzyskać pełny obraz

Chipy używane w tym obwodzie są

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• REZYSTORY 21X220 omów
• WYŚWIETLACZE LED 3 X 7 SEGMENTÓW
• 37.788 KHZ KRYSZTAŁ
• REZYSTOR 330K OHM
• REZYSTOR 15M OHM
• SIEĆ REZYTOROWA 18x 10K 8 PIN (ZALECANA)
• DUŻO PRZEWODÓW PODŁĄCZAJĄCYCH W PRZYPADKU UŻYCIA TABLICY DO CHLEBA
• WIELE DESK CHLEBOWYCH

ZALECANE WYPOSAŻENIE

• ZASILANIE ŁAWEK
• O-ZAKRES
• GENERATOR FUNKCYJNY
• MULTIMETR
• SZCZYPCE

ZALECANE OPROGRAMOWANIE DO PROJEKTOWANIA

• KICAD
• NImultisim