Zegar cyfrowy z oscylatorem kryształowym i klapkami: 3 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Zegary znajdują się niemal we wszystkich rodzajach elektroniki, są biciem serca każdego komputera. Służą do synchronizacji wszystkich obwodów sekwencyjnych. są również używane jako liczniki do śledzenia czasu i daty. W tej instrukcji dowiesz się, jak liczą się komputery i zasadniczo, jak działa zegar cyfrowy za pomocą przerzutników i logiki kombinacyjnej. Projekt podzielony jest na wiele modułów, z których każdy pełni określoną funkcję.

Kieszonkowe dzieci

Do tego instruktażu będziesz potrzebować wcześniejszej wiedzy na temat:

• Koncepcje logiki cyfrowej
• Symulator Multisim (opcjonalnie)
• Zrozumienie obwodów elektrycznych

Krok 1: Budowanie modułu podstawy czasu

Koncepcja zegara cyfrowego polega na tym, że zasadniczo liczymy cykle zegara. zegar 1 Hz generuje impuls co sekundę. w następnych krokach zobaczymy, jak możemy liczyć te cykle, aby nadrobić sekundy, minuty i godziny naszego zegara. Jednym ze sposobów na wygenerowanie sygnału 1 Hz jest użycie obwodu oscylatora kwarcowego, który generuje sygnał 32,768 kHz (jak ten, który zaprojektowałem powyżej, zwany oscylatorem przebijania), który możemy następnie podzielić za pomocą łańcucha przerzutników. Powodem użycia 32.768 kHz jest to, że jest ona wyższa niż nasza maksymalna częstotliwość słyszenia, która wynosi 20 kHz i jest równa 2^15. Powodem, który jest ważny, jest to, że wyjście przerzutnika J-K przełącza się na dodatniej lub ujemnej krawędzi (w zależności od FF) sygnału wejściowego, dlatego wyjście ma faktycznie częstotliwość, która jest równa połowie oryginalnego sygnału wejściowego. W ten sam sposób, jeśli połączymy w łańcuch 15 przerzutników, możemy podzielić częstotliwość sygnału wejściowego, aby uzyskać nasz sygnał 1 Hz. Właśnie użyłem generatora impulsów 1 Hz, aby przyspieszyć czas symulacji w Multisim. Jednak na płytce prototypowej możesz zbudować obwód, który mam powyżej, lub użyć modułu DS1307.

Krok 2: Budowanie licznika sekund

Ten moduł jest podzielony na dwie części. Pierwsza część to 4-bitowy licznik w górę, który zlicza do 9, co tworzy miejsce jedynki w sekundach. Druga część to 3-bitowy licznik w górę, który zlicza do 6, co stanowi 10 miejsce sekund.

Istnieją 2 rodzaje liczników, licznik synchroniczny (w którym zegar jest podłączony do wszystkich FF) i licznik asynchroniczny, w którym zegar jest podawany do pierwszego FF, a wyjście działa jako zegar następnego FF. Używam licznika asynchronicznego (zwanego również licznikiem tętnień). Chodzi o to, że jeśli wyślemy wysoki sygnał do wejść „J” i „K” FF, FF będzie przełączał swój stan w każdym cyklu zegara wejściowego. Jest to ważne, ponieważ dla każdych 2 przełączeń pierwszego FF, w kolejnym FF, i tak dalej, aż do ostatniego. Dlatego tworzymy liczbę binarną równoważną liczbie cykli wejściowego sygnału zegarowego.

Jak pokazano powyżej, po lewej stronie znajduje się mój obwód, który tworzy 4-bitowy licznik w górę dla miejsca jedynki. Poniżej zaimplementowałem obwód resetowania, jest to w zasadzie bramka AND, która wysyła wysoki sygnał do pinu resetującego przerzutników, jeśli wyjście licznika to 1010 lub 10 w przecinku. Stąd wyjściem tej bramki AND jest sygnał 1 impuls na 10 sekund, którego użyjemy jako zegara wejściowego dla naszego licznika 10 miejsc.

Krok 3: Łączenie wszystkiego w całość

Zgodnie z tą samą logiką, możemy kontynuować układanie liczników, aby uzupełnić minuty i godziny. Możemy nawet iść dalej i liczyć dni, tygodnie, a nawet lata. można to stworzyć na płytce prototypowej, najlepiej jednak dla wygody użyć modułu RTC (zegar czasu rzeczywistego). Ale jeśli czujesz się zainspirowany, zasadniczo potrzebujesz:

19 przerzutników J-K (lub 10 podwójnych układów J-K, takich jak SN74LS73AN)

• źródło wejściowe 1 Hz (można użyć modułu DS1307 generuje falę prostokątną 1 Hz)
• 6 dekoderów binarnych do 7-segmentowych (takich jak 74LS47D)
• 23 falowniki, 7 3-wejściowych bramek AND, 10 2-wejściowych bramek AND, 3 4-wejściowe bramki AND, 5 bramek OR
• Sześć 7-segmentowych wyświetlaczy szesnastkowych

Mam nadzieję, że nauczyłeś się, jak działa zegar cyfrowy z tej instrukcji, możesz zadawać wszelkie pytania!