Ceas digital folosind oscilatorul de cristal și flip flops: 3 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Ceasurile se găsesc în aproape toate tipurile de electronice, sunt bătăile inimii oricărui computer. Acestea sunt utilizate pentru a sincroniza toate circuitele secvențiale. ele sunt, de asemenea, utilizate ca contoare pentru a urmări data și ora. În acest instructable veți afla cum contează computerele și, în esență, cum funcționează un ceas digital folosind flip-flops și logică combinațională. Proiectul este împărțit în mai multe module care îndeplinesc fiecare o funcție specifică.

Provizii

Pentru acest instructiv, veți avea nevoie de cunoștințe prealabile în:

• Concepte de logică digitală
• Simulator multisim (opțional)
• Înțelegerea circuitelor electrice

Pasul 1: Construirea modulului de bază de timp

Conceptul din spatele unui ceas digital este că, în esență, numărăm ciclurile de ceas. un ceas de 1 Hz generează un impuls în fiecare secundă. în următorii pași vom vedea cum putem număra aceste cicluri pentru a compune secundele, minutele și orele ceasului nostru. O modalitate prin care putem genera un semnal de 1 Hz este folosind un circuit de oscilator de cristal care generează un semnal de 32,768 kHz (cum ar fi cel pe care l-am proiectat deasupra, care se numește oscilator de perforare), pe care îl putem împărți apoi folosind un lanț de flip-flops. Motivul pentru care se utilizează 32.768 kHz este că este mai mare decât frecvența noastră maximă de auz, care este de 20 kHz și este egală cu 2 ^ 15. Motivul care este important este că o ieșire de tip flip flop J-K se comută la marginea pozitivă sau negativă (depinde de FF) a semnalului de intrare, prin urmare ieșirea este efectiv la o frecvență care este jumătate din intrarea originală. Prin același simbol, dacă lanțăm 15 Flip Flops, putem împărți frecvența semnalului de intrare pentru a obține semnalul nostru de 1 Hz. Tocmai am folosit un generator de impulsuri de 1 Hz pentru a accelera timpul de simulare în Multisim. Cu toate acestea, pe un panou, nu ezitați să construiți circuitul pe care îl am mai sus sau să utilizați un modul DS1307.

Pasul 2: Construirea contorului de secunde

Acest modul este împărțit în două părți. Prima parte este un contor de 4 biți în sus, care contează până la 9, care reprezintă locul 1 al secundelor. A doua parte este un contor de 3 biți care contează până la 6, care alcătuiește locul 10 al secundelor.

Există 2 tipuri de contoare, un contor sincron (unde ceasul este conectat la toate FF) și un contor asincron unde ceasul este alimentat la primul FF și ieșirea acționează ca ceasul următorului FF. Folosesc un contor asincron (numit și contor de ondulare). Ideea este că, dacă trimitem un semnal înalt la intrările „J” și „K” ale FF, FF își va comuta starea la fiecare ciclu al ceasului de intrare. Acest lucru este important deoarece pentru fiecare 2 comutare a primului FF se produce o comutare în FF consecutiv și așa mai departe până la ultima. Prin urmare, producem un număr binar echivalent cu numărul de cicluri ale semnalului de ceas de intrare.

După cum se arată mai sus, în stânga este circuitul meu care face contorul de 4 biți în sus pentru locul 1. Sub el am implementat un circuit de resetare, este în esență o poartă ȘI care trimite un semnal înalt la pinul de resetare a Flip Flops-ului dacă ieșirea contorului este 1010 sau 10 în zecimal. Prin urmare, ieșirea porții AND este de 1 impuls pe semnal de 10 secunde pe care îl vom folosi ca ceas de intrare pentru contorul nostru de 10 locuri.

Pasul 3: Puneți totul împreună

Prin aceeași logică, putem continua să stivim contoare pentru a compune minutele și orele. Putem chiar să mergem mai departe și să numărăm zile, săptămâni și chiar ani. puteți crea acest lucru pe un panou, în mod ideal, totuși, ar fi folosit un modul RTC (ceas în timp real) doar pentru comoditate. Dar dacă te simți inspirat, ai avea în esență nevoie de:

19 flip-flops J-K (sau 10 IC-uri duale J-K, cum ar fi SN74LS73AN)

• o sursă de intrare de 1 Hz (puteți utiliza un modul DS1307 generează o undă pătrată de 1 Hz)
• 6 decodare binare până la 7 segmente (cum ar fi 74LS47D)
• 23 invertoare, 7 porți ȘI 3 intrări, 10 porți ȘI 2 intrări, 3 porți ȘI 4 intrări, 5 porți SAU
• Șase afișaje hexagonale cu 7 segmente

Sper că ați aflat cum funcționează un ceas digital din acest instructable, vă rugăm să nu ezitați să puneți orice întrebare!