Digitaalikello kristallioskillaattorilla ja varvastossuilla: 3 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Kellot löytyvät melkein kaikentyyppisestä elektroniikasta, ne ovat minkä tahansa tietokoneen syke. Niitä käytetään synkronoimaan kaikki peräkkäiset piirit. niitä käytetään myös laskureina ajan ja päivämäärän seurantaan. Tässä ohjeessa opit kuinka tietokoneet laskevat ja miten digitaalinen kello toimii varvastossujen ja yhdistelmälogiikan avulla. Projekti on jaettu useisiin moduuleihin, joista jokainen suorittaa tietyn tehtävän.

Tarvikkeet

Tätä ohjeistusta varten tarvitset jonkin verran aiempaa tietoa:

• Digitaalisen logiikan käsitteet
• Monisimulaattori (valinnainen)
• Sähköpiirien ymmärtäminen

Vaihe 1: Aikapohjamoduulin rakentaminen

Digitaalikellon takana oleva käsite on, että laskemme olennaisesti kellojaksoja. 1 Hz: n kello tuottaa pulssin joka sekunti. seuraavissa vaiheissa näemme, kuinka voimme laskea nämä jaksot kellomme sekuntien, minuuttien ja tuntien muodostamiseksi. Yksi tapa tuottaa 1 Hz: n signaali on käyttää kideoskillaattoripiiriä, joka tuottaa 32,768 kHz: n signaalin (kuten edellä suunniteltu, jota kutsutaan lävistysoskillaattoriksi), jonka voimme sitten jakaa käyttämällä varvastossua. Syy 32,768 kHz on se, että se on korkeampi kuin suurin kuulotaajuutemme, joka on 20 kHz, ja se on 2^15. Syy, joka on tärkeä, on se, että JK-flip flop -lähtö vaihtuu tulosignaalin positiiviseen tai negatiiviseen reunaan (riippuu FF: stä), joten lähtö on tehokkaasti taajuudella, joka on puolet alkuperäisestä tulosta. Samalla tavalla, jos ketjutamme 15 varvastossua, voimme jakaa tulosignaalin taajuuden saadaksemme 1 Hz: n signaalin. Käytin juuri 1 Hz: n pulssigeneraattoria simulointiajan nopeuttamiseksi Multisimissa. Kuitenkin leipälaudalla voit rakentaa yllä olevan piirin tai käyttää DS1307 -moduulia.

Vaihe 2: Rakenna sekuntimittari

Tämä moduuli on jaettu kahteen osaan. Ensimmäinen osa on 4-bittinen ylöslaskuri, joka laskee jopa 9, mikä muodostaa 1: n sekunnin paikan. Toinen osa on 3-bittinen ylöslaskuri, joka laskee jopa 6, mikä muodostaa 10: n sekunnin paikan.

Laskureita on 2 tyyppiä, synkroninen laskuri (jossa kello on kytketty kaikkiin FF -laitteisiin) ja asynkroninen laskuri, jossa kello syötetään ensimmäiselle FF: lle ja lähtö toimii seuraavan FF: n kellona. Käytän asynkronista laskuria (kutsutaan myös aaltolaskuriksi). Ajatuksena on, että jos lähetämme korkean signaalin FF: n J- ja K -tuloille, FF vaihtaa tilansa tulokellon jokaisen jakson aikana. Tämä on tärkeää, koska jokaisen ensimmäisen FF: n jokaisen 2 vaihtokytkimen kohdalla tuotetaan kytkin peräkkäisessä FF: ssä ja niin edelleen viimeiseen. Siksi tuotamme binääriluvun, joka vastaa sisääntulokellosignaalin jaksojen määrää.

Kuten yllä on esitetty, vasemmalla on piirini, joka tekee 4-bittisen laskurin 1: n paikalle. Sen alapuolella olen toteuttanut nollauspiirin, se on pohjimmiltaan AND -portti, joka lähettää korkean signaalin varvastossuille, jos laskurin lähtö on 1010 tai 10 desimaalilla. Siksi kyseisen AND -portin lähtö on 1 pulssi 10 sekunnin signaali, jota käytämme 10: n paikkalaskurin tulokellona.

Vaihe 3: Yhdistä kaikki

Saman logiikan mukaan voimme jatkaa pinojen laskemista pöytäkirjojen ja tuntien muodostamiseksi. Voimme jopa mennä pidemmälle ja laskea päiviä, viikkoja ja jopa vuosia. Voit luoda tämän leipälevylle, mieluiten kuitenkin käyttää RTC (reaaliaikainen kello) -moduulia vain mukavuuden vuoksi. Mutta jos tunnet inspiraatiota, tarvitset lähinnä:

19 JK-varvastossua (tai 10 Dual J-K -piiriä, kuten SN74LS73AN)

• 1 Hz: n tulolähde (voit käyttää DS1307 -moduulia, se tuottaa 1 Hz: n neliöaallon)
• 6 binääristä 7-segmenttiin dekooderia (kuten 74LS47D)
• 23 taajuusmuuttajaa, 7 3-tulo- ja porttia, 10 2-sisääntuloa ja porttia, 3 4-sisääntuloa ja porttia, 5 tai porttia
• Kuusi 7-segmenttistä hex-näyttöä

Toivon, että opit digitaalisen kellon toiminnasta tästä ohjeesta. Kysy rohkeasti kysymyksiä!