שעון דיגיטלי באמצעות מתנד קריסטל וכפכפים: 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

שעונים נמצאים כמעט בכל סוגי האלקטרוניקה, הם פעימות הלב של כל מחשב. הם משמשים לסנכרן כל המעגלים העוקבים. הם משמשים גם כמונים כדי לעקוב אחר הזמן והתאריך. במדריך זה תלמד כיצד מחשבים סופרים ובעצם כיצד פועל שעון דיגיטלי באמצעות כפכפים והיגיון קומבינציות. הפרויקט מחולק למספר מודולים שכל אחד מהם מבצע פונקציה מסוימת.

אספקה

לצורך הוראה זו תזדקק לידע קודם ב:

• מושגי לוגיקה דיגיטלית
• סימולטור רב -גוני (אופציונלי)
• הבנת מעגלים חשמליים

שלב 1: בניית מודול בסיס הזמן

הרעיון מאחורי שעון דיגיטלי הוא שאנחנו בעצם סופרים מחזורי שעון. שעון של 1 הרץ יוצר דופק בכל שנייה. בשלבים הבאים נראה כיצד נוכל לספור את המחזורים האלה כדי להמציא את השניות, הדקות והשעות של השעון שלנו. אחת הדרכים בהן אנו יכולים ליצור אות של 1 הרץ היא באמצעות מעגל מתנד קריסטל המייצר אות של 32.768 קילוהרץ (כמו זה שעיצבתי למעלה הנקרא מתנד פירס), שאנו יכולים לחלק באמצעות שרשרת של כפכפים. הסיבה שבה משתמשים ב- 32.768 קילוהרץ היא כי הוא גבוה מתדר השמיעה המרבי שלנו שהוא 20 קילוהרץ והוא שווה ל 2^15. הסיבה החשובה היא מכיוון שיציאת כפכף J-K מתחלפת בקצה החיובי או השלילי (תלוי ב- FF) של אות הכניסה, ולכן הפלט הוא למעשה בתדר שהוא חצי מהקלט המקורי. באותו אופן אם נשרשר 15 כפכפים נוכל לחלק את תדר אות הכניסה כדי לקבל את האות של 1 הרץ. בדיוק השתמשתי במחולל דופק של 1 הרץ כדי להאיץ את זמן הסימולציה ב- Multisim. עם זאת על לוח לחם אל תהסס לבנות את המעגל שיש לי למעלה או להשתמש במודול DS1307.

שלב 2: בניית מונה השניות

מודול זה מחולק לשני חלקים. החלק הראשון הוא מונה למעלה של 4 סיביות שסופר עד 9 המהווה את מקום השניות של ה -1. החלק השני הוא מונה של 3 סיביות שמספר עד 6 המהווה את מקום השניות של ה -10.

ישנם 2 סוגים של מונים, מונה סינכרוני (שבו השעון מחובר לכל ה- FF) ומונה אסינכרוני שבו השעון מוזן ל- FF הראשון והפלט פועל כשעון ה- FF הבא. אני משתמש במונה אסינכרוני (נקרא גם מונה אדוות). הרעיון הוא שאם נשלח אות גבוה לכניסות 'J' ו- 'K' של ה- FF, ה- FF יחליף את מצבו בכל מחזור של שעון הקלט. זה חשוב מכיוון שבכל 2 החלפות של ה- FF הראשון נוצרת החלפה ב- FF ברציפות וכן הלאה עד האחרונה. לכן אנו מייצרים מספר בינארי השווה למספר המחזורים של אות השעון הקלט.

כפי שמוצג למעלה, משמאל נמצא המעגל שלי שמייצר את מונה ה -4 סיביות למעלה למקום ה -1. מתחתיו יישמתי מעגל איפוס, הוא בעצם שער AND ששולח אות גבוה לסיכת האיפוס של הכפכפים אם תפוקת המונה היא 1010 או 10 עשרונית. מכאן שהפלט של שער AND זה הוא אות דופק אחד ל -10 שניות בו נשתמש כשעון הקלט של מונה המקום של 10 שלנו.

שלב 3: חיבור הכל ביחד

באותה היגיון, נוכל להמשיך לערום מונים כדי להמציא את הדקות והשעות. אנחנו אפילו יכולים ללכת רחוק יותר ולספור ימים, שבועות ואפילו שנים. אתה יכול ליצור את זה על לוח לחם, אך באופן אידיאלי אתה צריך להשתמש במודול RTC (שעון בזמן אמת) רק לנוחות. אבל אם אתה מרגיש השראה בעצם תצטרך:

19 כפכפי J-K (או 10 מעגלי J-K כפולים כגון SN74LS73AN)

• מקור כניסה של 1 הרץ (אתה יכול להשתמש במודול DS1307 הוא מייצר גל מרובע של 1 הרץ)
• 6 מפענחי בינארי עד 7 פלחים (כגון 74LS47D)
• 23 ממירים, 7 שערים עם 3 כניסות AND, 10 שערים עם 2 כניסות AND, 3 שערים עם 4 כניסות AND, 5 שערים או
• שישה תצוגות משושה עם 7 קטעים

אני מקווה שלמדת כיצד שעון דיגיטלי עובד מתוך ההנחיה הזו, אל תהסס לשאול שאלות!