CONTATORE DI FREQUENZA CMOS: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questa è una guida con PDF inclusi e foto di come ho progettato il mio contatore di frequenza per divertimento fuori da una logica discreta. Non entrerò nei dettagli completi su come ho realizzato i circuiti stampati o su come cablarli, ma gli schemi sono realizzati in KICAD, un software gratuito che ti consente di realizzare i tuoi progetti su un PCB di livello professionale. sentiti libero di copiare o utilizzare queste informazioni come guida di riferimento. questo è un buon esercizio di apprendimento, l'ho trovato un viaggio emozionante e un mal di testa assoluto allo stesso tempo, ma questo progetto utilizza molte abilità apprese in un corso di progettazione digitale di base. probabilmente tutto questo potrebbe essere fatto con un microcontrollore e qualche parte esterna. ma qual è il divertimento in questo haha!

Passaggio 1: progettazione di un frequenzimetro utilizzando chip logici CMOS discreti

Quindi, come introduzione, ho progettato, cablato e testato questo circuito. Ho svolto la maggior parte del lavoro in NI multisim e ho utilizzato le simulazioni per progettare la maggior parte dei moduli. dopo aver testato in multisim, ho quindi costruito il circuito di prova in pezzi su una breadboard, questo per essere sicuro che ogni parte funzionasse correttamente, questo è stato un vero mal di testa e mi ci è voluto quasi una settimana per far funzionare la prima versione completa. Nella fase successiva includerò la BOM (distinta materiali) e uno schema a blocchi del progetto per poi entrare nei dettagli su come è stato realizzato. Non ho usato alcuno schema per realizzare questo, ho semplicemente letto i fogli dati per i chipset e ho eseguito simulazioni e testato ogni chip per il corretto funzionamento. Questo progetto presenta 4 concetti principali che sono tutti legati insieme nell'assemblaggio finale che verrà delineato negli schemi a blocchi. Ho usato questi blocchi per descrivere come sarebbe stato organizzato e progettato tutto.

1. Modulo di temporizzazioneUn circuito oscillatore Pierce con un xtal (cristallo) che oscilla a 37,788 kHz viene alimentato in un CD4060B (contatore binario di trasporto dell'ondulazione a 14 stadi e divisore di frequenza), il che si traduce in un segnale di 2Hz. Quel segnale viene quindi inviato a un flip flop JK configurato per la modalità toggle. Questo lo ridurrà della metà a un'onda quadra di 1Hz. il segnale viene quindi inviato a un altro flip flop JK e suddiviso a 0,5Hz (1 secondo su 1 secondo spento). questa sarà la base temporale precisa per impostare il nostro clock di abilitazione per "tagliare" un campione di un secondo della frequenza in ingresso. Questa è essenzialmente una fetta di impulsi che deve essere conteggiata per una durata di un secondo.
2. Contatore di decadi sincrono Sono due concetti principali per capire come viene conteggiata la frequenza in entrata. Il segnale in ingresso deve essere un'onda quadra e compatibile anche con il livello logico dei chip. Ho usato un generatore di funzioni sul mio banco da laboratorio, ma uno può essere costruito con un timer 555 e un flip flop JK o D configurato come divisore di frequenza. il secondo concetto utilizza il segnale 0,5Hz per consentire all'impulso misurato di uscire da una porta AND per intervalli di un secondo. e bloccandolo quando diventa logico LOW. questo impulso esce dalla porta AND ed entra nei contatori delle decadi dell'orologio in parallelo. i contatori funzionano come contatori sincroni e utilizzano le funzioni esegua e nelle funzioni descritte nella scheda tecnica del CD4029.
3. Ripristino Il circuito deve essere ripristinato ogni 2 secondi per campionare la frequenza e non ottenere una lettura di composizione sul display. vogliamo che azzeri i contatori prima che arrivi la fetta successiva o si aggiungerà al valore precedente. il che non è poi così interessante! lo facciamo Usando il flip flop D cablato per il feed back e inseriamo il segnale a 0,5 Hz nel clock che viene emesso nei pin di abilitazione Preset dei contatori di decadi. questo azzera tutti i contatori per due secondi e poi si alza per 2 secondi. semplice ma efficace non si potrebbe fare anche con un flip flop JK ma mi piace mostrare due modi per fare la stessa cosa. Questo è tutto per divertimento e autoapprendimento, quindi sentiti libero di deviare!
4. SEGMENTI LED La parte migliore è salvata per la fine! i display a 7 segmenti classici e i chip del driver Consiglio vivamente di progettare questo intorno alla scheda tecnica del display a 7 segmenti e del chip del driver. Dovrai prestare molta attenzione alla differenza tra catodo comune o anodo. il chip che ho usato dovrà essere alto o basso a seconda dei LED che si sceglie di utilizzare e come buona pratica vengono utilizzati resistori da 220 ohm per limitare la corrente c'è una certa flessibilità è sempre meglio fare riferimento alla scheda tecnica nessuno lo è davvero smart le risposte si trovano tutte nella scheda tecnica. Nel dubbio leggilo più che puoi.

Passaggio 2: diagramma a blocchi

Questa parte successiva è solo una visualizzazione del diagramma a blocchi. È una buona idea guardarlo quando stai progettando qualcosa per tagliare il problema in pezzi.

Passaggio 3: base dei tempi e schemi

l'o-scope mostra come dovrebbe apparire l'output rispetto alla base dei tempi.

Questo circuito utilizza il cd 4060 cablato come mostrato nell'immagine fare riferimento al PDF per l'immagine completa

i chip utilizzati in questo circuito sono

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• RESISTENZE 21 X 220 ohm
• DISPLAY LED A 3 X 7 SEGMENTI
• 37.788 KHZ CRISTALLO
• RESISTENZA 330K OHM
• RESISTENZA DA 15 M OHM
• RETE DI RESITORI 18x 10K 8 PIN (CONSIGLIATO)
• MOLTI FILI DI COLLEGAMENTO SE SI UTILIZZA UN BREAD BOARD
• TANTE TAGLIERE DI PANE

ATTREZZATURA CONSIGLIATA

• ALIMENTAZIONE DA BANCO
• O-SCOPO
• GENERATORE DI FUNZIONI
• MULTIMETRO
• PINZE

SOFTWARE DI PROGETTAZIONE CONSIGLIATO

• KICAD
• NImultisim