Orologio digitale con oscillatore a cristallo e infradito: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Gli orologi si trovano in quasi tutti i tipi di elettronica, sono il battito cardiaco di qualsiasi computer. Sono usati per sincronizzare tutti i circuiti sequenziali. sono anche usati come contatori per tenere traccia di ora e data. In questo tutorial imparerai come contano i computer ed essenzialmente come funziona un orologio digitale usando le infradito e la logica combinatoria. Il progetto è suddiviso in più moduli che svolgono ciascuno una specifica funzione.

Forniture

Per questo istruibile avrai bisogno di alcune conoscenze pregresse in:

• Concetti di logica digitale
• Simulatore multisim (opzionale)
• Comprensione dei circuiti elettrici

Passaggio 1: creazione del modulo Base dei tempi

Il concetto alla base di un orologio digitale è che stiamo essenzialmente contando i cicli di clock. un clock a 1 Hz genera un impulso ogni secondo. nei prossimi passaggi vedremo come possiamo contare quei cicli per comporre i secondi, i minuti e le ore del nostro orologio. Un modo in cui possiamo generare un segnale a 1 Hz è utilizzare un circuito oscillatore a cristallo che genera un segnale a 32,768 kHz (come quello che ho progettato sopra che è chiamato oscillatore sfondamento), che possiamo quindi dividere utilizzando una catena di Flip Flops. Il motivo per cui viene utilizzato 32,768 kHz è perché è superiore alla nostra frequenza uditiva massima che è 20 kHz ed è uguale a 2^15. Il motivo per cui è importante è perché un'uscita flip flop JK si alterna al fronte positivo o negativo (dipende dalla FF) del segnale di ingresso, quindi l'uscita è effettivamente a una frequenza che è la metà dell'ingresso originale. Per lo stesso motivo, se concateniamo 15 Flip Flop, possiamo dividere la frequenza del segnale in ingresso per ottenere il nostro segnale da 1 Hz. Ho appena usato un generatore di impulsi da 1 Hz per accelerare il tempo di simulazione in Multisim. Tuttavia, su una breadboard sentiti libero di costruire il circuito che ho sopra o di utilizzare un modulo DS1307.

Passaggio 2: costruire il contatore dei secondi

Questo modulo è suddiviso in due parti. La prima parte è un contatore in avanti a 4 bit che conta fino a 9 che costituisce l'1 dei secondi. La seconda parte è un contatore a 3 bit che conta fino a 6 che costituisce il posto delle decine dei secondi.

Esistono 2 tipi di contatori, un contatore sincrono (dove l'orologio è collegato a tutti gli FF) e un contatore asincrono in cui l'orologio viene inviato al primo FF e l'uscita funge da orologio del prossimo FF. Uso un contatore asincrono (chiamato anche contatore ondulazione). L'idea è che se inviamo un segnale alto agli ingressi "J" e "K" dell'FF, l'FF cambierà il suo stato ad ogni ciclo del clock di ingresso. Questo è importante perché per ogni 2 toggle del primo FF viene prodotto un toggle nel FF consecutivo e così via fino all'ultimo. Pertanto produciamo un numero binario equivalente al numero di cicli del segnale di clock in ingresso.

Come mostrato sopra, a sinistra c'è il mio circuito che crea il contatore a 4 bit per il posto dell'1. Sotto di esso ho implementato un circuito di Reset, è fondamentalmente una porta AND che invia un segnale alto al pin di reset dei Flip Flops se l'uscita del contatore è un 1010 o un 10 in decimale. Quindi l'uscita di quella porta AND è un segnale di 1 impulso per 10 secondi che useremo come clock di ingresso per il nostro contatore dei 10.

Passaggio 3: mettere tutto insieme

Con la stessa logica, possiamo continuare a impilare i contatori per comporre i minuti e le ore. Possiamo anche andare oltre e contare giorni, settimane e persino anni. puoi crearlo su una breadboard, idealmente tuttavia si utilizzerebbe un modulo RTC (orologio in tempo reale) solo per comodità. Ma se ti senti ispirato, avresti essenzialmente bisogno di:

19 J-K Flip Flop (o 10 Dual J-K IC come SN74LS73AN)

• una sorgente di ingresso da 1 Hz (è possibile utilizzare un modulo DS1307 genera un'onda quadra da 1 Hz)
• 6 decodificatori da binario a 7 segmenti (come il 74LS47D)
• 23 inverter, 7 porte AND a 3 ingressi, 10 porte AND a 2 ingressi, 3 porte AND a 4 ingressi, 5 porte OR
• Sei display esagonali a 7 segmenti

Spero che tu abbia imparato come funziona un orologio digitale da questo istruibile, non esitare a fare qualsiasi domanda!