Digitálne hodiny s kryštálovým oscilátorom a žabkami: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Hodiny sa nachádzajú takmer vo všetkých druhoch elektroniky, sú srdcom každého počítača. Používajú sa na synchronizáciu všetkých sekvenčných obvodov. používajú sa aj ako počítadlá na sledovanie času a dátumu. V tomto návode sa naučíte, ako počítače počítajú a v zásade fungujú digitálne hodiny pomocou žabiek a kombinačnej logiky. Projekt je rozdelený do niekoľkých modulov, z ktorých každý plní konkrétnu funkciu.

Zásoby

Na získanie tohto pokynu budete potrebovať predchádzajúce znalosti v:

• Pojmy digitálnej logiky
• Multisim simulátor (voliteľný)
• Pochopenie elektrických obvodov

Krok 1: Zostavenie modulu časovej základne

Koncept digitálnych hodín spočíva v tom, že v podstate počítame cykly hodín. 1 Hz hodiny generujú pulz každú sekundu. v ďalších krokoch uvidíme, ako môžeme tieto cykly spočítať tak, aby tvorili sekundy, minúty a hodiny našich hodín. Jeden zo spôsobov, ako môžeme generovať signál 1 Hz, je použiť obvod kryštálového oscilátora, ktorý generuje signál 32 768 kHz (ako ten, ktorý som navrhol vyššie a ktorý sa nazýva prepichovací oscilátor), ktorý potom môžeme rozdeliť pomocou reťazca žabiek. Dôvod, prečo sa používa 32,768 kHz, je ten, že je vyšší ako naša maximálna frekvencia sluchu, ktorá je 20 kHz a rovná sa 2^15. Dôvod, ktorý je dôležitý, je to, že výstup J-K flip flop sa prepína na pozitívnej alebo negatívnej hrane (závisí od FF) vstupného signálu, preto je výstup efektívne na frekvencii, ktorá je polovicou pôvodného vstupu. Rovnakým spôsobom, ak reťazíme 15 žabiek, môžeme rozdeliť frekvenciu vstupného signálu, aby sme získali signál 1 Hz. Na urýchlenie času simulácie v programe Multisim som práve použil impulzný generátor 1 Hz. Na prkénku však môžete postaviť obvod, ktorý mám vyššie, alebo použite modul DS1307.

Krok 2: Zostavenie počítadla sekúnd

Tento modul je rozdelený na dve časti. Prvá časť je 4-bitový čítač nahor, ktorý počíta až 9, čo predstavuje miesto v sekundách. Druhá časť je 3-bitové počítadlo nahor, ktoré počíta až 6, čo tvorí desiate miesto v sekundách.

Existujú 2 typy čítačov, synchrónny čítač (kde sú hodiny pripojené k všetkým FF) a asynchrónny čítač, kde sú hodiny privádzané do prvého FF a výstup funguje ako hodiny nasledujúceho FF. Používam asynchrónne počítadlo (tiež nazývané počítadlo zvlnenia). Ide o to, že ak pošleme vysoký signál na vstupy „J“a „K“FF, FF prepne svoj stav v každom cykle vstupných hodín. To je dôležité, pretože pre každé 2 prepínače prvého FF sa vyrába prepínač v nasledujúcich FF a tak ďalej až do posledného. Preto vytvoríme binárne číslo ekvivalentné počtu cyklov vstupného hodinového signálu.

Ako je uvedené vyššie, vľavo je môj obvod, ktorý tvorí 4-bitové počítadlo pre miesto 1. Pod ním som implementoval resetovací obvod, je to v podstate brána AND, ktorá vysiela vysoký signál na resetovací kolík žabiek, ak je výstup počítadla 1010 alebo 10 v desatinnom čísle. Výstup tejto brány AND je teda 1 impulz za 10 sekúnd, ktorý použijeme ako vstupné hodiny pre naše 10 -miestne počítadlo.

Krok 3: Dajte to všetko dohromady

Podľa tej istej logiky môžeme pokračovať v hromadení počítadiel, aby sme vytvorili minúty a hodiny. Môžeme ísť dokonca ďalej a počítať dni, týždne a dokonca roky. môžete to vytvoriť na doske, v ideálnom prípade by ste však pre jednoduchosť použili modul RTC (hodiny v reálnom čase). Ak sa však cítite inšpirovaní, v zásade budete potrebovať:

19 žabiek J-K (alebo 10 duálnych integrovaných obvodov J-K, ako napríklad SN74LS73AN)

• vstupný zdroj 1 Hz (môžete použiť modul DS1307, ktorý generuje 1 Hz štvorcovú vlnu)
• 6 binárnych až 7-segmentových dekodérov (napríklad 74LS47D)
• 23 meničov, 7 3-vstupových a AND brán, 10 2-vstupových A-brán, 3 4-vstupových A-brán, 5 ALEBO bránok
• Šesť 7-segmentových hex displejov

Dúfam, že ste sa z tohto návodu dozvedeli, ako fungujú digitálne hodiny. Ak máte otázky, pokojne sa pýtajte!