Digitální hodiny využívající krystalový oscilátor a žabky: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Hodiny se nacházejí téměř ve všech typech elektroniky, jsou srdcem každého počítače. Používají se k synchronizaci všech sekvenčních obvodů. používají se také jako čítače pro sledování času a data. V tomto instruktážním kurzu se naučíte, jak počítače počítají a v podstatě jak digitální hodiny fungují pomocí žabek a kombinační logiky. Projekt je rozdělen do několika modulů, z nichž každý plní určitou funkci.

Zásoby

Pro tento instruktáž budete potřebovat nějaké předchozí znalosti v:

• Digitální logické koncepty
• Multisim simulátor (volitelný)
• Porozumění elektrickým obvodům

Krok 1: Budování modulu Time Base

Koncept digitálních hodin spočívá v tom, že v podstatě počítáme cykly hodin. 1 Hz hodiny generují puls každou sekundu. v dalších krocích uvidíme, jak můžeme tyto cykly spočítat, abychom vytvořili sekundy, minuty a hodiny našich hodin. Jedním ze způsobů, jak můžeme generovat signál 1 Hz, je použít obvod krystalového oscilátoru, který generuje signál 32,768 kHz (jako ten, který jsem navrhl výše, který se nazývá propichovací oscilátor), který pak můžeme rozdělit pomocí řetězce žabek. Používá se 32,768 kHz, protože je vyšší než naše maximální slyšitelná frekvence, která je 20 kHz a rovná se 2^15. Důvod, který je důležitý, je ten, že J-K flip flop výstup přepíná na kladné nebo záporné hraně (závisí na FF) vstupního signálu, proto je výstup efektivně na frekvenci, která je polovina původního vstupu. Stejným tokenem, pokud zřetězíme 15 žabek, můžeme rozdělit frekvenci vstupního signálu, abychom získali signál 1 Hz. Právě jsem použil 1 Hz pulzní generátor k urychlení času simulace v Multisimu. Na prkénku však můžete postavit obvod, který mám výše, nebo použít modul DS1307.

Krok 2: Sestavení počítadla sekund

Tento modul je rozdělen na dvě části. První část je 4bitový čítač nahoru, který počítá až 9, což tvoří místo sekund v sekundách. Druhá část je 3bitový čítač nahoru, který počítá až 6, což tvoří desáté místo sekund.

Existují 2 typy čítačů, synchronní čítač (kde jsou hodiny připojeny ke všem FF) a asynchronní čítač, kde jsou hodiny přiváděny do prvního FF a výstup funguje jako hodiny dalšího FF. Používám asynchronní čítač (také nazývaný počítadlo zvlnění). Myšlenka je, že pokud pošleme vysoký signál na vstupy 'J' a 'K' FF, FF přepne svůj stav v každém cyklu vstupních hodin. To je důležité, protože pro každé 2 přepínače prvního FF se vyrábí přepínač v po sobě následujícím FF a tak dále až do posledního. Proto produkujeme binární číslo ekvivalentní počtu cyklů vstupního hodinového signálu.

Jak je uvedeno výše, vlevo je můj obvod, který tvoří 4bitový čítač pro místo 1. Pod ním jsem implementoval resetovací obvod, je to v podstatě brána AND, která vysílá vysoký signál na resetovací pin žabek, pokud je výstup čítače 1010 nebo 10 v desítkové soustavě. Výstup této brány AND je tedy 1 impuls za 10 sekund, který použijeme jako vstupní hodiny pro 10 -ti místný čítač.

Krok 3: Dát to všechno dohromady

Podle stejné logiky můžeme pokračovat ve skládání čítačů, abychom vytvořili minuty a hodiny. Můžeme dokonce jít dál a počítat dny, týdny a dokonce roky. můžete to vytvořit na prkénku, v ideálním případě byste však použili modul RTC (hodiny v reálném čase) jen pro pohodlí. Pokud se ale cítíte inspirovaní, budete v zásadě potřebovat:

19 žabek J-K (nebo 10 duálních integrovaných obvodů J-K, jako je SN74LS73AN)

• vstupní zdroj 1 Hz (můžete použít modul DS1307, který generuje 1 Hz čtvercovou vlnu)
• 6 binárních až 7segmentových dekodérů (například 74LS47D)
• 23 střídačů, 7 bran se 3 vstupy a AND, 10 bran se 2 vstupy a AND, 3 brány se 4 vstupy a AND, 5 bran NEBO
• Šest 7segmentových šestihranných displejů

Doufám, že jste se z tohoto pokynu dozvěděli, jak digitální hodiny fungují. Neváhejte se zeptat!