Digitālais pulkstenis, izmantojot kristāla oscilatoru un flip flops: 3 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Pulksteņi ir atrodami gandrīz visos elektronikas veidos, tie ir jebkura datora sirdsdarbība. Tos izmanto, lai sinhronizētu visas secīgās shēmas. tos izmanto arī kā skaitītājus, lai izsekotu laiku un datumu. Šajā pamācībā jūs uzzināsit, kā skaitīt datorus un būtībā, kā darbojas digitālais pulkstenis, izmantojot flip flops un kombinēto loģiku. Projekts ir sadalīts vairākos moduļos, no kuriem katrs veic noteiktu funkciju.

Piegādes

Lai to izdarītu, jums būs nepieciešamas iepriekšējas zināšanas:

• Digitālās loģikas jēdzieni
• Multisim simulators (pēc izvēles)
• Elektrisko ķēžu izpratne

1. darbība. Laika bāzes moduļa izveide

Digitālā pulksteņa koncepcija ir tāda, ka mēs būtībā skaitām pulksteņa ciklus. 1 Hz pulkstenis katru sekundi ģenerē impulsu. nākamajos soļos mēs redzēsim, kā mēs varam saskaitīt šos ciklus, veidojot mūsu pulksteņa sekundes, minūtes un stundas. Viens veids, kā mēs varam ģenerēt 1 Hz signālu, ir, izmantojot kristāla oscilatora ķēdi, kas ģenerē 32,768 kHz signālu (piemēram, iepriekš aprakstīto, ko sauc par caurduršanas oscilatoru), un pēc tam mēs varam sadalīt, izmantojot flip flopšu ķēdi. Iemesls 32,768 kHz tiek izmantots tāpēc, ka tas ir augstāks par mūsu maksimālo dzirdes frekvenci, kas ir 20 kHz, un tas ir vienāds ar 2^15. Svarīgs iemesls ir tas, ka JK flip flop izeja pārslēdzas pie ieejas signāla pozitīvās vai negatīvās malas (atkarīgs no FF), tāpēc izeja faktiski ir frekvencē, kas ir puse no sākotnējās ieejas. Tādā pašā veidā, ja mēs ķēdēsim 15 flip flopus, mēs varam sadalīt ieejas signāla frekvenci, lai iegūtu 1 Hz signālu. Es tikko izmantoju 1 Hz impulsu ģeneratoru, lai paātrinātu simulācijas laiku Multisim. Tomēr uz maizes dēļa varat brīvi izveidot iepriekš minēto ķēdi vai izmantot DS1307 moduli.

2. darbība. Sekundes skaitītāja izveide

Šis modulis ir sadalīts divās daļās. Pirmā daļa ir 4 bitu skaitītājs līdz 9, kas veido 1 vietu sekundēs. Otrā daļa ir 3 bitu skaitītājs līdz 6, kas veido 10 vietu sekundēs.

Ir divu veidu skaitītāji, sinhronais skaitītājs (kur pulkstenis ir savienots ar visu FF) un asinhronais skaitītājs, kur pulkstenis tiek padots pirmajam FF un izeja darbojas kā nākamā FF pulkstenis. Es izmantoju asinhronu skaitītāju (to sauc arī par pulsācijas skaitītāju). Ideja ir tāda, ka, ja mēs nosūtīsim augstu signālu uz FF ievadi “J” un “K”, FF mainīs savu stāvokli katrā ievades pulksteņa ciklā. Tas ir svarīgi, jo katrai 2 pirmā FF pārslēgšanai tiek izveidota pārslēgšanās secīgā FF un tā tālāk līdz pēdējai. Tāpēc mēs ražojam bināru skaitli, kas ir līdzvērtīgs ieejas pulksteņa signāla ciklu skaitam.

Kā parādīts iepriekš, pa kreisi ir mana shēma, kas padara 4 bitu skaitītāju 1 vietai. Zem tā es esmu ieviesis atiestatīšanas ķēdi, tas būtībā ir AND vārts, kas nosūta augstu signālu uz Flip Flops atiestatīšanas tapu, ja skaitītāja izeja ir 1010 vai 10 aiz komata. Tādējādi šī AND vārtu izeja ir 1 impulss 10 sekunžu laikā, ko mēs izmantosim kā ieejas pulksteni mūsu 10 vietu skaitītājam.

3. solis: salieciet to visu kopā

Pēc tās pašas loģikas mēs varam turpināt sakraut skaitītājus, veidojot minūtes un stundas. Mēs pat varam iet tālāk un skaitīt dienas, nedēļas un pat gadus. Jūs to varat izveidot uz maizes dēļa, ideālā gadījumā tomēr ērtības labad varētu izmantot RTC (reālā laika pulksteņa) moduli. Bet, ja jūtaties iedvesmots, jums būs nepieciešams:

19 J-K Flip Flops (vai 10 Dual J-K IC, piemēram, SN74LS73AN)

• 1 Hz ievades avots (varat izmantot DS1307 moduli, tas ģenerē 1 Hz kvadrātveida vilni)
• 6 binārie līdz 7 segmentu dekodētāji (piemēram, 74LS47D)
• 23 invertori, 7 3 ieejas UN vārti, 10 2 ieeju UN vārti, 3 4 ieejas AND vārti, 5 VAI vārti
• Seši 7 segmentu sešstūra displeji

Es ceru, ka no šīs pamācības esat uzzinājis, kā darbojas digitālais pulkstenis. Lūdzu, nekautrējieties uzdot visus jautājumus!