СЧЕТЧИК ЧАСТОТ CMOS: 3 ступени

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Это руководство с включенными PDF-файлами и фотографиями того, как я разработал свой собственный частотомер для развлечения на основе дискретной логики. Я не буду вдаваться в подробности того, как я сделал монтажные кабели или как их подключить, но схемы сделаны в KICAD, бесплатном программном обеспечении, которое позволяет вам делать ваши проекты на печатной плате профессионального уровня. не стесняйтесь копировать или использовать эту информацию в качестве справочного руководства. Это хорошее учебное упражнение, я обнаружил, что это увлекательное путешествие и в то же время абсолютная головная боль, но в этом проекте используются многие навыки, полученные на базовом курсе цифрового дизайна. Вероятно, все это можно было бы сделать с помощью одного микроконтроллера и нескольких внешних компонентов. но что в этом веселья, ха-ха!

Шаг 1. Создание частотомера с использованием дискретных логических микросхем КМОП

Итак, в качестве введения я спроектировал, соединил и протестировал эту схему. Я выполнил большую часть работы в NI multisim и использовал моделирование для разработки большинства модулей. После тестирования в multisim я построил тестовую схему по частям на макетной плате, чтобы убедиться, что каждая часть работает должным образом, это была настоящая головная боль, и мне потребовалась почти неделя, чтобы запустить первую полную версию. На следующем этапе я включу спецификацию (спецификацию материалов) и блок-схему проекта, а затем подробно расскажу о том, как он был собран. Я не использовал никаких схем для этого, я просто читал спецификации чипсетов, запускал моделирование и тестировал каждый чип на предмет правильной работы. В этом проекте представлены 4 основные концепции, которые связаны вместе в окончательной сборке, которая будет представлена на блок-схемах. Я использовал эти блоки, чтобы описать, как все это будет организовано и оформлено.

1. Модуль синхронизации Схема генератора Пирса с xtal (кварцевым), колеблющимся на частоте 37,788 кГц, подается на CD4060B (14-ступенчатый двоичный счетчик переноса пульсаций и делитель частоты), в результате получается сигнал 2 Гц. Затем этот сигнал отправляется в триггер JK, настроенный для режима переключения. Это уменьшит его вдвое до прямоугольной волны 1 Гц. затем сигнал отправляется еще на один триггер JK и делится на 0,5 Гц (1 секунда на 1 секунде выключения). это будет точная временная база для установки наших включенных часов, чтобы «нарезать» односекундную выборку входящей частоты. По сути, это отрезок импульсов, который необходимо подсчитывать в течение одной секунды.
2. Синхронный декадный счетчик Это две основные концепции, позволяющие понять, как подсчитывается входящая частота. Входящий сигнал должен быть прямоугольной формы, а также соответствовать логическому уровню микросхем. Я использовал функциональный генератор на своем лабораторном столе, но он может быть сконструирован с таймером 555 и триггером JK или D, настроенным как делитель частоты. вторая концепция использует сигнал 0,5 Гц, чтобы позволить измеренному импульсу выйти из логического элемента И в течение односекундных интервалов. и блокирует его, когда логический НИЗКИЙ. этот импульс выходит из логического элемента И и поступает на декадные счетчики параллельно включенным часам. счетчики функционируют как синхронные счетчики и используют функции выполнения и in, описанные в технических данных для CD4029.
3. Сброс Схема должна сбрасываться каждые 2 секунды, чтобы выбрать частоту и не отображать сложное значение на дисплее. мы хотим, чтобы он сбрасывал счетчики до нуля до того, как придет следующий срез, или он добавит к предыдущему значению. что не так уж и интересно! мы делаем это с помощью D-триггера, подключенного к обратной связи, и синхронизируем сигнал 0,5 Гц с тактовым сигналом, который выводится на контакты включения предварительной установки декадных счетчиков. при этом все счетчики обнуляются на две секунды, а затем на 2 секунды устанавливается высокий уровень. просто, но эффективно, не то же самое можно было бы сделать с помощью шлепанца JK, но я хотел бы показать два способа сделать то же самое. Это все для развлечения и самообучения, так что не стесняйтесь отклоняться!
4. СВЕТОДИОДНЫЕ СЕГМЕНТЫ Самое лучшее отложено на конец! Классические 7-сегментные дисплеи и микросхемы драйверов Я настоятельно рекомендую разрабатывать их на основе технических данных 7-сегментного дисплея и микросхемы драйвера. Вам нужно будет обратить пристальное внимание на разницу между обычным катодом и анодом. микросхема, которую я использовал, должна быть высокой или низкой в зависимости от светодиодов, которые вы выберете для использования, и, как хорошая практика, для ограничения тока используются резисторы 220 Ом, есть некоторая гибкость, всегда лучше обращаться к техническому паспорту, на самом деле никто не такой умные ответы все лежат в техпаспорте. Если сомневаетесь, прочтите как можно больше.

Шаг 2: блок-схема

Следующая часть представляет собой просто визуализацию блок-схемы. Хорошая идея - взглянуть на это, когда вы придумываете что-то, чтобы разрезать проблему на части.

Шаг 3: временная база и схемы

o-scope показывает, как должны выглядеть выходные данные по сравнению с временной разверткой.

В этой схеме используется cd 4060, подключенный, как показано на рисунке, полное изображение см. В PDF.

Чипы, используемые в этой схеме:

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• РЕЗИСТОРЫ 21 X 220 Ом
• 3 Х 7 СЕГЕМНЫХ СВЕТОДИОДНЫХ ДИСПЛЕЯ
• 37,788 КГЦ КРИСТАЛЛ
• Резистор 330 кОм
• РЕЗИСТОР 15 МОм
• 18x 10K 8-КОНТАКТНЫЙ РЕЗИТОР СЕТЬ (РЕКОМЕНДУЕТСЯ)
• МНОГО ПРОВОДОВ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ХЛЕБНОЙ ДОСКИ
• МНОГИЕ ХЛЕБНЫЕ ДОСКИ

РЕКОМЕНДУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

• ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
• O-SCOPE
• ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ
• МУЛЬТИМЕТР
• ПЛОСКОГУБЦЫ

РЕКОМЕНДУЕМОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

• KICAD
• NImultisim