Цифровые часы с кварцевым генератором и шлепанцы: 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Часы присутствуют практически во всех типах электроники, они являются сердцем любого компьютера. Они используются для синхронизации всех последовательных схем. они также используются в качестве счетчиков для отслеживания времени и даты. В этом руководстве вы узнаете, как подсчитывают компьютеры и, по сути, как работают цифровые часы с использованием триггеров и комбинационной логики. Проект разбит на несколько модулей, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Запасы

Для этого вам потребуются некоторые предварительные знания в следующих областях:

• Концепции цифровой логики
• Симулятор Multisim (по желанию)
• Понимание электрических цепей

Шаг 1. Создание модуля временной базы

Концепция цифровых часов заключается в том, что мы, по сути, считаем тактовые циклы. Часы с частотой 1 Гц генерируют импульс каждую секунду. на следующих шагах мы увидим, как мы можем подсчитать эти циклы, чтобы составить секунды, минуты и часы наших часов. Один из способов сгенерировать сигнал частотой 1 Гц - это использовать схему кварцевого генератора, которая генерирует сигнал 32,768 кГц (например, разработанный выше i, который называется генератором пирсинга), который мы затем можем разделить с помощью цепочки триггеров. Причина использования 32,768 кГц заключается в том, что она выше нашей максимальной частоты слуха, которая составляет 20 кГц и равна 2 ^ 15. Причина, по которой это важно, заключается в том, что выход JK-триггера переключается на положительном или отрицательном фронте (в зависимости от FF) входного сигнала, поэтому выход фактически имеет частоту, которая составляет половину исходной входной частоты. По тому же принципу, если мы соединим 15 триггеров, мы сможем разделить частоту входного сигнала, чтобы получить наш сигнал 1 Гц. Я просто использовал генератор импульсов с частотой 1 Гц, чтобы ускорить время моделирования в Multisim. Однако на макетной плате не стесняйтесь строить схему, которая у меня выше, или использовать модуль DS1307.

Шаг 2: построение счетчика секунд

Этот модуль разбит на две части. Первая часть - это 4-битный счетчик, который считает до 9, что составляет 1 место в секундах. Вторая часть - это 3-битный счетчик, который считает до 6, что составляет 10-ю позицию в секундах.

Есть 2 типа счетчиков: синхронный счетчик (где часы подключены ко всем FF) и асинхронный счетчик, где часы подаются на первый FF, а выход действует как часы следующего FF. Я использую асинхронный счетчик (также называемый счетчиком пульсаций). Идея состоит в том, что если мы отправим высокий сигнал на входы «J» и «K» FF, FF будет переключать свое состояние в каждом цикле входных часов. Это важно, потому что для каждых 2 переключателей первого FF переключение производится в следующем FF и так далее до последнего. Поэтому мы производим двоичное число, эквивалентное количеству циклов входного тактового сигнала.

Как показано выше, слева находится моя схема, которая составляет 4-битный счетчик вверх для места 1. Ниже я реализовал схему сброса, это в основном логический элемент И, который отправляет высокий сигнал на вывод сброса триггеров, если на выходе счетчика 1010 или 10 в десятичной системе счисления. Следовательно, на выходе этого логического элемента И будет сигнал 1 импульс за 10 секунд, который мы будем использовать в качестве входной тактовой частоты для нашего 10-разрядного счетчика.

Шаг 3: Собираем все вместе

Следуя той же логике, мы можем продолжать складывать счетчики, чтобы составлять минуты и часы. Мы можем даже пойти дальше и считать дни, недели и даже годы. вы можете создать это на макете, однако в идеале можно было бы использовать модуль RTC (часы реального времени) только для удобства. Но если вы чувствуете вдохновение, вам, по сути, понадобятся:

19 шлепанцев J-K (или 10 двойных микросхем J-K, таких как SN74LS73AN)

• источник входного сигнала 1 Гц (вы можете использовать модуль DS1307, он генерирует прямоугольную волну 1 Гц)
• От 6 бинарных до 7-сегментных декодеров (например, 74LS47D)
• 23 инвертора, 7 вентилей И с 3 входами, 10 вентилей И с 2 входами, 3 логических элемента И с 4 входами, 5 вентилей ИЛИ
• Шесть 7-сегментных шестнадцатеричных дисплеев

Надеюсь, вы узнали из этого руководства, как работают цифровые часы. Пожалуйста, не стесняйтесь задавать любые вопросы!