ساعت دیجیتال با استفاده از نوسان ساز کریستال و فلیپ فلاپ: 3 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

ساعت تقریباً در همه انواع وسایل الکترونیکی یافت می شود ، آنها ضربان قلب هر رایانه ای هستند. از آنها برای همگام سازی تمام مدارهای متوالی استفاده می شود. آنها همچنین به عنوان شمارنده برای پیگیری زمان و تاریخ استفاده می شوند. در این مقاله آموزشی نحوه شمارش کامپیوترها و اساساً نحوه عملکرد ساعت دیجیتال با استفاده از تلنگر و منطق ترکیبی را خواهید آموخت. این پروژه به چندین ماژول تقسیم می شود که هر کدام عملکرد خاصی را انجام می دهند.

تدارکات

برای این دستورالعمل شما نیاز به دانش قبلی در موارد زیر دارید:

• مفاهیم منطق دیجیتال
• شبیه ساز چند حالته (اختیاری)
• آشنایی با مدارهای الکتریکی

مرحله 1: ایجاد ماژول Time Time Base

مفهوم پشت ساعت دیجیتال این است که ما اساساً چرخه های ساعت را شمارش می کنیم. ساعت 1 هرتز در هر ثانیه یک پالس تولید می کند. در مراحل بعدی خواهیم دید که چگونه می توانیم آن چرخه ها را برای تشکیل ثانیه ، دقیقه و ساعت ساعت خود شمارش کنیم. یکی از راه هایی که می توانیم یک سیگنال 1 هرتز تولید کنیم ، استفاده از یک مدار نوسان ساز کریستالی است که یک سیگنال 32.768 کیلوهرتز تولید می کند (مانند آنچه که در بالا طراحی کردم که نوسان ساز پیرس نامیده می شود) ، که می توانیم با استفاده از یک زنجیره فلیپ فلاپ تقسیم کنیم. دلیل استفاده از 32.768 کیلوهرتز این است که بیشتر از حداکثر فرکانس شنوایی ما است که 20 کیلوهرتز است و برابر 2^15 است. دلیل مهم این است که خروجی فلیپ فلاپ J-K در لبه مثبت یا منفی (بستگی به FF) سیگنال ورودی تغییر می کند ، بنابراین خروجی به طور م atثر در فرکانس نیمی از ورودی اصلی است. با همین روال ، اگر 15 فلیپ فلاپ را زنجیره کنیم ، می توانیم فرکانس سیگنال ورودی را تقسیم کرده و سیگنال 1 هرتز خود را بدست آوریم. من فقط از یک ژنراتور پالس 1 هرتز برای سرعت بخشیدن به زمان شبیه سازی در Multisim استفاده کردم. با این حال ، بر روی یک تخته نان با خیال راحت مدار مورد نظر خود را در بالا بسازید یا از یک ماژول DS1307 استفاده کنید.

مرحله 2: ایجاد شمارنده ثانیه ها

این ماژول به دو بخش تقسیم شده است. قسمت اول یک شمارنده 4 بیتی است که تا 9 شمارش می کند و جای 1 ثانیه را تشکیل می دهد. قسمت دوم یک شمارنده 3 بیتی است که تا 6 شمارش می کند و مکان 10 ثانیه را تشکیل می دهد.

2 نوع شمارنده وجود دارد ، یک شمارنده همزمان (که ساعت به تمام FF متصل است) و یک شمارنده ناهمزمان که در آن ساعت به اولین FF تغذیه می شود و خروجی به عنوان ساعت FF بعدی عمل می کند. من از شمارنده ناهمزمان (که شمارنده موج دار نیز نامیده می شود) استفاده می کنم. ایده این است که اگر ما یک سیگنال بالا به ورودی های J و K از FF ارسال کنیم ، FF وضعیت خود را در هر چرخه ساعت ورودی تغییر می دهد. این مهم است زیرا برای هر 2 ضامن FF اول ، یک ضامن در FF متوالی و به همین ترتیب تا آخرین مورد تولید می شود. بنابراین ما یک عدد دودویی معادل تعداد چرخه های سیگنال ساعت ورودی تولید می کنیم.

همانطور که در بالا نشان داده شد ، در سمت چپ مدار من است که شمارنده 4 بیتی را برای محل 1 ایجاد می کند. در زیر آن من یک مدار بازنشانی را پیاده سازی کرده ام ، اساساً یک دروازه AND است که اگر خروجی شمارنده 1010 یا 10 به صورت اعشاری باشد ، سیگنال بالایی به پین تنظیم مجدد Flip Flops ارسال می کند. بنابراین خروجی آن دروازه 1 سیگنال در هر 10 ثانیه 1 پالس است که از آن به عنوان ساعت ورودی برای شمارنده مکان 10 خود استفاده می کنیم.

مرحله 3: همه چیز را با هم ترکیب کنید

با همان منطق ، ما می توانیم به جمع آوری شمارنده ها برای تشکیل دقیقه و ساعت ادامه دهیم. ما حتی می توانیم جلوتر برویم و روزها ، هفته ها و حتی سالها را بشماریم. شما می توانید این را روی یک تخته نان ایجاد کنید ، در حالت ایده آل ، از یک ماژول RTC (ساعت واقعی) فقط برای راحتی استفاده کنید. اما اگر احساس می کنید الهام گرفته اید ، اساساً به موارد زیر نیاز دارید:

19 فلیپ فلاپ J-K (یا 10 IC دو J-K مانند SN74LS73AN)

• منبع ورودی 1 هرتز (می توانید از ماژول DS1307 استفاده کنید که موج مربعی 1 هرتز ایجاد می کند)
• 6 رمزگشای دوتایی تا 7 قسمتی (مانند 74LS47D)
• 23 اینورتر ، 7 دروازه 3 ورودی AND ، 10 دروازه 2 ورودی AND ، 3 دروازه 4 ورودی AND ، 5 یا دروازه
• شش صفحه نمایش 7 قسمتی شش ضلعی

امیدوارم نحوه کارکرد ساعت دیجیتالی را از طریق این دستورالعمل آموخته باشید ، لطفاً هر گونه س questionsالی دارید بپرسید!