Đồng hồ kỹ thuật số sử dụng dao động pha lê & dép lật: 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Đồng hồ được tìm thấy trong hầu hết các loại thiết bị điện tử, chúng là nhịp tim của bất kỳ máy tính nào. Chúng được sử dụng để đồng bộ hóa tất cả các mạch tuần tự. chúng cũng được sử dụng như một bộ đếm để theo dõi thời gian và ngày tháng. Trong tài liệu hướng dẫn này, bạn sẽ học cách máy tính đếm và về cơ bản cách đồng hồ kỹ thuật số hoạt động bằng cách sử dụng flip flops và logic tổ hợp. Dự án được chia thành nhiều mô-đun mà mỗi mô-đun thực hiện một chức năng cụ thể.

Quân nhu

Đối với hướng dẫn này, bạn sẽ cần một số kiến thức trước về:

• Các khái niệm logic kỹ thuật số
• Trình mô phỏng Multisim (tùy chọn)
• Hiểu biết về mạch điện

Bước 1: Xây dựng mô-đun cơ sở thời gian

Khái niệm đằng sau Đồng hồ kỹ thuật số là về cơ bản chúng ta đang đếm các chu kỳ đồng hồ. đồng hồ 1 Hz đang tạo ra một xung mỗi giây. trong các bước tiếp theo, chúng ta sẽ xem cách chúng ta có thể đếm các chu kỳ đó để tạo thành giây, phút và giờ trên đồng hồ của chúng ta. Một cách chúng ta có thể tạo ra tín hiệu 1 Hz là sử dụng mạch dao động tinh thể tạo ra tín hiệu 32,768 kHz (giống như mạch mà tôi đã thiết kế ở trên được gọi là bộ dao động xuyên), sau đó chúng ta có thể phân chia bằng cách sử dụng một chuỗi Flip Flops. Lý do 32,768 kHz được sử dụng là vì nó cao hơn tần số nghe tối đa của chúng ta là 20 kHz và bằng 2 ^ 15. Lý do quan trọng là vì đầu ra flip flop J-K Chuyển đổi ở cạnh Dương hoặc Âm (phụ thuộc vào FF) của tín hiệu đầu vào, do đó đầu ra có hiệu quả ở tần số bằng một nửa đầu vào ban đầu. Tương tự như vậy, nếu chúng ta xâu chuỗi 15 Flip Flops, chúng ta có thể chia tần số tín hiệu đầu vào để có được tín hiệu 1 Hz của chúng ta. Tôi vừa sử dụng bộ tạo xung 1 Hz để tăng tốc thời gian Mô phỏng trong Multisim. Tuy nhiên, trên một breadboard, hãy thoải mái xây dựng mạch tôi có ở trên hoặc sử dụng mô-đun DS1307.

Bước 2: Xây dựng bộ đếm giây

Mô-đun này được chia thành hai phần. Phần đầu tiên là bộ đếm 4 bit đếm lên đến 9, chiếm vị trí số 1 của giây. Phần thứ hai là bộ đếm 3 bit lên đếm đến 6, chiếm vị trí 10 của giây.

Có 2 loại bộ đếm là bộ đếm đồng bộ (nơi kết nối xung clock với tất cả các FF) và bộ đếm không đồng bộ mà xung clock được cấp cho FF đầu tiên và ngõ ra đóng vai trò là clock của FF tiếp theo. Tôi sử dụng bộ đếm không đồng bộ (còn được gọi là bộ đếm gợn sóng). Ý tưởng là nếu chúng ta gửi một tín hiệu cao đến đầu vào 'J' và 'K' của FF, FF sẽ chuyển trạng thái của nó ở mỗi chu kỳ của xung nhịp đầu vào. Điều này rất quan trọng vì đối với mỗi 2 chuyển đổi của FF đầu tiên, một chuyển đổi được tạo ra trong FF liên tiếp và cứ tiếp tục như vậy cho đến cái cuối cùng. Do đó chúng tôi tạo ra một số Nhị phân tương đương với số chu kỳ của tín hiệu xung nhịp đầu vào.

Như hình trên, bên trái là mạch của tôi tạo bộ đếm 4 bit lên cho vị trí của 1. Bên dưới nó, tôi đã thực hiện một mạch Reset, về cơ bản nó là một cổng AND gửi tín hiệu cao đến chân đặt lại của Flip Flops nếu đầu ra của bộ đếm là 1010 hoặc 10 trong số thập phân. Do đó, đầu ra của cổng AND đó là tín hiệu 1 Xung trên 10 Giây mà chúng tôi sẽ sử dụng làm đồng hồ đầu vào cho bộ đếm vị trí 10 của chúng tôi..

Bước 3: Kết hợp tất cả lại với nhau

Theo cùng một logic đó, chúng ta có thể tiếp tục xếp chồng các bộ đếm để tạo thành Số phút và Giờ. Chúng ta thậm chí có thể đi xa hơn và đếm ngày, tuần và thậm chí cả năm. bạn có thể tạo điều này trên bảng mạch, tuy nhiên lý tưởng nhất là người ta sẽ sử dụng mô-đun RTC (đồng hồ thời gian thực) chỉ để thuận tiện. Nhưng nếu bạn cảm thấy được truyền cảm hứng, về cơ bản bạn sẽ cần:

19 J-K Flip Flops (hoặc 10 IC J-K Kép chẳng hạn như SN74LS73AN)

• nguồn đầu vào 1 Hz (bạn có thể sử dụng mô-đun DS1307, nó tạo ra sóng vuông 1 Hz)
• 6 Bộ giải mã nhị phân đến 7 đoạn (chẳng hạn như 74LS47D)
• 23 Biến tần, 7 cổng AND 3 đầu vào, 10 cổng AND 2 đầu vào, 3 cổng AND 4 đầu vào, 5 cổng OR
• Sáu màn hình hex 7 đoạn

Tôi hy vọng bạn đã học được cách hoạt động của đồng hồ kỹ thuật số từ tài liệu hướng dẫn này, vui lòng đặt bất kỳ câu hỏi nào!