Digitaluhr mit Quarzoszillator und Flip-Flops - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Uhren sind in fast allen Arten von Elektronik zu finden, sie sind der Herzschlag eines jeden Computers. Sie werden verwendet, um alle sequentiellen Schaltungen zu synchronisieren. sie werden auch als Zähler verwendet, um Zeit und Datum zu verfolgen. In diesem anweisbaren erfahren Sie, wie Computer zählen und im Wesentlichen, wie eine Digitaluhr mit Flip-Flops und kombinatorischer Logik funktioniert. Das Projekt ist in mehrere Module unterteilt, die jeweils eine bestimmte Funktion erfüllen.

Lieferungen

Für dieses instructable benötigen Sie einige Vorkenntnisse in:

• Digitale Logikkonzepte
• Multisim-Simulator (optional)
• Verständnis von elektrischen Schaltungen

Schritt 1: Aufbau des Zeitbasismoduls

Das Konzept hinter einer Digitaluhr besteht darin, dass wir im Wesentlichen Taktzyklen zählen. ein 1-Hz-Takt erzeugt jede Sekunde einen Impuls. In den nächsten Schritten werden wir sehen, wie wir diese Zyklen zählen können, um die Sekunden, Minuten und Stunden unserer Uhr zu bilden. Eine Möglichkeit, ein 1-Hz-Signal zu erzeugen, besteht darin, eine Quarzoszillatorschaltung zu verwenden, die ein 32,768-kHz-Signal erzeugt (wie das, das ich oben entworfen habe und das als Pierce-Oszillator bezeichnet wird), das wir dann mit einer Kette von Flip-Flops teilen können. Der Grund für die Verwendung von 32,768 kHz liegt darin, dass sie höher als unsere maximale Hörfrequenz ist, die 20 kHz beträgt und 2^15 entspricht. Der Grund, der wichtig ist, ist, dass ein J-K-Flipflop-Ausgang an der positiven oder negativen Flanke (abhängig vom FF) des Eingangssignals umschaltet, daher hat der Ausgang effektiv eine Frequenz, die die Hälfte des ursprünglichen Eingangs ist. Aus diesem Grund können wir, wenn wir 15 Flip-Flops verketten, die Eingangssignalfrequenz teilen, um unser 1-Hz-Signal zu erhalten. Ich habe gerade einen 1-Hz-Pulsgenerator verwendet, um die Simulationszeit in Multisim zu beschleunigen. Auf einem Steckbrett können Sie jedoch die oben genannte Schaltung aufbauen oder ein DS1307-Modul verwenden.

Schritt 2: Aufbau des Sekundenzählers

Dieses Modul ist in zwei Teile gegliedert. Der erste Teil ist ein 4-Bit-Aufwärtszähler, der bis 9 zählt, was die 1er-Stelle der Sekunden ausmacht. Der zweite Teil ist ein 3-Bit-Aufwärtszähler, der bis 6 zählt, was die Zehnerstelle der Sekunden ausmacht.

Es gibt 2 Arten von Zählern, einen synchronen Zähler (bei dem der Takt mit allen FF verbunden ist) und einen asynchronen Zähler, bei dem der Takt dem ersten FF zugeführt wird und der Ausgang als Takt des nächsten FF fungiert. Ich verwende einen asynchronen Zähler (auch Ripple-Zähler genannt). Die Idee ist, dass, wenn wir ein High-Signal an die Eingänge „J“und „K“des FF senden, der FF seinen Zustand bei jedem Zyklus des Eingangstakts umschaltet. Dies ist wichtig, da für jeweils 2 Toggles des ersten FF ein Toggle im nachfolgenden FF erzeugt wird und so weiter bis zum letzten. Daher erzeugen wir eine Binärzahl, die der Anzahl der Zyklen des Eingangstaktsignals entspricht.

Wie oben gezeigt, befindet sich links meine Schaltung, die den 4-Bit-Aufwärtszähler für die 1er-Stelle macht. Darunter habe ich eine Reset-Schaltung implementiert, es ist im Grunde ein UND-Gatter, das ein High-Signal an den Reset-Pin der Flip-Flops sendet, wenn der Ausgang des Zählers 1010 oder 10 in Dezimalzahl ist. Daher ist der Ausgang dieses UND-Gatters ein Signal 1 Impuls pro 10 Sekunden, das wir als Eingangstakt für unseren 10er-Zähler verwenden werden.

Schritt 3: Alles zusammenfügen

Nach derselben Logik können wir weiterhin Zähler stapeln, um die Minuten und Stunden zu bilden. Wir können sogar noch weiter gehen und Tage, Wochen und sogar Jahre zählen. Sie können dies auf einem Steckbrett erstellen, idealerweise würde man jedoch ein RTC-Modul (Echtzeituhr) nur der Einfachheit halber verwenden. Aber wenn Sie sich inspiriert fühlen, brauchen Sie im Wesentlichen:

19 J-K Flip-Flops (oder 10 Dual J-K ICs wie das SN74LS73AN)

• eine 1-Hz-Eingangsquelle (Sie können ein DS1307-Modul verwenden, das eine 1-Hz-Rechteckwelle erzeugt)
• 6 Binär- bis 7-Segment-Decoder (wie der 74LS47D)
• 23 Inverter, 7 UND-Gatter mit 3 Eingängen, 10 UND-Gatter mit 2 Eingängen, 3 UND-Gatter mit 4 Eingängen, 5 ODER-Gatter
• Sechs 7-Segment-Hex-Anzeigen

Ich hoffe, Sie haben gelernt, wie eine Digitaluhr von diesem instructable funktioniert, zögern Sie nicht, Fragen zu stellen!