CONTADOR DE FREQUÊNCIA CMOS: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Este é um guia com PDFs incluídos e fotos de como projetei meu próprio contador de frequência para me divertir com lógica discreta. Não vou entrar em detalhes sobre como fiz o circuito ou como conectá-lo, mas os esquemas são feitos em KICAD, que é um software livre que permite que você faça seus projetos em um PCB de nível profissional. sinta-se à vontade para copiar ou usar essas informações como um guia de referência. este é um bom exercício de aprendizagem, achei que é uma viagem emocionante e uma dor de cabeça absoluta ao mesmo tempo, mas este projeto utiliza muitas habilidades aprendidas em um curso básico de design digital. isso provavelmente poderia ser feito com um microcontrolador e algumas peças externas. mas qual é a graça nisso haha!

Etapa 1: Projetando um contador de frequência usando chips lógicos CMOS discretos

Então, como introdução, eu projetei, conectei e testei este circuito. Eu fiz a maior parte do trabalho no NI multisim e usei as simulações para projetar a maioria dos módulos. depois de testar no multisim, construí o circuito de teste em pedaços em uma placa de pão, para ter certeza de que cada parte estava funcionando corretamente, isso foi uma verdadeira dor de cabeça e levei quase uma semana para colocar a primeira versão completa em execução. Na próxima etapa, incluirei o BOM (lista de materiais) e um diagrama de blocos do projeto e, em seguida, irei entrar em detalhes sobre como ele foi montado. Eu não usei nenhum esquema para fazer isso, simplesmente li as folhas de dados dos chipsets e executei simulações e testei cada chip para o funcionamento adequado. Este projeto apresenta 4 conceitos principais que estão todos vinculados na montagem final que serão descritos nos diagramas de bloco. Usei esses blocos para descrever como tudo seria organizado e projetado.

1. Módulo de temporização Um circuito oscilador de perfuração com um xtal (cristal) oscilando a 37,788 kHz é alimentado em um CD4060B (contador binário de transporte de ondulação de 14 estágios e divisor de frequência), resultando em um sinal de 2Hz. Esse sinal é então enviado para um flip-flop JK configurado para o modo de alternância. Isso o reduzirá pela metade para uma onda quadrada de 1 Hz. o sinal é então enviado para outro flip-flop JK e dividido em 0,5 Hz (1 segundo ligado 1 segundo desligado). esta será a base de tempo precisa para configurar nosso relógio de ativação a fim de "fatiar" uma amostra de um segundo da frequência de entrada. Esta é essencialmente uma fatia de pulsos que precisa ser contada por um segundo.
2. Contador de década síncrono São dois os conceitos principais para entender como a frequência de entrada é contada. O sinal de entrada precisa ser uma onda quadrada e também compatível com o nível lógico dos chips. Eu usei um gerador de função em minha bancada de laboratório, mas um pode ser construído com um temporizador 555 e um flip-flop JK ou D configurado como um divisor de frequência. o segundo conceito usa o sinal de 0,5 Hz para permitir que o pulso medido saia de uma porta AND para intervalos de um segundo. e bloqueá-lo quando ele fica LOW lógico. esse pulso sai da porta AND e entra nos contadores de década no relógio paralelo. os contadores funcionam como contadores síncronos e utilizam as funções realizar e in descritas na folha de dados do CD4029.
3. Reinicializar O circuito precisa ser reinicializado a cada 2 segundos para obter uma amostra da frequência e não obter uma leitura composta no visor. queremos que ele zere os contadores antes que a próxima fatia chegue ou ele será adicionado ao valor anterior. o que não é tão interessante! fazemos isso usando flip-flop D conectado para realimentar e sincronizamos o sinal de 0,5 Hz no relógio que é colocado nos pinos de ativação pré-configurados dos contadores de década. isso define todos os contadores para zero por dois segundos e depois aumenta por 2 segundos. simples, mas não eficaz, isso também poderia ser feito com um flip-flop JK, mas gosto de mostrar duas maneiras de fazer a mesma coisa. Isso tudo é para diversão e auto-aprendizagem, então fique à vontade para desviar!
4. SEGMENTOS DE LEDs A melhor parte fica para o fim! os visores Classic de 7 segmentos e os chips de driver, recomendo enfaticamente que os projete em torno da folha de dados do display de 7 segmentos e do chip do driver. Você precisará prestar muita atenção à diferença entre cátodo ou ânodo comum. o chip que usei precisará ser alto ou baixo, dependendo dos LEDs que você escolher usar e, como boa prática, resistores de 220 ohms são usados para limitar a corrente, há alguma flexibilidade, é sempre melhor consultar a folha de dados - ninguém é realmente aquele inteligente, as respostas estão todas na folha de dados. Em caso de dúvida, leia o máximo que puder.

Etapa 2: Diagrama de blocos

A próxima parte é apenas um visual do diagrama de blocos. É uma boa ideia observar isso quando você estiver projetando algo para cortar o problema em pedaços.

Etapa 3: Base de tempo e esquemas

o o-scope mostra como a saída deve ser comparada à base de tempo.

Este circuito usa o cd 4060 conectado conforme mostrado na imagem, consulte o PDF para ver a imagem completa

os chips usados neste circuito são

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• RESISTORES 21 X 220 ohm
• DISPLAYS LED SEGEMNT 3 X 7
• 37.788 KHZ CRYSTAL
• RESISTOR DE 330K OHM
• RESISTOR DE 15M OHM
• 18x 10K 8 PIN RESITOR NETWORK (RECOMENDADO)
• MUITOS FIOS DE CONEXÃO SE USAR UMA PLACA DE PÃO
• MUITAS PLACAS DE PÃO

EQUIPAMENTO RECOMENDADO

• FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE BANCO
• O-SCOPE
• GERADOR DE FUNÇÕES
• MULTI-MEDIDOR
• ALICATES

SOFTWARE DE DESIGN RECOMENDADO

• KICAD
• NImultisim