Relógio digital usando cristal oscilador e flip-flops: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Os relógios são encontrados em quase todos os tipos de eletrônicos, eles são o batimento cardíaco de qualquer computador. Eles são usados para sincronizar todos os circuitos sequenciais. eles também são usados como contadores para controlar a hora e a data. Neste instrutível, você aprenderá como os computadores contam e, essencialmente, como um relógio digital funciona usando flip-flops e lógica combinacional. O projeto é dividido em vários módulos, cada um desempenhando uma função específica.

Suprimentos

Para este instrutível, você precisará de algum conhecimento prévio em:

• Conceitos de lógica digital
• Simulador Multisim (opcional)
• Compreensão de circuitos elétricos

Etapa 1: Construindo o Módulo de Base de Tempo

O conceito por trás de um relógio digital é que estamos essencialmente contando os ciclos do relógio. um relógio de 1 Hz está gerando um pulso a cada segundo. nas próximas etapas veremos como podemos contar esses ciclos para fazer os segundos, minutos e horas de nosso relógio. Uma maneira de gerar um sinal de 1 Hz é usando um circuito oscilador de cristal que gera um sinal de 32,768 kHz (como o que projetei acima, que é chamado de oscilador de perfuração), que podemos então dividir usando uma cadeia de flip-flops. O motivo pelo qual 32,768 kHz é usado é porque é mais alto do que nossa frequência máxima de audição, que é de 20 kHz e é igual a 2 ^ 15. A razão disso é importante porque uma saída de flip-flop J-K alterna na borda positiva ou negativa (depende do FF) do sinal de entrada, portanto, a saída está efetivamente em uma frequência que é a metade da entrada original. Por esse mesmo símbolo, se encadearmos 15 flip-flops, podemos dividir a frequência do sinal de entrada para obter nosso sinal de 1 Hz. Acabei de usar um gerador de pulso de 1 Hz para acelerar o tempo de simulação no Multisim. No entanto, em uma placa de ensaio, sinta-se à vontade para construir o circuito que tenho acima ou usar um módulo DS1307.

Etapa 2: construir o contador de segundos

Este Módulo está dividido em duas partes. A primeira parte é um contador de 4 bits que conta até 9, que compõe a posição do 1 dos segundos. A segunda parte é um contador ascendente de 3 bits que conta até 6 que compõe a casa de 10 segundos.

Existem 2 tipos de contadores, um contador síncrono (onde o relógio é conectado a todos os FF) e um contador assíncrono onde o relógio é alimentado para o primeiro FF e a saída atua como o relógio do próximo FF. Eu uso um contador assíncrono (também chamado de contador de ondulação). A ideia é que se enviarmos um sinal alto para as entradas 'J' e 'K' do FF, o FF irá alternar seu estado a cada ciclo do clock de entrada. Isso é importante porque para cada 2 toggles do primeiro FF um toggle é produzido no FF consecutivo e assim sucessivamente até o último. Portanto, produzimos um número binário equivalente ao número de ciclos do sinal de clock de entrada.

Conforme mostrado acima, à esquerda está o meu circuito que faz o contador de 4 bits para cima para a casa dos 1s. Abaixo dele, implementei um circuito de reset, é basicamente uma porta AND que envia um sinal alto para o pino de reset dos flip-flops se a saída do contador for 1010 ou 10 em decimal. Portanto, a saída dessa porta AND é o sinal de 1 pulso por 10 segundos, que usaremos como relógio de entrada para o nosso contador de 10 posições.

Etapa 3: juntando tudo

Pela mesma lógica, podemos continuar a empilhar contadores para criar os minutos e as horas. Podemos ir mais longe e contar dias, semanas e até anos. você pode criá-lo em uma placa de ensaio; de preferência, no entanto, usaríamos um módulo RTC (relógio em tempo real) apenas por conveniência. Mas se você está se sentindo inspirado, você precisa essencialmente de:

19 flip-flops J-K (ou 10 CIs J-K duplos, como o SN74LS73AN)

• uma fonte de entrada de 1 Hz (você pode usar um módulo DS1307, ele gera uma onda quadrada de 1 Hz)
• 6 decodificadores binários para 7 segmentos (como o 74LS47D)
• 23 inversores, 7 portas AND de 3 entradas, 10 portas AND de 2 entradas, 3 portas AND de 4 entradas, 5 portas OR
• Seis visores hexadecimais de 7 segmentos

Espero que você tenha aprendido como funciona um relógio digital com este instrutível. Fique à vontade para fazer qualquer pergunta!