นาฬิกาดิจิตอลที่ใช้ Crystal Oscillator & Flip Flops: 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

นาฬิกามีอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง ใช้เพื่อซิงโครไนซ์วงจรตามลำดับทั้งหมด พวกเขายังใช้เป็นเคาน์เตอร์เพื่อติดตามเวลาและวันที่ ในคำแนะนำนี้ คุณจะได้เรียนรู้ว่าคอมพิวเตอร์นับอย่างไรและโดยพื้นฐานแล้วนาฬิกาดิจิตอลทำงานอย่างไรโดยใช้ฟลิปฟลอปและตรรกะเชิงผสม โปรเจ็กต์แบ่งออกเป็นหลายโมดูลซึ่งแต่ละโมดูลทำหน้าที่เฉพาะ

เสบียง

สำหรับคำแนะนำนี้ คุณจะต้องมีความรู้มาก่อนใน:

• แนวคิดตรรกะดิจิทัล
• เครื่องจำลอง Multisim (ไม่จำเป็น)
• ความเข้าใจเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 1: การสร้างโมดูลฐานเวลา

แนวคิดเบื้องหลังนาฬิกาดิจิทัลคือการที่เรานับรอบนาฬิกาเป็นหลัก นาฬิกา 1 Hz จะสร้างพัลส์ทุกวินาที ในขั้นตอนต่อไป เราจะมาดูกันว่าเราจะนับวัฏจักรเหล่านั้นได้อย่างไรเพื่อประกอบเป็นวินาที นาที และชั่วโมงของนาฬิกา วิธีหนึ่งที่เราสามารถสร้างสัญญาณ 1 Hz ได้คือการใช้วงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์ที่สร้างสัญญาณ 32.768 kHz (เช่นเดียวกับที่ฉันออกแบบไว้ด้านบนซึ่งเรียกว่า ออสซิลเลเตอร์เพียร์ซ) ซึ่งเราสามารถแบ่งได้โดยใช้สายโซ่ของ Flip Flops เหตุผลที่ใช้ 32.768 kHz นั้นเป็นเพราะสูงกว่าความถี่การได้ยินสูงสุดของเราซึ่งก็คือ 20 kHz และเท่ากับ 2^15 เหตุผลที่สำคัญคือเพราะเอาต์พุตฟลิปฟล็อป J-K สลับที่ขอบบวกหรือลบ (ขึ้นอยู่กับ FF) ของสัญญาณอินพุต ดังนั้นเอาต์พุตจึงมีประสิทธิภาพที่ความถี่ที่ครึ่งหนึ่งของอินพุตดั้งเดิม โดยโทเค็นเดียวกันนั้น ถ้าเราต่อ 15 Flip Flops เราสามารถแบ่งความถี่สัญญาณอินพุตเพื่อรับสัญญาณ 1 Hz ของเราได้ ฉันเพิ่งใช้เครื่องกำเนิดพัลส์ 1 Hz เพื่อเร่งเวลาการจำลองใน Multisim อย่างไรก็ตาม บนเขียงหั่นขนมอย่าลังเลที่จะสร้างวงจรที่ฉันมีอยู่หรือใช้โมดูล DS1307

ขั้นตอนที่ 2: สร้างตัวนับวินาที

โมดูลนี้แบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกเป็นตัวนับขึ้น 4 บิตที่นับได้ถึง 9 ซึ่งประกอบขึ้นเป็นตำแหน่งที่ 1 ของวินาที ส่วนที่สองเป็นตัวนับขึ้น 3 บิตที่นับได้ถึง 6 ซึ่งประกอบขึ้นเป็นตำแหน่งที่ 10 ของวินาที

ตัวนับมี 2 แบบ คือ ตัวนับแบบซิงโครนัส (ซึ่งนาฬิกาเชื่อมต่อกับ FF ทั้งหมด) และตัวนับแบบอะซิงโครนัสที่นาฬิกาถูกป้อนไปยัง FF ตัวแรก และเอาต์พุตทำหน้าที่เป็นนาฬิกาของ FF ตัวถัดไป ฉันใช้ตัวนับแบบอะซิงโครนัส (เรียกอีกอย่างว่าตัวนับระลอก) แนวคิดก็คือถ้าเราส่งสัญญาณสูงไปยังอินพุต 'J' และ 'K' ของ FF FF จะสลับสถานะของมันในแต่ละรอบของนาฬิกาอินพุต นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะสำหรับการสลับ 2 ครั้งของ FF แรก การสลับจะถูกสร้างขึ้นใน FF ที่ต่อเนื่องกันและต่อไปเรื่อยๆ จนถึงครั้งสุดท้าย ดังนั้นเราจึงสร้างเลขฐานสองที่เทียบเท่ากับจำนวนรอบของสัญญาณนาฬิกาอินพุต

ดังที่แสดงไว้ด้านบน ทางด้านซ้ายคือวงจรของฉันที่ทำให้ตัวนับ 4 บิตขึ้นสำหรับตำแหน่งที่ 1 ด้านล่างฉันได้ใช้วงจรรีเซ็ตโดยพื้นฐานแล้วประตู AND ที่ส่งสัญญาณสูงไปยังพินรีเซ็ตของ Flip Flops หากเอาต์พุตของตัวนับเป็น 1010 หรือ 10 เป็นทศนิยม ดังนั้นเอาต์พุตของประตู AND นั้นจึงเป็นสัญญาณ 1 Pulse ต่อ 10 วินาทีที่เราจะใช้เป็นนาฬิกาอินพุตสำหรับตัวนับตำแหน่ง 10 ของเรา..

ขั้นตอนที่ 3: นำทุกอย่างมารวมกัน

ด้วยตรรกะเดียวกันนี้ เราสามารถต่อซ้อนตัวนับเพื่อประกอบเป็นนาทีและชั่วโมงได้ เราสามารถไปได้ไกลกว่านั้นและนับวัน สัปดาห์ และปีได้ คุณสามารถสร้างสิ่งนี้ได้บนเขียงหั่นขนม อย่างไรก็ตามใครๆ จะใช้โมดูล RTC (นาฬิกาตามเวลาจริง) เพื่อความสะดวกเท่านั้น แต่ถ้าคุณรู้สึกมีแรงบันดาลใจ คุณจะต้อง:

รองเท้าแตะ JK 19 อัน (หรือไอซี J-K คู่ 10 อัน เช่น SN74LS73AN)

• แหล่งอินพุต 1 Hz (คุณสามารถใช้โมดูล DS1307 เพื่อสร้างคลื่นสี่เหลี่ยม 1 Hz)
• ตัวถอดรหัสไบนารีถึง 7 ส่วน 6 ตัว (เช่น 74LS47D)
• 23 อินเวอร์เตอร์, 7 อินพุตและเกต 7 ตัว, 10 อินพุตและเกต 10 ตัว, อินพุตและเกต 4 ตัว 3 ตัว, 5 OR เกท
• จอแสดงผลฐานสิบหก 7 ส่วนหกตัว

ฉันหวังว่าคุณจะได้เรียนรู้ว่านาฬิกาดิจิตอลทำงานอย่างไรจากคำแนะนำนี้ โปรดอย่าลังเลที่จะถามคำถามใด ๆ !