CONTADOR DE FRECUENCIAS CMOS: 3 Pasos

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-23 14:39

Esta es una guía con archivos PDF incluidos y fotos de cómo diseñé mi propio contador de frecuencia para divertirme fuera de la lógica discreta. No entraré en todos los detalles sobre cómo hice los circuitos o cómo cablearlos, pero los esquemas están hechos en KICAD, que es un software gratuito que le permite realizar sus proyectos en una PCB de calidad profesional. no dude en copiar o utilizar esta información como guía de referencia. Este es un buen ejercicio de aprendizaje, me pareció un viaje emocionante y un dolor de cabeza absoluto al mismo tiempo, pero este proyecto utiliza muchas habilidades aprendidas en un curso básico de diseño digital. Probablemente todo esto podría hacerse con un microcontrolador y algunas partes externas. pero ¿qué hay de divertido en eso, jaja?

Paso 1: Diseño de un contador de frecuencia utilizando chips lógicos CMOS discretos

Entonces, como introducción, diseñé, cableé y probé este circuito. Hice la mayor parte del trabajo en NI multisim y usé las simulaciones para diseñar la mayoría de los módulos. Después de probar en multisim, construí el circuito de prueba en pedazos en una placa de prueba, esto era para asegurarme de que cada parte funcionaba correctamente, esto fue un verdadero dolor de cabeza y me tomó casi una semana poner en funcionamiento la primera versión completa. En el siguiente paso, incluiré la lista de materiales (BOM) y un diagrama de bloques del diseño y luego entraré en detalles sobre cómo se armó. No utilicé ningún esquema para hacer esto, simplemente leí las hojas de datos de los conjuntos de chips, realicé simulaciones y probé cada chip para que funcionara correctamente. Este proyecto presenta 4 conceptos principales que están todos unidos en el ensamblaje final que se describirá en los diagramas de bloques. Usé estos bloques para describir cómo se organizaría y diseñaría todo.

1. Módulo de temporización Un circuito oscilador Pierce con un xtal (cristal) que oscila a 37,788 kHz se alimenta a un CD4060B (contador binario de transporte de ondulación de 14 etapas y divisor de frecuencia), esto da como resultado una señal de 2Hz. Luego, esa señal se envía a un flip flop JK configurado para el modo de alternancia. Esto lo reducirá a la mitad a una onda cuadrada de 1 Hz. la señal luego se envía a otro flip flop JK y se divide a 0.5Hz (1 segundo en 1 segundo apagado). esta será la base de tiempo precisa para configurar nuestro reloj de habilitación con el fin de "cortar" una muestra de un segundo de la frecuencia entrante. Esencialmente, se trata de una porción de pulsos que debe contarse durante un segundo.
2. Contador de décadas sincrónico Hay dos conceptos principales para comprender cómo se cuenta la frecuencia entrante. La señal entrante debe ser una onda cuadrada y también compatible con el nivel lógico de los chips. Usé un generador de funciones en mi mesa de laboratorio, pero se puede construir uno con un temporizador 555 y un flip flop JK o D configurado como divisor de frecuencia. el segundo concepto utiliza la señal de 0,5 Hz para permitir que el pulso medido salga de una puerta Y durante intervalos de un segundo. y bloquearlo cuando pasa a nivel lógico BAJO. este pulso sale de la puerta AND y entra en los contadores de décadas en el reloj en paralelo. los contadores funcionan como contadores síncronos y utilizan la ejecución y en las funciones descritas en la hoja de datos del CD4029.
3. Reinicio El circuito debe reiniciarse cada 2 segundos para muestrear la frecuencia y no obtener una lectura compuesta en la pantalla. queremos que restablezca los contadores a cero antes de que entre el siguiente segmento o se sumará al valor anterior. que no es tan interesante! Hacemos esto usando D flip flop cableado para retroalimentar y registramos la señal de 0.5 Hz en el reloj que se envía a los pines de habilitación preestablecidos de los contadores de décadas. esto pone todos los contadores a cero durante dos segundos y luego sube durante 2 segundos. simple pero efectivo, esto no se podría hacer también con un flip flop JK, pero me gusta mostrar dos formas de hacer lo mismo. ¡Todo esto es por diversión y autoaprendizaje, así que siéntete libre de desviarte!
4. SEGMENTOS LED ¡La mejor parte se guarda para el final! las pantallas clásicas de 7 segmentos y los chips del controlador. Recomiendo encarecidamente diseñar esto alrededor de la hoja de datos de la pantalla de 7 segmentos y el chip del controlador. Deberá prestar mucha atención a la diferencia entre cátodo o ánodo común. el chip que utilicé tendrá que ser alto o bajo dependiendo de los LED que elija usar y, como buena práctica, se usan resistencias de 220 ohmios para limitar la corriente, hay cierta flexibilidad, siempre es mejor consultar la hoja de datos, nadie es realmente eso inteligente, todas las respuestas se encuentran en la hoja de datos. En caso de duda, léalo todo lo que pueda.

Paso 2: diagrama de bloques

La siguiente parte es solo una visualización del diagrama de bloques. Es una buena idea mirar esto cuando esté diseñando algo para cortar el problema en pedazos.

Paso 3: base de tiempo y esquemas

el o-scope muestra cómo debería verse la salida en comparación con la base de tiempo.

Este circuito utiliza el cd 4060 cableado como se muestra en la imagen. Consulte el PDF para obtener una imagen completa.

los usos de Chips en este circuito son

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• RESISTENCIAS 21 X 220 ohmios
• PANTALLAS LED DE 3 X 7 SEGEMNT
• CRISTAL DE 37.788 KHZ
• RESISTENCIA DE 330 K OHMIOS
• RESISTENCIA DE 15 M OHMIOS
• 18 REDES DE RESITORES DE 8 PINES DE 10 K (RECOMENDADA)
• MUCHOS CABLES DE CONEXIÓN SI UTILIZA UNA TABLA DE PAN
• MUCHAS TABLAS DE PAN

EQUIPO RECOMENDADO

• FUENTE DE ALIMENTACIÓN DE BANCO
• O-ALCANCE
• GENERADOR DE FUNCIONES
• MULTI-METRO
• ALICATES

SOFTWARE DE DISEÑO RECOMENDADO

• KICAD
• NImultisim