Reloj digital con oscilador de cristal y chanclas: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Los relojes se encuentran en casi todos los tipos de electrónica, son el latido del corazón de cualquier computadora. Se utilizan para sincronizar todos los circuitos secuenciales. también se utilizan como contadores para realizar un seguimiento de la hora y la fecha. En este instructivo, aprenderá cómo cuentan las computadoras y esencialmente cómo funciona un reloj digital usando chanclas y lógica combinatoria. El proyecto se divide en varios módulos, cada uno de los cuales realiza una función específica.

Suministros

Para este instructable, necesitará algunos conocimientos previos en:

• Conceptos de lógica digital
• Simulador multisim (opcional)
• Comprensión de los circuitos eléctricos.

Paso 1: creación del módulo de base de tiempo

El concepto detrás de un reloj digital es que esencialmente estamos contando ciclos de reloj. un reloj de 1 Hz genera un pulso cada segundo. en los siguientes pasos veremos cómo podemos contar esos ciclos para formar los segundos, minutos y horas de nuestro reloj. Una forma en que podemos generar una señal de 1 Hz es mediante el uso de un circuito oscilador de cristal que genera una señal de 32,768 kHz (como el que diseñé anteriormente, que se llama oscilador de perforación), que luego podemos dividir mediante el uso de una cadena de Flip Flops. La razón por la que se utiliza 32,768 kHz es porque es más alta que nuestra frecuencia máxima de audición, que es de 20 kHz y es igual a 2 ^ 15. La razón por la que es importante es porque una salida de flip flop J-K alterna en el borde positivo o negativo (depende del FF) de la señal de entrada, por lo tanto, la salida está efectivamente a una frecuencia que es la mitad de la entrada original. De la misma manera, si encadenamos 15 Flip Flops, podemos dividir la frecuencia de la señal de entrada para obtener nuestra señal de 1 Hz. Acabo de usar un generador de pulsos de 1 Hz para acelerar el tiempo de simulación en Multisim. Sin embargo, en una placa de pruebas, siéntase libre de construir el circuito que tengo arriba o usar un módulo DS1307.

Paso 2: construcción del contador de segundos

Este módulo se divide en dos partes. La primera parte es un contador ascendente de 4 bits que cuenta hasta 9, lo que constituye el lugar del 1 de los segundos. La segunda parte es un contador ascendente de 3 bits que cuenta hasta 6, lo que constituye el lugar de los 10 de los segundos.

Hay 2 tipos de contadores, un contador síncrono (donde el reloj está conectado a todos los FF) y un contador asíncrono donde el reloj se alimenta al primer FF y la salida actúa como el reloj del siguiente FF. Utilizo un contador asincrónico (también llamado contador de ondulación). La idea es que si enviamos una señal alta a las entradas 'J' y 'K' del FF, el FF cambiará su estado en cada ciclo del reloj de entrada. Esto es importante porque por cada 2 conmutaciones del primer FF se produce un conmutador en el FF consecutivo y así sucesivamente hasta el último. Por lo tanto, producimos un número binario equivalente al número de ciclos de la señal del reloj de entrada.

Como se muestra arriba, a la izquierda está mi circuito que hace el contador ascendente de 4 bits para el lugar del 1. Debajo de él he implementado un circuito de reinicio, es básicamente una puerta Y que envía una señal alta al pin de reinicio de los Flip Flops si la salida del contador es un 1010 o un 10 en decimal. Por lo tanto, la salida de esa puerta AND es la señal de 1 pulso por 10 segundos que usaremos como reloj de entrada para el contador de posiciones de nuestros 10.

Paso 3: Poniéndolo todo junto

Con esa misma lógica, podemos seguir apilando contadores para hacer los minutos y las horas. Incluso podemos ir más allá y contar días, semanas e incluso años. puede crear esto en una placa de prueba, sin embargo, idealmente se usaría un módulo RTC (reloj en tiempo real) solo por conveniencia. Pero si te sientes inspirado, esencialmente necesitarás:

19 chanclas J-K (o 10 circuitos integrados dobles J-K como el SN74LS73AN)

• una fuente de entrada de 1 Hz (puede usar un módulo DS1307, genera una onda cuadrada de 1 Hz)
• 6 decodificadores binarios a 7 segmentos (como el 74LS47D)
• 23 inversores, 7 puertas Y de 3 entradas, 10 puertas Y de 2 entradas, 3 puertas Y de 4 entradas, 5 puertas O
• Seis pantallas hexagonales de 7 segmentos

Espero que hayas aprendido cómo funciona un reloj digital de este instructivo, ¡no dudes en hacer cualquier pregunta!