CMOS FREQUENCY COUNTER: 3 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Αυτός είναι ένας οδηγός με PDF και φωτογραφίες για το πώς σχεδίασα τον δικό μου μετρητή συχνοτήτων για διασκέδαση, εκτός διακριτικής λογικής. Δεν θα μπω σε πλήρη λεπτομέρεια για το πώς έφτιαξα τους κάβους κυκλώματος ή πώς να το συνδέσω, αλλά τα σχήματα είναι κατασκευασμένα στο KICAD που είναι δωρεάν λογισμικό που σας επιτρέπει να κάνετε τα έργα σας σε επαγγελματικό PCB. μη διστάσετε να αντιγράψετε ή να χρησιμοποιήσετε αυτές τις πληροφορίες ως οδηγό αναφοράς. Αυτή είναι μια καλή άσκηση εκμάθησης, το βρήκα ένα συναρπαστικό ταξίδι και απόλυτο πονοκέφαλο ταυτόχρονα, αλλά αυτό το έργο χρησιμοποιεί πολλές δεξιότητες που έχουν μάθει σε ένα βασικό μάθημα ψηφιακού σχεδιασμού. Αυτό πιθανότατα θα μπορούσε να γίνει με ένα μικροελεγκτή και μερικά εξωτερικά μέρη. αλλά τι πλάκα έχει αυτό χαχα!

Βήμα 1: Σχεδιασμός μετρητή συχνότητας με χρήση διακριτών λογικών τσιπ CMOS

Έτσι, ως εισαγωγή, σχεδίασα, ένωσα και δοκίμασα αυτό το κύκλωμα. Έκανα το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας σε NI multisim και χρησιμοποίησα τις προσομοιώσεις για να σχεδιάσω τις περισσότερες ενότητες. μετά τη δοκιμή στο multisim, έπειτα έχτισα το κύκλωμα δοκιμής σε κομμάτια σε μια σανίδα ψωμιού, αυτό ήταν σίγουρο ότι κάθε μέρος λειτουργούσε σωστά, αυτός ήταν ένας πραγματικός πονοκέφαλος και μου πήρε σχεδόν μια εβδομάδα για να ξεκινήσει η πρώτη πλήρης έκδοση. Στο επόμενο βήμα θα συμπεριλάβω το BOM (Bill of materials) και ένα μπλοκ διάγραμμα του σχεδίου και στη συνέχεια θα μπω σε λεπτομέρειες για το πώς συνδυάστηκε. Δεν χρησιμοποίησα κανένα σχήμα για να το κάνω αυτό, απλώς διάβασα τα φύλλα δεδομένων για τα chipsets και έτρεξα προσομοιώσεις και δοκίμασα κάθε τσιπ για τη σωστή λειτουργία. Αυτό το έργο περιλαμβάνει 4 κύριες έννοιες που είναι όλες δεμένες μεταξύ τους στην τελική συναρμολόγηση που θα περιγραφούν στα μπλοκ διαγράμματα. Χρησιμοποίησα αυτά τα μπλοκ για να περιγράψω πώς θα οργανωθούν και θα σχεδιαστούν όλα.

1. Ένα κύκλωμα ταλαντωτή Pierce με ένα xtal (κρυστάλλου) που ταλαντεύεται στα 37,788 kHz τροφοδοτείται σε ένα CD4060B (δυαδικός μετρητής και διαχωριστής συχνότητας κυμάτων 14 σταδίων), αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα σήμα 2Hz. Αυτό το σήμα αποστέλλεται στη συνέχεια σε ένα flip flop JK που έχει διαμορφωθεί για λειτουργία εναλλαγής. Αυτό θα το μειώσει στο μισό σε τετραγωνικό κύμα 1Hz. Το σήμα αποστέλλεται στη συνέχεια σε ένα άλλο flip flop JK και διαιρείται στα 0,5Hz (1 δευτερόλεπτο σε 1 δευτερόλεπτο απενεργοποίηση). αυτή θα είναι η ακριβής χρονική βάση για τη ρύθμιση του ρολογιού ενεργοποίησης, προκειμένου να "τεμαχίσουμε" ένα δευτερόλεπτο δείγμα της εισερχόμενης συχνότητας. Αυτό είναι ουσιαστικά ένα κομμάτι παλμών που πρέπει να μετρηθεί για διάρκεια ενός δευτερολέπτου.
2. Σύγχρονος μετρητής δεκαετίας Είναι δύο βασικές έννοιες για να κατανοήσετε πώς μετράται η εισερχόμενη συχνότητα. Το εισερχόμενο σήμα πρέπει να είναι τετραγωνικό κύμα και επίσης συμβατό με το λογικό επίπεδο των τσιπ. Χρησιμοποίησα μια γεννήτρια συναρτήσεων στον πάγκο του εργαστηρίου μου, αλλά μπορεί να κατασκευαστεί με ένα χρονόμετρο 555 και ένα flip flop JK ή D που έχει διαμορφωθεί ως διαχωριστή συχνότητας. η δεύτερη έννοια χρησιμοποιεί το σήμα 0,5Hz για να επιτρέψει στον μετρημένο παλμό να βγει από μια πύλη AND για διαστήματα ενός δευτερολέπτου. και το μπλοκάρει όταν πάει λογική LOW. αυτός ο παλμός βγαίνει από την πύλη AND και εισέρχεται στους μετρητές δεκαετίας στο παράλληλο ρολόι. Οι μετρητές λειτουργούν ως σύγχρονοι μετρητές και χρησιμοποιούν τις λειτουργίες εκτέλεσης και τις λειτουργίες που περιγράφονται στο Φύλλο δεδομένων για το CD4029.
3. Επαναφορά Το κύκλωμα πρέπει να μηδενίζεται κάθε 2 δευτερόλεπτα για τη δειγματοληψία της συχνότητας και να μην έχει μια σύνθετη ένδειξη στην οθόνη. Θέλουμε να μηδενίσει τους μετρητές στο μηδέν πριν έρθει το επόμενο κομμάτι ή θα προσθέσει στην προηγούμενη τιμή. που δεν είναι και τόσο ενδιαφέρον! το κάνουμε αυτό χρησιμοποιώντας D flip flop ενσύρματο για επαναφορά και χτυπάμε το σήμα 0,5 Hz στο ρολόι, το οποίο τοποθετείται στις προεπιλεγμένες ακίδες ενεργοποίησης των μετρητών δεκαετίας. αυτό θέτει όλους τους μετρητές στο μηδέν για δύο δευτερόλεπτα και μετά ανεβαίνει ψηλά για 2 δευτερόλεπτα. απλό αλλά αποτελεσματικό όχι αυτό θα μπορούσε επίσης να γίνει με ένα flip flop JK, αλλά μου αρέσει να δείχνω δύο τρόπους να κάνω το ίδιο πράγμα. Όλα αυτά είναι για διασκέδαση και αυτομάθηση, οπότε μη διστάσετε να παρεκκλίνετε!
4. LED SEGMENTS Το καλύτερο μέρος αποθηκεύεται για το τέλος! Οι οθόνες Classic 7 και τα τσιπ προγραμμάτων οδήγησης συστήνω ανεπιφύλακτα να το σχεδιάσετε γύρω από το φύλλο δεδομένων της οθόνης 7 τμημάτων και το τσιπ προγράμματος οδήγησης. Θα πρέπει να δώσετε μεγάλη προσοχή στη διαφορά μεταξύ κοινής καθόδου ή ανόδου. το τσιπ που χρησιμοποίησα θα πρέπει να είναι υψηλό ή χαμηλό ανάλογα με τις λυχνίες LED που επιλέγετε να χρησιμοποιήσετε και ως καλή πρακτική χρησιμοποιούνται αντιστάσεις 220 ohm για να περιορίσουν το ρεύμα, υπάρχει κάποια ευελιξία, είναι πάντα καλύτερο να ανατρέχετε στο φύλλο δεδομένων. έξυπνες οι απαντήσεις βρίσκονται στο φύλλο δεδομένων. Σε περίπτωση αμφιβολίας διαβάστε το όσο μπορείτε.

Βήμα 2: Διάγραμμα αποκλεισμού

Αυτό το επόμενο μέρος είναι απλώς μια απεικόνιση του διαγράμματος Block. Είναι καλή ιδέα να το δείτε όταν σχεδιάζετε κάτι για να κόψετε το πρόβλημα σε κομμάτια.

Βήμα 3: Βάση χρόνου και σχήματα

το o-range δείχνει πώς πρέπει να φαίνεται η έξοδος σε σύγκριση με τη χρονική βάση.

Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί το καλώδιο cd 4060 όπως φαίνεται στην εικόνα. Ανατρέξτε στο PDF για πλήρη εικόνα

οι χρήσεις των Chips σε αυτό το κύκλωμα είναι

• 3Χ CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3Χ CD4543
• 21 Χ 220 ohm ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ
• 3 X 7 SEGEMNT LED DISPLAYS
• 37,788 KHZ CRYSTAL
• 330K OHM RESISTOR
• 15M OHM RESISTOR
• 18x 10K 8 PIN RESITOR NETWORK (ΣΥΝΙΣΤΑΤΑΙ)
• ΠΟΛΛΑ ΚΑΛΩΔΙΑ ΣΥΣΚΕΥΗΣ ΑΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΕΤΕ ΤΑΙΝΙΟ REΩΜΙΟΥ
• ΠΟΛΛΑ ΠΙΝΑΚΙΑ REΩΜΙΟΥ

ΣΥΝΙΣΤΑΜΕΝΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ

• ΠΡΟΜΗΘΕΙΑ ΔΥΝΑΜΗΣ BENCH
• O-SCOPE
• ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ
• ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ
• ΠΕΝΣΑ

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

• KICAD
• NImultisim