COMPTEUR DE FRÉQUENCE CMOS : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Il s'agit d'un guide avec des fichiers PDF et des photos inclus de la façon dont j'ai conçu mon propre compteur de fréquence pour le plaisir hors de la logique discrète. Je n'entrerai pas dans les détails sur la façon dont j'ai fabriqué les circuits imprimés ou comment les câbler, mais les schémas sont réalisés dans KICAD, un logiciel gratuit qui vous permet de réaliser vos projets sur un PCB de qualité professionnelle. n'hésitez pas à copier ou à utiliser ces informations comme guide de référence. c'est un bon exercice d'apprentissage, j'ai trouvé que c'était un voyage passionnant et un mal de tête absolu en même temps, mais ce projet utilise de nombreuses compétences acquises dans un cours de conception numérique de base. tout cela pourrait probablement être fait avec un microcontrôleur et quelques pièces externes. mais qu'est-ce qu'il y a d'amusant là-dedans haha !

Étape 1: Conception d'un compteur de fréquence à l'aide de puces logiques CMOS discrètes

En guise d'introduction, j'ai conçu, câblé et testé ce circuit. J'ai fait la plupart du travail dans NI multisim et j'ai utilisé les simulations pour concevoir la plupart des modules. après avoir testé en multisim, j'ai ensuite construit le circuit de test en morceaux sur une planche à pain, c'était pour être sûr que chaque pièce fonctionnait correctement, c'était un vrai casse-tête et il m'a fallu presque une semaine pour faire fonctionner la première version complète. Dans l'étape suivante, j'inclurai la nomenclature (Bill of Materials) et un schéma fonctionnel de la conception, puis j'expliquerai en détail comment elle a été assemblée. Je n'ai utilisé aucun schéma pour faire cela, j'ai simplement lu les fiches techniques des chipsets et exécuté des simulations et testé chaque puce pour la fonction appropriée. Ce projet comporte 4 concepts principaux qui sont tous liés ensemble dans l'assemblage final qui sera décrit dans les schémas fonctionnels. J'ai utilisé ces blocs pour décrire comment tout cela allait être organisé et conçu.

1. Module de synchronisation Un circuit oscillateur Pierce avec un xtal (cristal) oscillant à 37,788 kHz est introduit dans un CD4060B (compteur binaire de report d'ondulation à 14 étages et diviseur de fréquence), ce qui donne un signal de 2 Hz. Ce signal est ensuite envoyé dans une bascule JK configurée pour le mode bascule. Cela le réduira de moitié à une onde carrée de 1 Hz. le signal est ensuite envoyé à une autre bascule JK et divisé à 0,5 Hz (1 seconde allumée 1 seconde éteinte). ce sera la base de temps précise pour configurer notre horloge d'activation afin de "trancher" un échantillon d'une seconde de la fréquence entrante. Il s'agit essentiellement d'une tranche d'impulsions qui doit être comptée pendant une durée d'une seconde.
2. Compteur de décennie synchrone Il existe deux concepts principaux pour comprendre comment la fréquence entrante est comptée. Le signal entrant doit être une onde carrée, et également compatible avec le niveau logique des puces. J'ai utilisé un générateur de fonctions sur ma paillasse, mais on peut en construire un avec une minuterie 555 et une bascule JK ou D configurée comme diviseur de fréquence. le deuxième concept utilise le signal de 0,5 Hz pour permettre à l'impulsion mesurée de sortir d'une porte ET pendant des intervalles d'une seconde. et le bloquer quand il devient logique BAS. cette impulsion sort de la porte ET et entre dans les compteurs de décades à l'horloge mise en parallèle. les compteurs fonctionnent comme des compteurs synchrones et utilisent les fonctions carry et in décrites dans la fiche technique du CD4029.
3. Réinitialisation Le circuit doit être réinitialisé toutes les 2 secondes pour échantillonner la fréquence et ne pas obtenir une lecture composée sur l'affichage. nous voulons qu'il remette les compteurs à zéro avant que la prochaine tranche n'arrive ou qu'il s'ajoute à la valeur précédente. ce qui n'est pas si intéressant que ça ! nous le faisons en utilisant une bascule D câblée pour le retour et nous synchronisons le signal de 0,5 Hz dans l'horloge qui est sortie dans les broches d'activation préréglées des compteurs de décades. cela met tous les compteurs à zéro pendant deux secondes, puis monte au niveau haut pendant 2 secondes. simple mais efficace non cela pourrait aussi se faire avec une bascule JK mais j'aime montrer deux manières de faire la même chose. Tout cela est pour le plaisir et l'auto-apprentissage, alors n'hésitez pas à vous écarter !
4. SEGMENTS LED Le meilleur est gardé pour la fin ! les écrans classiques à 7 segments et les puces de pilote Je recommande fortement de concevoir cela autour de la fiche technique de l'affichage à 7 segments et de la puce de pilote. Vous devrez faire très attention à la différence entre cathode commune ou anode. la puce que j'ai utilisée devra être haute ou basse selon les LED que vous choisissez d'utiliser et comme bonne pratique des résistances de 220 ohms sont utilisées pour limiter le courant il y a une certaine flexibilité il est toujours préférable de se référer à la fiche technique personne n'est vraiment ça smart les réponses se trouvent toutes dans la feuille de données. En cas de doute, lisez-le autant que vous le pouvez.

Étape 2: Schéma fonctionnel

Cette partie suivante n'est qu'un visuel du diagramme. C'est une bonne idée de regarder cela lorsque vous concevez quelque chose pour couper le problème en morceaux.

Étape 3: Base de temps et schémas

l'o-scope montre à quoi devrait ressembler la sortie par rapport à la base de temps.

Ce circuit utilise le cd 4060 câblé comme indiqué sur l'image, reportez-vous au PDF pour une image complète

les puces utilisées dans ce circuit sont

• 3X CD4029
• 1XCD4081
• 1XCD4013
• 1XCD4060
• 1XCD4027
• 3X CD4543
• 21 RESISTANCES 220 ohms
• AFFICHAGES LED 3 X 7 SEGMENT
• 37.788 KHZ CRISTAL
• RESISTANCE 330K OHM
• RESISTANCE 15M OHM
• RÉSEAU DE RESISTANCE 18x 10K 8 BROCHES (RECOMMANDÉ)
• BEAUCOUP DE FILS DE RACCORDEMENT EN CAS D'UTILISATION D'UNE PLANCHE À PAIN
• DE NOMBREUSES PLANCHES À PAIN

ÉQUIPEMENT RECOMMANDÉ

• ALIMENTATION DE BANC
• O-SCOPE
• GÉNÉRATEUR DE FONCTIONS
• MULTIMÈTRE
• PINCES

LOGICIEL DE CONCEPTION RECOMMANDÉ

• KICAD
• NImultisim