Horloge numérique utilisant un oscillateur à cristal et des tongs : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Les horloges se trouvent dans presque tous les types d'appareils électroniques, elles sont le cœur de tout ordinateur. Ils sont utilisés pour synchroniser tous les circuits séquentiels. ils sont également utilisés comme compteurs pour garder une trace de l'heure et de la date. Dans ce instructable, vous apprendrez comment les ordinateurs comptent et essentiellement comment fonctionne une horloge numérique à l'aide de bascules et de logique combinatoire. Le projet est décomposé en plusieurs modules qui remplissent chacun une fonction spécifique.

Fournitures

Pour cette instructable, vous aurez besoin de connaissances préalables en:

• Concepts de logique numérique
• Simulateur Multisim (facultatif)
• Compréhension des circuits électriques

Étape 1: Construire le module de base de temps

Le concept derrière une horloge numérique est que nous comptons essentiellement des cycles d'horloge. une horloge à 1 Hz génère une impulsion toutes les secondes. dans les prochaines étapes, nous verrons comment compter ces cycles pour composer les secondes, les minutes et les heures de notre horloge. Une façon de générer un signal de 1 Hz consiste à utiliser un circuit oscillateur à cristal qui génère un signal de 32,768 kHz (comme celui que j'ai conçu ci-dessus et appelé oscillateur de perçage), que nous pouvons ensuite diviser en utilisant une chaîne de bascules. La raison pour laquelle 32,768 kHz est utilisé est qu'elle est supérieure à notre fréquence auditive maximale qui est de 20 kHz et qu'elle est égale à 2^15. La raison qui est importante est qu'une sortie de bascule J-K bascule sur le front positif ou négatif (selon le FF) du signal d'entrée, donc la sortie est effectivement à une fréquence qui est la moitié de l'entrée d'origine. De même, si nous enchaînons 15 Flip Flops, nous pouvons diviser la fréquence du signal d'entrée pour obtenir notre signal de 1 Hz. Je viens d'utiliser un générateur d'impulsions à 1 Hz pour accélérer le temps de simulation dans Multisim. Cependant, sur une maquette, n'hésitez pas à construire le circuit que j'ai ci-dessus ou à utiliser un module DS1307.

Étape 2: Construire le compteur de secondes

Ce module est divisé en deux parties. La première partie est un compteur de 4 bits qui compte jusqu'à 9 qui constitue la place du 1 des secondes. La deuxième partie est un compteur progressif de 3 bits qui compte jusqu'à 6, ce qui constitue le 10 des secondes.

Il existe 2 types de compteurs, un compteur synchrone (où l'horloge est connectée à tous les FF) et un compteur asynchrone où l'horloge est transmise au premier FF et la sortie agit comme l'horloge du prochain FF. J'utilise un compteur asynchrone (également appelé compteur d'ondulation). L'idée est que si nous envoyons un signal haut aux entrées 'J' et 'K' du FF, le FF basculera son état à chaque cycle de l'horloge d'entrée. Ceci est important car pour chaque 2 bascules du premier FF, une bascule est produite dans le FF consécutif et ainsi de suite jusqu'au dernier. Par conséquent, nous produisons un nombre binaire équivalent au nombre de cycles du signal d'horloge d'entrée.

Comme indiqué ci-dessus, à gauche se trouve mon circuit qui fait le compteur de 4 bits pour la place du 1. En dessous, j'ai implémenté un circuit de réinitialisation, il s'agit essentiellement d'une porte ET qui envoie un signal haut à la broche de réinitialisation des bascules si la sortie du compteur est un 1010 ou un 10 en décimal. Par conséquent, la sortie de cette porte ET est un signal de 1 impulsion par 10 secondes que nous utiliserons comme horloge d'entrée pour notre compteur de positions 10.

Étape 3: Tout assembler

Par cette même logique, nous pouvons continuer à empiler les compteurs pour composer les Minutes et les Heures. On peut même aller plus loin et compter les jours, les semaines et même les années. vous pouvez le créer sur une maquette, idéalement, mais vous utiliseriez un module RTC (horloge en temps réel) juste pour plus de commodité. Mais si vous vous sentez inspiré, vous auriez essentiellement besoin de:

19 tongs J-K (ou 10 circuits intégrés J-K doubles tels que le SN74LS73AN)

• une source d'entrée 1 Hz (vous pouvez utiliser un module DS1307 il génère une onde carrée 1 Hz)
• 6 décodeurs binaires à 7 segments (comme le 74LS47D)
• 23 onduleurs, 7 portes ET 3 entrées, 10 portes ET 2 entrées, 3 portes ET 4 entrées, 5 portes OU
• Six affichages hexagonaux à 7 segments

J'espère que vous avez appris comment fonctionne une horloge numérique à partir de cette instructable, n'hésitez pas à poser des questions !