عداد تردد CMOS: 3 خطوات

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:53

هذا دليل مع ملفات PDF مضمنة وصور لكيفية تصميم عداد التردد الخاص بي من أجل المتعة خارج المنطق المنفصل. لن أخوض في التفاصيل الكاملة حول كيفية صنع الخنازير الدائرية أو كيفية توصيلها بسلك ، لكن المخططات مصنوعة في KICAD وهو برنامج مجاني يسمح لك بإنشاء مشاريعك على PCB بدرجة احترافية. لا تتردد في نسخ أو استخدام هذه المعلومات كدليل مرجعي. هذا تمرين تعليمي جيد ، لقد وجدت أنه رحلة مثيرة وألم مطلق في نفس الوقت ولكن هذا المشروع يستخدم العديد من المهارات المكتسبة في دورة التصميم الرقمي الأساسية. من المحتمل أن يتم كل هذا باستخدام وحدة تحكم صغيرة واحدة وجزء خارجي قليل. ولكن ما هو المرح في هذا هاها!

الخطوة 1: تصميم عداد التردد باستخدام شرائح المنطق CMOS المنفصلة

كمقدمة ، قمت بتصميم هذه الدائرة وتوصيلها واختبارها. قمت بمعظم العمل في NI multisim واستخدمت المحاكاة لتصميم معظم الوحدات. بعد الاختبار في multisim ، قمت بعد ذلك ببناء دائرة الاختبار على شكل قطع على لوح الخبز ، وكان هذا للتأكد من أن كل جزء يعمل بشكل صحيح ، وكان هذا بمثابة صداع حقيقي واستغرق الأمر ما يقرب من أسبوع لتشغيل أول نسخة كاملة. في الخطوة التالية سوف أقوم بتضمين قائمة المواد (قائمة المواد) ورسم تخطيطي للتصميم ثم أخوض في التفاصيل حول كيفية تجميعها معًا. لم أستخدم أي مخططات للقيام بذلك ، لقد قرأت ببساطة أوراق البيانات الخاصة بالشرائح وقمت بإجراء عمليات محاكاة واختبرت كل شريحة من أجل الوظيفة المناسبة. يتميز هذا المشروع بأربعة مفاهيم رئيسية مرتبطة ببعضها البعض في التجميع النهائي الذي سيتم تحديده في المخططات الكتل. لقد استخدمت هذه الكتل لوصف كيف سيتم تنظيم وتصميم كل شيء.

1. وحدة التوقيت: يتم تغذية دائرة مذبذب بيرس مع xtal (بلوري) تتأرجح عند 37.788 كيلو هرتز في CD4060B (عداد ثنائي للحمل ذو 14 مرحلة ومقسم تردد) ، وهذا ينتج عنه إشارة 2 هرتز. ثم يتم إرسال هذه الإشارة إلى JK flip flop الذي تم تكوينه لوضع التبديل. سيؤدي ذلك إلى تقليله إلى النصف إلى موجة مربعة تبلغ 1 هرتز. ثم يتم إرسال الإشارة إلى فليب فليب JK آخر وتنقسم إلى 0.5 هرتز (ثانية واحدة على 1 ثانية إيقاف). ستكون هذه هي القاعدة الزمنية الدقيقة لإعداد ساعة التمكين الخاصة بنا من أجل "تقسيم" عينة ثانية واحدة من التردد الوارد. هذه في الأساس شريحة من النبضات التي يجب عدها لمدة ثانية واحدة.
2. عداد العقد المتزامن هما مفهومان رئيسيان لفهم كيفية حساب التردد الوارد. يجب أن تكون الإشارة الواردة موجة مربعة ومتوافقة أيضًا مع المستوى المنطقي للرقائق. لقد استخدمت مولدًا للوظائف على مقعد المختبر الخاص بي ، ولكن يمكن إنشاء واحد بمؤقت 555 و JK أو D flip flop تم تكوينه كمقسم تردد. يستخدم المفهوم الثاني إشارة 0.5 هرتز لتمكين النبضة المقاسة من الخروج من بوابة AND لفترات زمنية لمدة ثانية واحدة. وحظره عندما يصبح المنطق منخفضًا. يخرج هذا النبض من البوابة AND ويدخل عدادات العقد في الساعة الموازية. تعمل العدادات كعدادات متزامنة وتستخدم التنفيذ والوظائف الموضحة في ورقة البيانات الخاصة بـ CD4029.
3. إعادة التعيين تحتاج الدائرة إلى إعادة الضبط كل ثانيتين لأخذ عينات التردد وعدم الحصول على قراءة مركبة على الشاشة. نريده أن يعيد ضبط العدادات إلى الصفر قبل أن تأتي الشريحة التالية أو ستضيف إلى القيمة السابقة. وهو ليس كل هذا مثير للاهتمام! نقوم بذلك باستخدام D flip flop السلكية للتغذية مرة أخرى ونقوم بتسجيل إشارة 0.5 هرتز في الساعة التي يتم وضعها في دبابيس تمكين الإعداد المسبق لعدادات العقد. هذا يضبط جميع العدادات على صفر لمدة ثانيتين ثم ترتفع لمدة ثانيتين. بسيطة ولكنها فعالة لا يمكن أن يتم ذلك أيضًا باستخدام JK flip لكني أحب أن أوضح طريقتين لفعل الشيء نفسه. هذا كله من أجل المتعة والتعلم الذاتي ، لذا لا تتردد في الانحراف!
4. قطاعات LED يتم حفظ أفضل جزء حتى النهاية! شاشات العرض الكلاسيكية ذات 7 شرائح وشرائح السائق ، أوصي بشدة بتصميمها حول ورقة البيانات الخاصة بشاشة العرض ذات الأقسام السبعة وشريحة السائق. سوف تحتاج إلى إيلاء اهتمام وثيق للاختلاف بين الكاثود أو الأنود المشترك. يجب أن تكون الشريحة التي استخدمتها عالية أو منخفضة اعتمادًا على مصابيح LED التي تختار استخدامها ، وكممارسة جيدة تُستخدم مقاومات 220 أوم للحد من التيار ، هناك بعض المرونة ، فمن الأفضل دائمًا الرجوع إلى ورقة البيانات ، لا أحد يفعل ذلك حقًا جميع الإجابات الذكية تكمن في ورقة البيانات. عندما تكون في شك ، اقرأها بقدر ما تستطيع.

الخطوة 2: مخطط الكتلة

هذا الجزء التالي هو مجرد صورة مرئية لمخطط الكتلة. إنها لفكرة جيدة أن تنظر إلى هذا عند تصميم شيء ما لتقسيم المشكلة إلى أجزاء.

الخطوة 3: قاعدة الوقت والمخططات

يوضح النطاق o كيف يجب أن يبدو الناتج مقارنة بالقاعدة الزمنية.

تستخدم هذه الدائرة cd 4060 wired up كما هو موضح في الصورة الرجوع إلى PDF للصورة الكاملة

تستخدم الرقائق في هذه الدائرة

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• 21 × 220 أوم مقاومات
• 3 X 7 SEGEMNT LED DISPLAYS
• 37.788 كيلو هرتز كريستال
• 330K أوم المقاوم
• 15M أوم المقاوم
• 18x 10K 8 PIN RESITOR NETWORK (مستحسن)
• الكثير من أسلاك الخطاف في حالة استخدام لوح الخبز
• العديد من ألواح الخبز

معدات موصى بها

• بنش امدادات الطاقة
• O-SCOPE
• وظيفة المولد
• المقياس المتعدد
• كماشة

برنامج التصميم الموصى به

• كيكاد
• نيمولتسيم