ساعة رقمية باستخدام المذبذب الكريستالي والوجه المتخبط: 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

توجد الساعات في جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا ، فهي القلب النابض لأي جهاز كمبيوتر. يتم استخدامها لمزامنة جميع الدوائر المتسلسلة. يتم استخدامها أيضًا كعدادات لتتبع الوقت والتاريخ. ستتعلم في هذا الدليل كيفية حساب أجهزة الكمبيوتر وكيفية عمل الساعة الرقمية بشكل أساسي باستخدام الوجه المتأرجح والمنطق التوافقي. ينقسم المشروع إلى عدة وحدات تؤدي كل منها وظيفة محددة.

اللوازم

لهذا الدليل ، ستحتاج إلى بعض المعرفة المسبقة في:

• مفاهيم المنطق الرقمي
• محاكي Multisim (اختياري)
• فهم الدوائر الكهربائية

الخطوة 1: بناء وحدة قاعدة الوقت

المفهوم الكامن وراء الساعة الرقمية هو أننا نعد دورات الساعة بشكل أساسي. تولد ساعة 1 هرتز نبضة كل ثانية. في الخطوات التالية سنرى كيف يمكننا عد تلك الدورات لتشكيل الثواني والدقائق والساعات من ساعتنا. إحدى الطرق التي يمكننا من خلالها توليد إشارة 1 هرتز هي استخدام دائرة مذبذب بلوري التي تولد إشارة 32.768 كيلو هرتز (مثل تلك التي صممت أعلاه والتي تسمى مذبذب مثقوب) ، والتي يمكننا بعد ذلك تقسيمها باستخدام سلسلة من Flip Flops. السبب في استخدام 32.768 كيلو هرتز هو أنه أعلى من الحد الأقصى لتردد السمع لدينا وهو 20 كيلو هرتز وهو يساوي 2 ^ 15. السبب المهم هو أن ناتج التقليب JK يتبدل عند الحافة الموجبة أو السالبة (يعتمد على FF) لإشارة الإدخال ، وبالتالي يكون الإخراج فعليًا بتردد يمثل نصف الإدخال الأصلي. من خلال نفس الرمز ، إذا قمنا بتسلسل 15 Flip Flops ، يمكننا تقسيم تردد إشارة الإدخال للحصول على إشارة 1 هرتز. لقد استخدمت للتو مولد نبض 1 هرتز لتسريع وقت المحاكاة في Multisim. ومع ذلك ، لا تتردد في إنشاء الدائرة التي أستخدمها أعلاه أو استخدام وحدة DS1307 على اللوح.

الخطوة الثانية: بناء عداد الثواني

هذه الوحدة مقسمة إلى جزأين. الجزء الأول عبارة عن عداد 4 بت لأعلى يعد حتى 9 وهو ما يمثل خانة 1 للثواني. الجزء الثاني عبارة عن عداد 3 بت لأعلى يعد حتى 6 وهو ما يمثل خانة العشرات من الثواني.

يوجد نوعان من العدادات ، عداد متزامن (حيث يتم توصيل الساعة بكل FF) وعداد غير متزامن حيث يتم تغذية الساعة إلى FF الأول ويعمل الإخراج كساعة FF التالية. أستخدم عدادًا غير متزامن (يسمى أيضًا عداد تموج). الفكرة هي أنه إذا أرسلنا إشارة عالية إلى المدخلات "J" و "K" من FF ، فسيقوم FF بتبديل حالته في كل دورة من ساعة الإدخال. هذا مهم لأنه بالنسبة لكل مفتاحين من التبديل لأول FF ، يتم إنتاج مفتاح تبديل في FF المتتالي وهكذا حتى آخر تبديل. لذلك ننتج رقمًا ثنائيًا مكافئًا لعدد دورات إشارة ساعة الإدخال.

كما هو موضح أعلاه ، على اليسار توجد دائري التي تصنع عداد 4 بت لأعلى لمكان 1. تحتها ، قمت بتنفيذ دائرة إعادة تعيين ، إنها في الأساس بوابة AND التي ترسل إشارة عالية إلى دبوس إعادة تعيين Flip Flops إذا كان ناتج العداد هو 1010 أو 10 في النظام العشري. ومن ثم فإن خرج هذه البوابة AND هو إشارة نبضة واحدة لكل 10 ثوانٍ والتي سنستخدمها كساعة إدخال لعداد مكان العشر.

الخطوة 3: وضع كل ذلك معًا

من خلال نفس المنطق ، يمكننا الاستمرار في تكديس العدادات لتشكيل الدقائق والساعات. يمكننا حتى أن نذهب إلى أبعد من ذلك ونحصي الأيام والأسابيع وحتى السنوات. يمكنك إنشاء هذا على لوح التجارب ، ولكن من الناحية المثالية ، قد يستخدم المرء وحدة RTC (ساعة الوقت الحقيقي) فقط للراحة. ولكن إذا كنت تشعر بالإلهام ، فستحتاج بشكل أساسي إلى:

19 J-K Flip Flops (أو 10 Dual J-K ICs مثل SN74LS73AN)

• مصدر إدخال 1 هرتز (يمكنك استخدام وحدة DS1307 التي تولد موجة مربعة 1 هرتز)
• 6 وحدات فك ترميز ثنائية إلى 7 أجزاء (مثل 74LS47D)
• 23 عواكس ، 7 3-مدخلات وبوابات ، 10 2-مدخلات وبوابات ، 3 4-مدخلات وبوابات ، 5 أو بوابات
• ستة شاشات سداسية عشرية من 7 أجزاء

آمل أن تكون قد تعلمت كيف تعمل الساعة الرقمية من هذه التعليمات ، فلا تتردد في طرح أي أسئلة!