CMOS-FREQUENTIETELLER: 3 stappen:

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Dit is een gids met bijgevoegde PDF's en foto's van hoe ik mijn eigen frequentieteller heb ontworpen voor de lol uit discrete logica. Ik zal niet in detail treden over hoe ik de printplaten heb gemaakt of hoe ik deze moet bedraden, maar de schema's zijn gemaakt in KICAD, wat gratis software is waarmee je je projecten op een professionele PCB kunt maken. voel je vrij om deze informatie te kopiëren of te gebruiken als referentiegids. dit is een goede leeroefening, ik vond het een spannende reis en tegelijkertijd absolute hoofdpijn, maar dit project maakt gebruik van veel vaardigheden die zijn geleerd in een basiscursus digitaal ontwerpen. dit zou waarschijnlijk allemaal kunnen worden gedaan met één microcontroller en een paar externe onderdelen. maar wat is daar de lol van haha!

Stap 1: Een frequentieteller ontwerpen met discrete CMOS-logische chips

Dus als introductie heb ik dit circuit ontworpen, bedraad en getest. Ik deed het meeste werk in NI multisim en gebruikte de simulaties om de meeste modules te ontwerpen. na het testen in multisim, bouwde ik het testcircuit in stukjes op een breadboard, dit was om er zeker van te zijn dat elk onderdeel goed werkte, dit was een echte hoofdpijn en het kostte me bijna een week om de eerste volledige versie draaiende te krijgen. In de volgende stap zal ik de BOM (Bill of Materials) en een blokschema van het ontwerp opnemen en vervolgens in detail ingaan op hoe het in elkaar is gezet. Ik heb geen schema's gebruikt om dit te maken, ik las gewoon de datasheets voor de chipsets en voerde simulaties uit en testte elke chip op de juiste functie. Dit project bevat 4 hoofdconcepten die allemaal met elkaar verbonden zijn in de uiteindelijke montage die in de blokdiagrammen zal worden geschetst. Ik gebruikte deze blokken om te beschrijven hoe het allemaal zou worden georganiseerd en ontworpen.

1. Timingmodule Een Pierce-oscillatorcircuit met een xtal (kristal) dat oscilleert op 37,788 kHz wordt ingevoerd in een CD4060B (14-traps ripple carry binaire teller en frequentiedeler), wat resulteert in een 2Hz-signaal. Dat signaal wordt vervolgens verzonden naar een JK-flip-flop die is geconfigureerd voor toggle-modus. Hierdoor wordt deze gehalveerd tot een blokgolf van 1 Hz. het signaal wordt vervolgens naar nog een andere JK-flip-flop gestuurd en verdeeld tot 0,5 Hz (1 seconde aan 1 seconde uit). dit zal de precieze tijdbasis zijn om onze activeringsklok in te stellen om een sample van één seconde van de inkomende frequentie te "snijden". Dit is in wezen een stukje pulsen dat gedurende een seconde moet worden geteld.
2. Synchrone decade-teller Er zijn twee hoofdconcepten om te begrijpen hoe de inkomende frequentie wordt geteld. Het binnenkomende signaal moet een blokgolf zijn en ook compatibel met het logische niveau van de chips. Ik heb een functiegenerator op mijn laboratoriumbank gebruikt, maar er kan er een worden geconstrueerd met een 555-timer en een JK- of D-flip-flop geconfigureerd als een frequentiedeler. het tweede concept gebruikt het 0,5 Hz-signaal om de gemeten puls een EN-poort te laten verlaten met intervallen van één seconde. en het blokkeren wanneer het logisch LAAG wordt. deze puls verlaat de EN-poort en gaat de decade-tellers binnen op de parallelle klok. de tellers werken als synchrone tellers en gebruiken de uitvoeren en in-functies beschreven in het datablad voor de CD4029.
3. Reset Het circuit moet elke 2 seconden worden gereset om de frequentie te bemonsteren en geen samengestelde uitlezing op het display te krijgen. we willen dat het de tellers op nul zet voordat het volgende segment binnenkomt, anders wordt het toegevoegd aan de vorige waarde. wat niet zo interessant is! we doen dit door D-flip-flop te gebruiken die is bedraad om terug te koppelen en we klokken het 0,5 Hz-signaal in de klok die wordt uitgezet in de vooraf ingestelde activeringspinnen van de decenniumtellers. hierdoor worden alle tellers gedurende twee seconden op nul gezet en vervolgens gedurende 2 seconden hoog. eenvoudig maar effectief niet dit kan ook worden gedaan met een JK-slipper, maar ik wil graag twee manieren laten zien om hetzelfde te doen. Dit is allemaal voor de lol en zelfstudie, dus voel je vrij om af te wijken!
4. LED SEGMENTEN Het beste is voor het einde bewaard! de klassieke 7-segmentsdisplays en de driverchips Ik raad ten zeerste aan om dit te ontwerpen rond het gegevensblad van het 7-segmentdisplay en de driverchip. U moet goed letten op het verschil tussen gemeenschappelijke kathode of anode. de chip die ik heb gebruikt, moet hoog of laag zijn, afhankelijk van de LED's die je wilt gebruiken en als goede gewoonte worden 220 ohm-weerstanden gebruikt om de stroom te beperken. Er is enige flexibiliteit. Het is altijd het beste om naar het gegevensblad te verwijzen, niemand is dat echt slim de antwoorden liggen allemaal in het gegevensblad. Lees het bij twijfel zo veel als je kunt.

Stap 2: Blokdiagram

Dit volgende deel is slechts een visuele weergave van het blokdiagram. Het is een goed idee om hiernaar te kijken wanneer je iets ontwerpt om het probleem in stukjes te snijden.

Stap 3: Tijdsbasis en schema's

de o-scope laat zien hoe de output eruit moet zien in vergelijking met de tijdbasis.

Dit circuit gebruikt de cd 4060 bedraad zoals weergegeven in de afbeelding, raadpleeg de PDF voor een volledig beeld

de chips die in dit circuit worden gebruikt, zijn:

• 3X CD4029
• 1X CD4081
• 1X CD4013
• 1X CD4060
• 1X CD4027
• 3X CD4543
• 21 X 220 ohm WEERSTANDEN
• 3 X 7 SEGEMNT LED-DISPLAYS
• 37.788 KHZ KRISTAL
• 330K OHM WEERSTAND
• 15M OHM WEERSTAND
• 18x 10K 8 PIN RESITOR NETWERK (AANBEVOLEN)
• VEEL AANSLUITDRADEN BIJ GEBRUIK VAN EEN BROODBORD
• VEEL BROODPLANKEN

AANBEVOLEN UITRUSTING

• VOEDING VAN DE BANK
• O-SCOPE
• FUNCTIEGENERATOR
• MULTI-METER
• TANG

AANBEVOLEN ONTWERPSOFTWARE

• KICAD
• NImultisim