Reloj digital multifuncional
1. Propósito del diseño
El reloj digital es un dispositivo que utiliza tecnología de circuito digital para medir horas, minutos y segundos. En comparación con los relojes mecánicos, tiene mayor precisión e intuición, no tiene ningún dispositivo mecánico y tiene una vida útil más larga, por lo que ha sido ampliamente utilizado.
En principio, los relojes digitales son circuitos digitales típicos, incluidos circuitos lógicos combinacionales y circuitos secuenciales.
Así que esta vez diseñamos un reloj digital para comprender los principios de un reloj digital y aprender a hacer un reloj digital. Además, a través de la producción de relojes digitales, podemos comprender mejor las funciones y métodos prácticos de varios circuitos integrados pequeños y medianos utilizados en la producción. Y debido a que los relojes digitales incluyen circuitos lógicos combinacionales y circuitos de temporización, puede aprender y dominar aún más los principios y el uso de varios circuitos lógicos combinacionales y circuitos secuenciales a través de ellos.
3. Diagrama de bloques principal
1. Composición del reloj digital
El reloj digital es en realidad un circuito de conteo que cuenta la frecuencia estándar (1 HZ). Dado que la hora de inicio del conteo no puede ser consistente con la hora estándar (como la hora de Beijing), es necesario agregar un circuito de corrección de tiempo al circuito. La señal horaria estándar de 1 HZ debe ser precisa y estable. Normalmente, los circuitos osciladores de cristal de cuarzo se utilizan para formar relojes digitales.
(1) Diagrama de bloques del reloj digital
2. Circuito oscilador de cristal
El circuito oscilador de cristal proporciona una onda cuadrada estable y precisa con una frecuencia de 32768 Hz. para la señal del reloj digital, que puede garantizar la precisión y estabilidad del reloj digital. Los circuitos osciladores de cristal se utilizan en relojes electrónicos analógicos y digitales. Generalmente, existen dos tipos de circuitos osciladores de cristal digitales con salida de onda cuadrada. Uno está compuesto por un circuito de puerta TTL; el otro es un circuito compuesto por una puerta CMOS NO. Este diseño utiliza este último. Como se muestra en la Figura (b), el circuito del oscilador de cristal está compuesto por el inversor CMOS U1, el cristal, el condensador y la resistencia U2 que implementa la función de conformación y convierte la forma de onda de salida del oscilador en una onda cuadrada ideal. La resistencia de retroalimentación de salida R1 proporciona una polarización para la puerta NOT, lo que permite que el circuito funcione en la región de amplificación, es decir, la puerta NOT funciona como un amplificador inversor de alta ganancia. Los condensadores C1 y C2 forman una red resonante con el cristal para controlar la frecuencia de oscilación y proporcionar un cambio de fase de 180 grados, de modo que la puerta NAND forma una red de retroalimentación positiva para realizar la función del oscilador. Dado que el cristal tiene estabilidad y precisión de alta frecuencia, la estabilidad y precisión de la frecuencia de salida están garantizadas.
(b) Oscilador de cristal CMOS (circuito analógico)
3. Circuito de temporización
Generalmente, se utilizan contadores de 10 décadas como 74HC290 y 74HC390 para implementar. la función de conteo de unidades de conteo de tiempo. Este diseño utiliza 74HC390. Según su diagrama de bloques lógico interno, es un contador asíncrono dual 2-5-10, y cada contador tiene un terminal de borrado asíncrono (activo alto).
La segunda unidad de conteo es un contador decimal, que no requiere conversión decimal. Solo necesita conectar QA a CPB (flanco descendente válido). CPA (caída no válida) está conectado a la señal de entrada de 1 Hz segundos, y Q3 se puede conectar al CPA de la unidad de conteo decimal como señal de acarreo ascendente.
La segunda unidad de conteo decimal es un contador hexadecimal y requiere conversión decimal. El método de conexión del circuito para convertir un contador decimal en un contador hexadecimal se muestra en la Figura 2.4, en la que Q2 se puede conectar al CPA de la unidad de conteo con división de frecuencia como señal de transporte ascendente.
Circuito de conversión decimal-hexadecimal
La estructura del circuito de la unidad de conteo de dígitos fraccionarios y decimales fraccionarios es exactamente la misma que la de la unidad de conteo de dígitos fraccionarios y decimales fraccionarios, excepto por el El dígito fraccionario Q3 de la unidad de conteo debe conectarse al CPA de la unidad de conteo fraccional como una señal de acarreo ascendente, y el Q2 de la unidad de conteo fraccional debe conectarse al CPA de la unidad de conteo fraccional de tiempo como una señal de acarreo ascendente.
La estructura del circuito de la unidad de conteo de horas sigue siendo la misma que la de la unidad de conteo de segundos o de horas, pero se requiere que toda la unidad de conteo de horas sea un contador decimal en lugar de un múltiplo entero de 10. por lo tanto, la unidad de conteo de horas debe ser Y la unidad de conteo de decenas se combina en un todo para la conversión decimal.
El circuito que utiliza un 74HC390 para implementar la función de conteo decimal se muestra en la Figura (D).
Circuito decimal
Además, en el circuito que se muestra en la Figura (d), la unidad de conteo binario restante se puede usar para convertir la señal de salida de 2 Hz del divisor de frecuencia en un Señal de 1 Hz.
4. Controlador de decodificación y circuito de unidad de visualización
Seleccione CD 4511 como circuito de decodificación de pantalla; seleccione el tubo digital LED como circuito de unidad de visualización. La señal binaria de entrada se traduce a números decimales mediante el CD4511 y luego se muestra en el tubo digital. Los tubos digitales LED aquí se conectan mediante el método **yin.
El contador realiza la acumulación de tiempo y lo envía al chip CD4511 en forma de código 8421BCD. Luego, el chip 4511 convierte el código BCD en un código decimal y lo envía al tubo digital para su visualización.
5. Circuito de cronometraje
El reloj digital debe tener funciones de corrección de minutos y corrección de hora, por lo que es necesario cortar los canales de conteo directo de minutos y horas, y utilizar uno normal. Señal de sincronización que se puede utilizar en cualquier momento. Acceso al circuito para cambiar entre señales de corrección. Es decir, en el circuito de tiempo o ramal implementado por las puertas COMS y NOR, el terminal In1 está conectado a la señal de transporte baja; el terminal In2 está conectado a la señal de corrección, que se puede tomar directamente de 1 HZ o 2 HZ (ni demasiado alto ni demasiado alto). demasiado baja) señal generada por el divisor de frecuencia. El terminal de salida está conectado al terminal de entrada de sincronización de minutos o horas; Cuando el interruptor está apagado, dado que la salida de la señal de corrección y la fase 0 es 0, el otro extremo del interruptor está conectado a un nivel alto y la señal de entrada normal puede pasar a través de la puerta AND o la puerta sin problemas, por lo que la sincronización el circuito de corrección está en un estado de sincronización normal; cuando el interruptor está arriba, la situación es todo lo contrario, el circuito de sincronización está en el estado de sincronización.
En el uso real, debido al problema de fluctuación de los interruptores de circuito, generalmente se conecta un flip-flop RS para formar un circuito de eliminación de fluctuación del interruptor, por lo que todo el circuito de sincronización se muestra en la Figura (f).
(f) Circuito de corrección con circuito antivibración
6 Circuito de informe de tiempo
El circuito debe comenzar a informar el tiempo dentro de los 10 segundos antes de la hora, es decir. es Cuando el tiempo está entre 59 minutos y 50 segundos y 59 minutos y 59 segundos, el circuito de señal horaria notificará la señal de control de tiempo.
Cuando el tiempo pasa de 59 minutos y 50 segundos a 59 minutos y 59 segundos, los dígitos, cuantiles y segundos permanecen sin cambios, siendo 5, 9 y 5 respectivamente. Por lo tanto, el QC y QA del contador de minutos, el QD y QA de las unidades y el QC y QA del contador de segundos se pueden combinar para producir una señal de control de tiempo.
El circuito de cronometraje puede estar compuesto por 74HC30. El 74HC30 es una puerta NAND de 8 entradas.
Cuarto, componentes
4.* * * Tubo digital de ocho segmentos y seis yin
5. Cable de red 2 m/persona
6.6 .CD4511 0 bloque integrado 6 piezas.
7.CD 4060 bloque integrado 1 pieza
8.74HC390 bloque integrado 3 piezas
9.74 HC 51 bloque integrado 1 pieza
10.74 Bloque integrado HC00 4 piezas
11.74hc30 bloque integrado 1 pieza
Cinco resistencias de 12,10ω.
Resistencia 13.500Ω 14
2 condensadores de 14.30p.
Reloj cristal 15.32.768k 1.
16. Timbre 10.
Diagrama de circuito de cada bloque funcional del verbo (abreviatura del verbo)
El reloj digital es, en principio, un circuito digital típico, que puede estar compuesto por muchos circuitos integrados pequeños y medianos. , por lo que se puede dividir en muchos circuitos independientes.
(1) Circuito hexadecimal
Consta de 74HC390, 7400, tubo digital y 4511. El circuito se muestra en la Figura 1.
(2) Circuito decimal
Consta de 74HC390, 7400, tubo digital y 4511. El circuito se muestra en la Figura 2.
(3) Circuito sexagesimal
Consta de dos válvulas digitales, dos 4511, un 74HC390 y un chip 7400. El circuito se muestra en la Figura 3.
(4) Circuito sexagesimal doble
Está compuesto por dos sexagesimales conectados. La señal de entrada de un bit se conecta con el Qc de diez bits por segundo para producir un acarreo. El diagrama del circuito se muestra en la Figura 4.
(5) Circuito contador de tiempo
Consta de 1 circuito decimal y 2 circuitos hexadecimales. Debido a que tiene un circuito doble sesenta, simplemente conecte el circuito decimal. El circuito detallado se muestra en la Figura 5.
(6) Circuito de corrección
Consta de 74CH51D, 74HC00D y resistencias. El circuito de calibración se divide en dos partes: subcalibración y calibración de tiempo. El circuito se muestra en la Figura 6.
(7) Circuito oscilador de cristal
Consta de un cristal, dos condensadores de 30pF, 1 4060 y una resistencia de 10M. El pin 3 del chip emite una señal de onda cuadrada de 2 Hz. El circuito se muestra en la Figura 7.
(8) Circuito de punto horario
Está compuesto por 74HC30D y zumbador. Cuando la hora sea de 59:50 a 59:59, el timbre hará sonar la hora. El circuito se muestra en la Figura 8.