U 2 B 1 C 1 =10nF. C 2 =10nF

Transkrypt

1 Dynamiczne badanie przerzutników - Ćwiczenie 3. el ćwiczenia Zapoznanie się z budową i działaniem przerzutnika astabilnego (multiwibratora) wykonanego w technice TTL oraz zapoznanie się z działaniem przerzutnika T (zwanego dwójką liczącą) jako dzielnika częstotliwości.. kaz przyrządów zestaw laboratoryjny (generator przebiegu prostokątnego + zasilacz + częstościomierz), oscyloskop -kanałowy z pamięcią, komputer z kartą pomiarowo-sterującą, płytka montażowa do badania układów scalonych, zestaw elementów R i 3. Przedmiot badań o UY 7400 (cztery dwuwejściowe bramki NAND) szt. o UY 743 (cztery dwuwejściowe bramki NAND z układem Schmitta) szt. o UY 7474 (dwa przerzutniki typu D z wejściami do ustawiania i zerowania) szt. o UY 7476 (dwa przerzutniki typu z wejściami do ustawiania i zerowania) szt. 4. Wprowadzenie teoretyczne 4.. Przerzutniki astabilne Przerzutniki astabilne będące generatorami przebiegów prostokątnych, mogą być zbudowane w prosty sposób przy użyciu bramek logicznych. Na rysunku pokazano schemat ideowy takiego generatora z możliwością kluczowania, zbudowanego z dwóch bramek NAND. kluczowanie U B =0nF B U R =k R =k =0nF Rys.. Schemat ideowy symetrycznego przerzutnika astabilnego Stan niski na wejściu kluczowania oznacza zablokowanie układu, natomiast stan wysoki oznacza pracę układu jako przerzutnika. zęstotliwość sygnału wyjściowego (dla układu symetrycznego) z wystarczającą dokładnością oblicza się ze wzoru: 0,7 f = [ Hz], R[Ω], [F] R

2 Maksymalna częstotliwość generatora tego rodzaju zależy od częstotliwości granicznej zastosowanych układów scalonych i może sięgać kilku MHz. Dla układu niesymetrycznego ( R R, ) właściwy jest wzór:,4 f = [Hz] R + R, R,R [Ω],, [F] W praktycznych układach należy przyjmować wartości R i R z przedziału 0kΩ. Wartości pojemności kondensatorów dobiera się w zależności od żądanej częstotliwości oscylacji, należy przy tym unikać kondensatorów elektrolitycznych. Podobnie, nie są zalecane kondensatory o pojemności mniejszej niż 50pF. Osobną grupę generatorów fali prostokątnej stanowią układy budowane z wykorzystaniem bramek zlinearyzowanych za pomocą rezystorowego sprzężenia zwrotnego (rysunek ). Bramka NAND ze sprzężeniem rezystorowym R, R jest wzmacniaczem liniowym. Bramki pełnią funkcję układów odwracających fazę, a więc sprzężenie zwrotne jest dodatnie i układ pracuje samowzbudnie. eżeli dwie bramki ze sprzężeniem rezystorowym zostaną połączone szeregowo, wówczas stanowią układ wzmacniacza liniowego o przesunięciu fazowym Aby taki wzmacniacz przekształcić w układ astabilny, należy zamknąć go w pętlę poprzez kondensatory i. Maksymalna częstotliwość generowanych impulsów wynosi 0MHz. Zmianę częstotliwości drgań można uzyskać przez zmianę pojemności lub płynną zmianę rezystancji R w pętlach sprzężenia zwrotnego. zęstotliwość generowanych drgań można w przybliżeniu wyznaczyć ze wzoru: Rys.. Generator fali prostokątnej zbudowany z bramek zlinearyzowanych 4.. Przerzutnik typu T f R + R Podstawowym elementem układów sekwencyjnych jest funktor, zwany przerzutnikiem, którego zadaniem jest zapamiętanie jednego bitu informacji. Przerzutnik jest układem o co najmniej dwu wejściach i z reguły dwu wyjściach. Zasadniczymi typami przerzutników synchronicznych są przerzutniki D, i T. Przerzutnik typu D ma wejście informacyjne D i wejście zegarowe. zwalanie tego przerzutnika odbywa się zboczem narastającym, tzn. w chwili gdy napięcie na wejściu zegarowym zmienia się z poziomu logicznego 0 na, następuje przepisanie informacji z wejścia D na wyjście. Przerzutnik pozostaje w tym nowym stanie do czasu pojawienia się kolejnego zbocza narastającego na wejściu zegarowym. Symbol graficzny i tabela stanów logicznych dla przerzutnika D pokazane są na rysunku 3. = [ Hz]

3 D D Rys. 3. Przerzutnik typu D Przerzutnik typu ma dwa wejścia informacyjne i oraz wejście zegarowe. zwalanie tego przerzutnika odbywa się zboczem opadającym, tzn. w chwili gdy napięcie na wejściu zegarowym zmienia się z poziomu logicznego na 0, następuje przepisanie informacji na wyjście. Przerzutnik pozostaje w tym stanie do czasu pojawienia się kolejnego zbocza opadającego na wejściu zegarowym. Symbol graficzny i tabela stanów logicznych dla przerzutnika pokazane są na rysunku n- n n n- Rys. 4. Przerzutnik typu Przerzutniki D i mogą spełniać funkcję przerzutnika T, tzw. dwójki liczącej. Dwójka licząca jest układem pełniącym funkcję dzielnika częstotliwości przez (lub inaczej licznika modulo ). Przykłady realizacji przerzutnika T pokazano na rysunkach 5 i 6. "" Rys. 5. Realizacja przerzutnika T na podstawie przerzutnika 3

4 D Rys. 6. Realizacja przerzutnika T na podstawie przerzutnika D Na podstawie analizy działania przerzutnika T można stwierdzić, że zmiana stanu przerzutnika na wyjściu występuje zawsze podczas narastającego zbocza sygnału zegarowego (dla realizacji z wykorzystaniem przerzutnika D) oraz podczas opadającego zbocza sygnału zegarowego (dla realizacji z wykorzystaniem przerzutnika ). Stąd wynika, że do uzyskania całego okresu przebiegu wyjściowego do wejścia muszą być doprowadzone kolejne dwa impulsy. 5. Przebieg ćwiczenia 5.. Badanie przerzutnika astabilnego zbudowanego z bramek NAND a) wykorzystując płytki montażowe z układem UY 7400 oraz rezystory i kondensatory zbudować przerzutnik astabilny wg schematu pokazanego na rysunku, b) dobrać wartości elementów R i w celu uzyskania założonej częstotliwości przebiegu wyjściowego, c) po sprawdzeniu poprawności połączeń zasilić układ napięciem U = +5V, d) przy pomocy oscyloskopu zaobserwować przebiegi na wyjściach przerzutnika, e) powtórzyć punkty b), c), d) dla układu z rysunku (wykorzystując układ UY 743). 5.. Badanie przerzutnika T zbudowanego w oparciu o przerzutniki D i a) wykorzystując płytki montażowe z układami UY7474 i UY7476 sprawdzić działanie obu przerzutników (D i ), podając na ich wejścia odpowiednie sygnały i rejestrując sygnały na wyjściu (sporządzić tabelę stanów logicznych), b) z pomocą wspomnianych płytek zbudować przerzutnik typu T, na podstawie przerzutnika, wg schematów pokazanych na rysunku 5, c) w układzie pokazanym na rysunku 7, przy pomocy oscyloskopu z pamięcią, zaobserwować przebiegi sygnałów na wejściu zegarowym (), wejściach informacyjnych (, ) oraz wyjściu (), a następnie zarejestrować je wykorzystując do tego komputer z przygotowanym oprogramowaniem, 4

5 GENERATOR PRZEBIEGU TTL OSYLOSOP -ANAŁOWY Z PAMIĘIĄ Rys. 7. Oscyloskopowa analiza przebiegów sygnałów występujących w przerzutniku T (zbudowanym na podstawie przerzutnika ) d) przy pomocy częstościomierza dokonać pomiaru częstotliwości sygnałów na wejściu zegarowym () i wyjściu (), e) powtórzyć punkty c) i d) dla przerzutnika T zbudowanego na podstawie przerzutnika D wg schematu pokazanego na rysunku 6. Dokonać obserwacji przebiegów sygnałów na wejściu zegarowym (), wejściu informacyjnym (D) oraz wyjściu (). 6. Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy przygotować sprawozdanie, które powinno zawierać: schematy układów zrealizowanych na zajęciach, przebiegi sygnałów na wejściach i wyjściach badanych układów, obliczenia okresu generowanych drgań dla przerzutnika astabilnego, analizę pracy przerzutnika T oraz wnioski końcowe. 5