Cyfrowe Elementy Automatyki. Bramki logiczne, przerzutniki, liczniki, sterowanie wyświetlaczem

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Cyfrowe Elementy Automatyki. Bramki logiczne, przerzutniki, liczniki, sterowanie wyświetlaczem"

Kornelia Komorowska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Cyfrowe Elementy Automatyki Bramki logiczne, przerzutniki, liczniki, sterowanie wyświetlaczem

Układy cyfrowe W układach cyfrowych sygnały napięciowe (lub prądowe) przyjmują tylko określoną liczbę poziomów, którym przyporządkowywane są wartości liczbowe.

2 Układy cyfrowe W układach cyfrowych sygnały napięciowe (lub prądowe) przyjmują tylko określoną liczbę poziomów, którym przyporządkowywane są wartości liczbowe. Najczęściej układy cyfrowe służą do przetwarzania sygnałów o dwóch poziomach napięć: wysokiego (H high) oznaczanego umownie jako 1 niskiego (L low) oznaczanego umownie jako 0 Sygnał cyfrowy nie przyjmuje natomiast wartości pośrednich, w przeciwieństwie do sygnałów analogowych (ciągłych) Podstawowym elementem stosowanym w układach cyfrowych jest bramka logiczna. Nazwą tą określa się układ elektroniczny o jednym lub kilku wejściach (A, B) i jednym wyjściu (), obliczający funkcję logiczną na podstawie sygnałów wejściowych. Sygnały wejściowe i wyjściowe są sygnałami cyfrowymi najczęściej napięciowymi.

3 Podstawowe funkcje logiczne Do analizy zdań logicznych, które mogą zostać określone wyłącznie jako prawdziwe albo fałszywe stosuje się tzw. algebrę Boole a

4 Podstawowe prawa i tożsamości algebry Boole a

5 Ilustracja graficzna podstawowych funkcji logicznych za pomocą obwodów elektrycznych Zwarty łącznik i świecąca lampka reprezentują stan 1, przeciwny przypadek odpowiada stanowi 0

6 Rozszerzony zestaw funkcji logicznych 2 zmiennych

7 Podstawowe bramki logiczne cz. 1

8 Podstawowe bramki logiczne cz. 2

9 Uniwersalność bramek NAND

10 Uniwersalność bramek NOR

Y Y Funkcja ExNOR Y = X = ( X + X )( X + X ) 1 1 X 2 lub + X 2 1 1 X 2 2 Neutralny Faza G G X 1 D D X 2 Przełączenie

11 Przykład realizacji prostej funkcji logicznej Włącznik schodowy włączanie i wyłączanie źródła światła może znajdować się w dwóch różnych miejscach. Y Y Funkcja ExNOR Y = X = ( X + X )( X + X ) 1 1 X 2 lub + X X 2 2 Neutralny Faza G G X 1 D D X 2 Przełączenie jednego z pary włączników powoduje zmianę stanu całego obwodu (otwarty/zamknięty) na stan przeciwny. Oznacza to, że włączając np. światło na parterze pierwszym włącznikiem, po wejściu na górę będziemy mogli je wyłączyć drugim.

sygnały sterujące 6 diodami LED, tworzącymi oczka kostki.

12 Przykład realizacji funkcji logicznych Sterownik elektronicznej kostki do gry. Na wejściu będziemy podawać w kodzie binarnym liczbę od 1 do 6, a na wyjściu otrzymamy sygnały sterujące 6 diodami LED, tworzącymi oczka kostki. Na podstawie powyższych danych tworzymy mapy Karnaugh a dla poszczególnych wyjść, sterujących diodami LED w kostce. Otrzymujemy równania:

13 Rodziny popularnych cyfrowych układów scalonych Podstawowa bramka logiczna NAND z rodziny TTL

14 Standard napięć w układach TTL Postępowanie z nadmiarowymi wejściami układów TTL

15 Czas propagacji sygnału przez bramkę

16 Zasady oznaczania układów scalonych U 1 C 2 Y N 6 1. U układ bipolarny 2. C układ cyfrowy M układ unipolarny L układ analogowy 3. Y do sprzętu profesjonalnego 4. 7 temp C X wykonanie specjalne 5 temp. -55 C 125 C 5. numer katalogowy 6. N obudowa plastyczna dwurzędowa I obudowa ceramiczna Oznaczenia cech specjalnych, litery po cyfrach 74: S wersja superszybka LS wersja szybka, małej mocy H wersja szybka

17 Przykładowe układy scalone serii TTL UCY 7400 UCY 7473 UCY 7493 UCY 7402 UCY 7474 UCY 7447

18 Przerzutniki podstawowe elementy pamięci Symbol graficzny przerzutnika Przerzutnik jako układ sekwencyjny Układy Cyfrowe Układy Kombinacyjne Układy Sekwencyjne RS Asynchroniczne Synchroniczne RS, D, JK, T

19 Przerzutniki sterowane poziomem sygnału Przerzutniki asynchroniczne RS Asynchroniczny przerzutnik RS zbudowany z bramek NAND i NOR: a) schemat logiczny; b) symbol graficzny; c) d) tabele stanów

20 Przerzutniki sterowane poziomem sygnału Zastosowanie przerzutników do tłumienia drgań zestyków Przerzutniki RS często są stosowane do odczytu stanu przełączników mechanicznych. W momencie przełączenia ich styki często wykonują drgania sprężyste co powoduje powstawanie serii krótkich impulsów napięciowych. Układy reagują nawet na bardzo krótkie (5 ns) impulsy, drgania styków grożą więc zakłóceniami. Eliminacja drgań styków jest koniecznością. Rozwiązaniem jest zastosowanie przerzutnika SR z bramek NAND, który ustawia się w określonym stanie już przy pierwszym impulsie doprowadzonym z przełącznika, uniemożliwiając powstanie zakłóceń. Zastosowanie przerzutnika SR daje również sygnał na wyjściu Y o dużej stromości zbocza.

21 Przerzutniki sterowane poziomem sygnału Przerzutniki synchroniczne RS CK CK Synchroniczny przerzutnik RS zbudowany z bramek NAND i NOR: a) schemat logiczny; b) symbol graficzny; c) tabele stanów

22 Przerzutniki sterowane poziomem sygnału Przerzutniki synchroniczne D CK Synchroniczny przerzutnik D zbudowany z bramek NAND i NOR: a) schemat logiczny; b) symbol graficzny; c) tablica stanów CK

23 Przerzutniki sterowane poziomem sygnału Przerzutniki synchroniczne JK J CK K Synchroniczny przerzutnik JK zbudowany z bramek NAND: a) schemat logiczny; b) symbol graficzny; c) tabela stanów;

24 Przerzutniki sterowane zboczem sygnału 1 Synchroniczny przerzutniki D i JK sterowane zboczem sygnału: a) symbol graficzny; b) tabela stanów; c) przykładowe przebiegi

25 Przerzutniki podstawowe elementy pamięci Konwersja przerzutników na dwójkę liczącą C J C D Konstrukcja przerzutnika dwójka licząca na podstawie innych przerzutników: a) schematy logiczne; b) przykładowe przebiegi

26 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Podział liczników

27 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Liczniki modulo N Licznik modulo N po podaniu na jego wejście zliczające K impulsów wskaże zliczenie L impulsów, gdzie: L = K mod N gdzie: L jest resztą z dzielenia całkowitego liczby K przez N Reszta z dzielenia jest zawsze mniejsza od N i daje wyniki z przedziału od 0 do N-1. Licznik modulo N jest zatem układem cyfrowym, który zlicza N-1 impulsów, a przy N-tym impulsie zeruje się.

28 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Liczniki szeregowe asynchroniczne liczące w przód Zmiana stanu kolejnego przerzutnika odbywa się pod wpływem zmiany stanu przerzutnika poprzedniego. Najprostszym przykładem licznika szeregowego jest kaskada N szeregowo połączonych przerzutników dwójek liczących "1" "1" "1" A B C X Z J C K R J C K R J C K R. Licznik szeregowy zliczający w przód o pojemności 8 (licznik modulo 8) a) schemat ideowy, b) przebiegi czasowe X X A A B B C C

29 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Liczniki szeregowe asynchroniczne liczące w tył A B C X Z D C R D C R D C R. Licznik szeregowy zliczający w tył o pojemności 8 (licznik modulo 8) a) schemat ideowy, b) przebiegi czasowe X A B C

30 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Liczniki szeregowe o skróconym cyklu pracy - modulo 6 A B C "1" "1" "1" X J C J C J C K R K R K R X A B C Licznik szeregowy modulo 6 a) schemat ideowy, b) tabela stanów, c) przebiegi czasowe

31 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Liczniki równoległe synchroniczne - modulo 6 W licznikach synchronicznych przerzutniki zmieniają swój stan jednocześnie z taktem zegarowym. Licznik synchroniczny posiada sieć logiczną, która steruje odpowiednio wejściami przerzutników na podstawie stanów ich wyjść. Sygnał zegarowy doprowadzany jest do każdego przerzutnika, zatem zmiana stanów będzie odbywała się wg napływających taktów zegarowych. Licznik równoległy zliczający w przód o pojemności 6 (licznik modulo 6) a) schemat ideowy, b) przerzutnik JK, c) tabela stanów licznika

32 Liczniki elementy zliczające impulsy wejściowe Zastosowania liczników Pomiar czasu trwania impulsu Dzielnik częstotliwości przez 3

33 Sterowanie wyświetlaczem 7-segmentowym

34 Sterowanie wyświetlaczem 7-segmentowym

Sygnały sterujące LT, BI/RBO i RBI umożliwiają testowanie wyświetlacza

35 Sterowanie wyświetlaczem 7-segmentowym Układ SN 7448 pozwala bezpośrednio sterować 7-segmentowym wyświetlaczem LED o wspólnej katodzie. Sygnały sterujące LT, BI/RBO i RBI umożliwiają testowanie wyświetlacza oraz wygaszanie początkowych zer w układach sterujących większą liczbą wyświetlaczy cyfr.

36 Sterowanie wyświetlaczem 7-segmentowym

37 Sterowanie wyświetlaczem 7-segmentowym

Podobne dokumenty

Zapoznanie się z podstawowymi strukturami liczników asynchronicznych szeregowych modulo N, zliczających w przód i w tył oraz zasadą ich działania.

Badanie liczników asynchronicznych - Ćwiczenie 4 1. el ćwiczenia Zapoznanie się z podstawowymi strukturami liczników asynchronicznych szeregowych modulo N, zliczających w przód i w tył oraz zasadą ich