LABORATORIUM ELEKTRONIKI I TEORII OBWODÓW

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA FILIA W PILE LABORATORIUM ELEKTRONIKI I TEORII OBWODÓW numer ćwiczenia: data wykonania ćwiczenia: data oddania sprawozdania: OCENA: tytuł ćwiczenia: wykonawcy: 1. OSTASZEWSKI Paweł 2. PAWLICKI Piotr 3. LEMAŃSKI Radosław 4. KARMOWSKI Sławomir Badanie układów cyfrowych TTL i CMOS grupa: A semestr: III 1

2 1. Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z elektronicznymi układami logicznymi, sposobami łączenia struktur kombinacyjnych i sekwencyjnych. Zdobycie umiejętności: syntezy podstawowych układów przełączających, dwuargumentowych i wykorzystanie ich w obwodach sterowania; oraz łączenia elementów logicznych z rodziny TTL i CMOS. 2. Przebieg ćwiczenia: A. Połączyć licznik binarny 7493 razem z dekoderem (demultiplekserem) czterech linii na szesnaście linii. Licznik 7493 jest 4-bitowym licznikiem dwójkowym /CLK /CLK0 CLK0 wejście zegarowe A RST CLK1 wejście zegarowe B RST Q Q3 VCC 5 10 GND 6 9 Q1 7 8 Q Jest to 4-bitowy licznik dwójkowy zawierający cztery przerzutniki typu JK-MS oraz dwuwejściową bramkę I-NIE połączoną w ten sposób, że tworzą dwa liczniki: pierwszy 1-bitowy i drugi 3-bitowy ze wspólnymi bramkowanymi wejściami zerowania. Łącząc zewnętrznie wyjście pierwszego przerzutnika Qa z wejściem drugiego Qb tworzymy dwójkowy licznik 4-bitowy. Lub 1-bitowy i 3-bitowy można wykorzystywać oddzielnie jeżeli nie jest wymagane ich zerowanie, lub zerowanie obu liczników może być równoczesne. Wejścia zerowania wszystkich przerzutników są łączone do wyjścia dwuwejściowej bramki. Zerowanie bramki czyli wprowadzenie stanu niskiego na wyjścia wszystkich przerzutników następuje wtedy gdy w obu wejściach zerowania wystąpi stan wysoki. W czasie zliczania co najmniej jedno z wejść zerowania musi być w stanie niskim. 2

3 Wyjścia na diodach Zegar QD QC QB QA Licznik binarny modulo 16 przekręcił się po przekroczeniu liczby 15. 3

4 Przykładowe sposoby skracania licznika binarnego 7493: modulo 16 modulo 5 modulo 10 modulo 3 3 bitowy licznik 4 bitowy licznik dwójkowy 4

5 Czasy propagacji: max min t phl = 135 ns, t plh = 135 ns, f max = 10 MHz B. Połączyć licznik dziesiętnego 7490 razem z dekoderem kodu BCD na kod wskaźnika 7-segmentowego z wyjściami typu otwarty kolektor 15V 7447 oraz wyświetlaczem cyfrowym /CLK /CLK0 RST RST Q0/QA Q3/QD VCC 5 10 GND SET1 6 9 Q1/QB SET2 7 8 Q2/QC CLK1,CLK0 - wejścia Układ zawiera cztery przerzutniki typu J-K które połączone w ten sposób dają dwa liczniki: mod 2 i modulo 5. Łącząc zewnętrznie wyjście pierwszego przerzutnika Q A z wejściem B uzyskuje się licznik dziesiętny pracujący w kodzie BCD Jeżeli połączymy wyjście Q D z wejściem A i przykładając ciąg impulsów do wejścia B uzyskuje się dzielnik przez 10. Liczniki modulo 2 i modulo 5 mogą być wykorzystywane oddzielnie. Wszystkie przerzutniki mają wspólne wejście ustawienia i zerowania dołączone do dwóch dwuwejściowych bramek I-NIE. W liczniku występują dwa wejścia zerowania R 0 (RST1-2) i dwa wejścia ustawiania R 9 (SET1-2). Czasy propagacji: max t phl = 100ns, t plh = 100 ns, min f max = 10 MHz Aby wyzerować wyjścia tego licznika, należy na oba wejścia R0(1) i R0(2) podać sygnał l, natomiast aby ustawić jego wyjścia w dwójkową reprezentację liczby 9, należy na oba wejścia R9(1) i R9(2) podać sygnał 1. 5

6 ZASTOSOWANIE: Liczniki dziesiętne można stosować jako odrębne liczniki modulo 5 i modulo 2. Ponadto może pracować jako licznik dziesiętny pracujący w kodzie BCD oraz jako licznik dziesiętny pracujący w kodzie Wyjścia dekoder a kodu BCD 7447 były połączone do wyświetlacza: Zegar Wyświetlacz QD QC QB QA Licznik dziesiętny modulo 10 przekręcił się po przekroczeniu liczby 9. 6

7 Przykładowe sposoby skracania licznika dziesiętnego 7490: modulo 10 modulo 2 modulo 3 modulo 2 modulo 5 modulo 6 modulo 4 modulo 8 Licznika modulo 7 nie da się zrobić na bramkach własnych licznika gdyż brakuje 9. 7

8 3. Wnioski: Licznikiem nazywa się układ cyfrowy służący do zliczania liczby impulsów podanych na jego wejście zliczające. Ogólnie licznik zawiera pewną liczbę n przerzutników odpowiednio ze sobą połączonych. Liczba n określa maksymalną (pełną) pojemność licznika równą 2 n. Zapełnienie licznika kończy cykl pracy licznika, po czym wraca on do stanu początkowego. Długością S cyklu licznika nazywa się liczbę wyróżnialnych stanów logicznych, przez które licznik przechodzi cyklicznie. Jeśli licznik ma S (przy czym S<=2 n ) wyróżnialnych stanów, to określa się go jako licznik module S (np. licznik modulo 10 jest licznikiem dziesiętnym, tzw. dekadą liczącą). Stan licznika odpowiada liczbie zliczanych impulsów, wyrażanej w określonym kodzie. Licznik zliczający impulsy w naturalnym kodzie dwójkowym jest nazywany licznikiem dwójkowym. liczniki dziesiętne mogą zliczać w różnych kodach dwójkowo-dziesiętnych, chociaż najczęściej jest to kod BCD 8421 lub kod Aikena Ze względu na sposób realizacji (tryb pracy) rozróżnia się liczniki asynchroniczne (szeregowe) i 8

9 synchroniczne (równoległe). W celu polepszenia funkcjonalności działania liczniki mogą mieć jeszcze inne wejścia i wyjścia. Czas ustalania się zawartości licznika zależy od czasów propagacjiużytych przerzutników. Na ogół liczniki asynchroniczne (szeregowe) są powolniejsze niż synchroniczne, lecz mają zwykle prostszą strukturę logiczną. Szybkość działania liczników określa się podając maksymalną częstotliwość impulsów zliczanych. Zawartość licznika podczas zliczania może wzrastać lub maleć. Liczniki, w których jest możliwy tylko jeden z tych sposobów zliczania, nazywa się jednokierunkowymi. Liczniki umożliwiające liczenie impulsów w obu kierunkach określa się jako dwukierunkowe (rewersyjne). Liczniki scalone znajdują zastosowanie, przede wszystkim do bezpośredniego zliczania impulsów (w tym znaczeniu mogą służyć do pomiaru częstotliwości, dzielenia przez N itp.). Przy użyciu liczników buduje się również układy arytmetyczne. Układy te charakteryzują się prostą strukturą logiczną oraz niewielką szybkością działania, która jednak wystarcza w wielu zastosowaniach. Specjalną grupę układów stanowią tzw. liczniki programowane. 9