TECHNIKA CYFROWA ELEKTRONIKA ANALOGOWA I CYFROWA. Układy czasowe

Transkrypt

1 LABORATORIUM TECHNIKA CYFROWA ELEKTRONIKA ANALOGOWA I CYFROWA Układy czasowe Opracował: Tomasz Miłosławski

2 Wymagania, znajomość zagadnień: 1. Parametry impulsu elektrycznego i metody ich pomiarów. 2. Bramkowe układy wyzwalające (różniczkujące) do generowania impulsów. 3. Multiwibratory monostabilne i astabilne w oparciu o bramki logiczne typu NAND, NOR. 4. Budowa i właściwości multiwibratorów scalonych i Budowa i właściwości multiwibratora scalonego CMOS Budowa i właściwości multiwibratora scalonego NE555. Literatura: 1. Pieńkos J., Turczyński J. - Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, WKiŁ, Warszawa Kalisz J. - Podstawy elektroniki cyfrowej, WKiŁ, Warszawa Misiurewicz P., Grzybek M. - Półprzewodnikowe układy logiczne TTL, WNT, Warszawa Gajewski P., Turczyński J. - Cyfrowe układy scalone CMOS, WKiŁ, Warszawa Łakomy M., Zabrodzki J. - Cyfrowe układy scalone, PWN, Warszawa Horowitz P., Hill W. - Sztuka elektroniki cz.ii, WKiŁ, Warszawa Karty katalogowe producentów układów scalonych wykorzystywanych w realizacji ćwiczenia. 8. Rydzewski J. - Pomiary oscyloskopowe, WNT, Warszawa Notatki z wykładów. I. Klasyfikacja układów uzależnień czasowych Układy uzależnień czasowych spełniają funkcję układów pomocniczych, których zadaniem jest generowanie sygnałów prostokątnych o zadanym okresie i wypełnieniu, pojedynczych impulsów lub serii impulsów o zadanym czasie trwania i (lub) zadanym czasie powtórzeń. Układy uzależnień czasowych dzielimy na: - układy wyzwalające (różniczkujące), - układy opóźniające impulsy, - multiwibratory (przerzutniki) monostabilne, - multiwibratory astabilne (generatory przebiegu prostokątnego). 2

3 Przykładem przerzutnika monostabilnego jest układ scalony Układ ten generuje pojedynczy impuls prostokątny o czasie trwania zależnym o podłączonych zewnętrznych elementów RC. Symbol przerzutnika z podłączeniem elementów RC oraz przykładową konfigurację sygnałów wyzwalających przedstawiono na rys.1. Przerzutnik może być wyzwalany zboczem narastającym na wejściu B lub opadającym na jednym z wejść A1 lub A2. Rys.1. Przerzutnik monostabilny 74121: a) symbol; b) przebiegi wyzwalające i sygnał wyjściowy. Wejście B jest typu Schmitta, co pozwala na wyzwalanie sygnałami o dowolnym czasie narastania. Umożliwia to na wyzwalanie przerzutnika z opóźnieniem wytwarzanym przez prosty dodatkowy układ RC. Przerzutnik scalony nie posiada właściwości wydłużania impulsów - nie jest retrygowalny. Scalony układ czasowy typu NE555 jest jednym z najpopularniejszych i najbardziej wszechstronnych układów czasowych. Często nazywany jest timerem 555. Strukturę wewnętrzną układu przedstawia rys.2 w układzie konfiguracji multiwibratora astabilnego. Układ 555 jest produkowany w technologii bipolarnej oraz unipolarnej przez wiele firm i zależnie od producenta ma różne oznaczenia, np: - SE555, - NE555, - TLC555, - ICM7555, - ULY7855. Timer 555 może pracować w trzech różnych konfiguracjach: - multiwibrator monostabilny - jako wyzwalany generator pojedynczego impulsu. Zastosowania tego trybu to np. układy czasowe, detektory impulsu, eliminacja drgań styków przełączników, przełączniki dotykowe, dzielniki częstotliwości, układy do pomiaru pojemności, wytwarzanie przebiegów o zadanej szerokości impulsów itp, 3

4 - multiwibrator astabilny - jako generator przebiegów prostokątnych, - przerzutnik bistabilny - jako przerzutnik dwustanowy (flip-flop). W tym trybie pracy końcówka DIS nie jest wykorzystywana i nie jest używany kondensator. Rys.2. Timer bramkowany multiwibrator astabilny. II. Cel ćwicznia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i funkcjonowaniem układów uzależnień czasowych wykorzystywanych w technice cyfrowej. W trakcie ćwiczenia zostaną przebadane konfiguracje układów multiwibratorów monostabilnych i astabilnych oraz ich parametry, właściwości i działanie na przykładzie scalonego układu monostabilnego przerzutnika oraz scalonego układu czasowego NE555. 4

5 III. Przebieg ćwiczenia Do wykonania ćwiczenia - konfiguracji i właściwości badanego układu wykorzystana jest modułowa platforma edukacyjna (fot.1.) firmy National Instruments typu NI ELVIS (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) wraz ze wspomagającym ją oprogramowaniem. Fot.1. Widok zestawu edukacyjnego NI ELVIS. 1. Wykonać pomiary rezystancji i pojemności przeznaczonych do konfiguracji układów uzależnień czasowych elementów R i C. Do pomiarów wykorzystać narzędzie programowe DMM współpracujące z zestawem NI ELVIS. Na fot.2. przedstawione jest okna narzędzia pomiarowego Digital Multimeter. Fot.2. Widok okna narzędzia pomiarowego NI ELVIS. 5

6 Pomiar rezystancji R i pojemności C realizowany jest po wyborze odpowiedniej funkcji na pasku Measurment Settings narzędzia pomiarowego. W przypadku pomiaru rezystancji należy połączyć za pomocą przewodów z wtykami bananowymi gniazdo V z gniazdem BANANA C oraz gniazdo COM z gniazdem BANANA D. Rezystor przeznaczony do pomiaru należy umieścić w polu łączeniowym P2 w rzędach 39 (BANANA C) i 40 (BANANA D). Pomiar pojemności realizowany jest po podłączeniu kondensatora do pola łączeniowego P2 w rzędach 29 (DUT+) i 30 (DUT-) 2. Skonfigurować układ scalony jako przerzutnik monostabilny wyzwalany od wejścia B z zadanym czasem trwania impulsu wyjściowego zależnym od przyłączonych zewnętrznych elementów RC. Obliczyć w sposób analityczny czas trwania impulsu wyjściowego. Porównać obliczony czas trwania impulsu wyjściowego z rzeczywistym impulsem wyjściowym układu. Do pomiaru czasu trwania impulsu należy użyć oscyloskopu. Wyzwalanie przerzutnika zrealizować za pomocą generatora sygnału prostokątnego o odpowiednio dobranej częstotliwości z narzędzia Function Generator. Sygnał do badanego układu doprowadzany jest z pola łączeniowego P2 w rzędzie 34 (SYNC). Za pomocą przycisków Waveform Settings należy wybrać generator sygnału prostokątnego i nastawić pokrętłem Frequency odpowiednią częstotliwość. Widok okna narzędzia Function Generator przedstawia fot.3. Fot.3. Widok okna generatora funkcyjnego NI ELVIS. Powtórzyć pomiary dla dwóch innych zestawów RC określających czas trwania impulsu wyjściowego przerzutnika. 6

7 3. Skonfigurować układ scalony NE555 jako multiwibrator astabilny. W oparciu o wartości zadanych rezystancji i pojemności obliczyć w sposób analityczny parametry sygnału wyjściowego. Porównać obliczony czas trwania impulsu wyjściowego z rzeczywistym sygnałem wyjściowym układu. Do pomiaru parametrów czasowych sygnału wyjściowego należy użyć oscyloskopu. Dla każdej badanej konfiguracji, narysować schemat ideowy układu z uwzględnieniem sygnałów sterujących i połączeń na zestawie edukacyjnym NI ELVIS. 7