adanie układów średniej skali integracji - ćwiczenie 6. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi układami SSI (Średniej Skali Integracji). Przed wykonaniem ćwiczenia należy zapoznać się z zasadą działania i strukturą typowych układów SSI tj.: dekoderów, enkoderów, transkoderów, konwerterów kodów, multiplekserów i demultiplekserów. 2. Wykaz przyrządów i elementów: zasilacz stabilizowany, generator sygnałów TTL, woltomierz cyfrowy i / lub tester stanów logicznych, płytka montażowa do badania układów scalonych, układy scalone: licznik dziesiętny UCY 7490, transkoder UCY 7447, wyświetlacz siedmiosegmentowy, multiplekser UCY 7450, demultiplekser UCY 7454. 3. Przedmiot badań Sprawdzenie działania transkodera kodu C na kod wskaźnika siedmiosegmentowego (UCY 7447), wykorzystanego w układzie do zliczania i wyświetlania na wyświetlaczu siedmiosegmentowym, impulsów podawanych z zewnątrz. Sprawdzenie działania multipleksera (UCY 7450) oraz dekodera/demultipleksera (UCY 7454), wykorzystanych w układzie szeregowej transmisji danych. 4. Wprowadzenie teoretyczne Układy służące do zmiany kodów noszą nazwę przetworników (konwerterów) kodów. Służą one do konwersji słów logicznych zapisanych w dwóch różnych postaciach. Przykładowo słowo zapisane dwójkowo 000000000 w kodzie o nazwie XXX i słowo 00 w kodzie o nazwie YYY mogą oznaczać tą samą informację. zięki zastosowaniu odpowiedniego konwertera kodów możemy tłumaczyć informację, w zależności od potrzeb, z kodu XXX na kod YYY i na odwrót. Słowa logiczne zapisane w różnych kodach mogą zawierać tą samą informację, ale mogą mieć różną długość (ilość bitów). Enkoderem nazywamy układ kombinacyjny służący do konwersji kodu pierścieniowego z n na określony kod wyjściowy. ekoderem nazywamy układ kombinacyjny m/n (liczba wejść/liczba wyjść) służący do konwersji kodu innego niż kod pierścieniowy na kod pierścieniowy z n. Transkoder jest to układ służący do konwersji kodu dwójkowego, innego niż kod pierścieniowy, na kod dwójkowy, ale również niepierścieniowy. Multipleksery i demultipleksery są układami umożliwiającymi zrealizowanie multipleksowego systemu transmisji informacji. o zrealizowania takiego systemu niezbędny jest po stronie, nadawczej przetwornik formatu słów z równoległego na szeregowy
(multiplekser), a po stronie odbiorczej - przetwornik formatu słów z szeregowego na równoległy (demultiplekser). WE Multiplekser S Linia transmisji danych emultiplekser S WY S 4 S 4 EN EN C C 4 C 4 C Adres Adres Rys.. Schemat ideowy multipleksowego systemu transmisji danych Multiplekserem nazywamy układ logiczny umożliwiający przesłanie na wyjście sygnału z wejścia informacyjnego określonego przez stan wejść adresowych. W układach TTL na wejścia adresowe podaje się informację w naturalnym kodzie dwójkowym. Liczba wejść informacyjnych N związana jest z liczbą wejść adresowych M zależnością N=2 M. Przykładowo, jeżeli na wejściach adresowych multipleksera (z czterema wejściami adresowymi) mamy stan 00, to na wyjściu układu będzie taki stan, jak na dziewiątym wejściu informacyjnym. emultiplekserem nazywamy układ logiczny umożliwiający przesłanie sygnału z wejścia na to wyjście informacyjne, które jest określone przez stan wejść adresowych. Przykładowo, jeżeli na wejściach adresowych demultipleksera (z czterema wejściami adresowymi) mamy stan 00, to na dziewiątym wyjściu informacyjnym układu będzie taki stan, jak na wejściu. 4.. Scalony licznik dziesiętny UCY 7490 Układ scalony UCY 7490 zawiera cztery przerzutniki typu Master-Slave połączone w ten sposób, że tworzą dwa liczniki: pierwszy modulo 2, a drugi modulo 5. Łącząc zewnętrzne wyjście pierwszego przerzutnika Q A z wejściem uzyskuje się licznik dziesiętny pracujący w kodzie C. Wszystkie przerzutniki mają wspólne wejście ustawiania i wejście zerowania dołączone do wyjść dwóch dwuwejściowych bramek NAN. Zatem zerowanie licznika odbywa się przez ustawienie stanów wysokich na obydwóch wejściach zerujących (R 0 i R 02, przy czym co najmniej jedno z wejść ustawiających R 9,R 92 musi być w stanie niskim), natomiast ustawienie licznika (stan Q A =, Q = 0, Q C = 0, Q = odpowiadający liczbie 9) odbywa się przez ustawienie wejść R 9 i R 92 w stanie wysokim (niezależnie od stanu wejść zerujących). 4 3 2 0 9 8 A NC Q A Q GN Q Q C UCY 7490 R 0 R 02 NC Ucc 9 2 3 4 5 6R 7 R 92 Rys. 2. Symbol graficzny licznika dziesiętnego UCY 7490 2
Tabela funkcyjna licznika dziesiętnego UCY 7490 Wejścia ustawiające Wyjścia R 0 R 02 R 9 R 92 Q Q C Q Q A 0 X 0 0 0 0 X 0 0 0 0 0 X X 0 0 X 0 X 0 Liczenie 0 X 0 X Liczenie 0 X X 0 Liczenie X 0 0 X Liczenie X stan dowolny Opis wyprowadzeń licznika dziesiętnego UCY 7490 A wejście zegarowe licznika modulo 5 wejście zegarowe licznika modulo 2 NC nie podłączone Q A wyjście licznika Q wyjście licznika Q C wyjście licznika Q wyjście licznika R 0 wejście zerujące R 02 wejście zerujące R 9 wejście ustawiające R 92 wejście ustawiające 4.2. Scalony transkoder UCY 7447 Układ scalony UCY 7447 jest transkoderem kodu C na kod cyfrowego wskaźnika siedmiosegmentowego. Transkoder ma wyjścia z otwartym obwodem kolektora, co zapewnia możliwość bezpośredniego sterowania segmentami półprzewodnikowych wskaźników ze wspólną anodą. Układ ten ma cztery wejścia informacyjne: A,, C, i trzy wejścia funkcyjne. Opis wyprowadzeń UCY 7447 A wejście informacyjne a wyjście informacyjne wejście informacyjne b wyjście informacyjne C wejście informacyjne c wyjście informacyjne wejście informacyjne d wyjście informacyjne LT wejście testowe e wyjście informacyjne I/R0 wejście / wyjście wygaszania zera f wyjście informacyjne RI wejście wygaszania zera g wyjście informacyjne Stan niski na wejściu I powoduje włączenie wszystkich wyjść (ustawienie jedynek), czyli wygaszenie całego wskaźnika, niezależnie od stanów na pozostałych wejściach. Stan niski na wejściu RI i wszystkich wejściach informacyjnych powoduje również wygaszenie wskaźnika, a ponadto na wyjściu R0 wystąpi stan niski. W stanie niskim na wejściu LT i stanie wysokim na wejściu I wszystkie wyjścia transkodera są w stanie niskim, co powoduje świecenie wszystkich siedmiu segmentów wskaźnika i jest wykorzystywane w celach testowych. ziałanie logiczne transkodera określa jego tabela stanów. 3
6 5 4 3 Ucc f g a 2 0 9 b c d e C LT I/ R0 UCY7447 RI A GN 2 3 4 5 6 7 8 Rys. 3. Symbol graficzny transkodera UCY 7447 Tabela stanów transkodera UCY 7447 ZNAK Liczba dziesiętna 0 2 3 4 5 6 7 8 9 A 0 0 0 0 0 Wejścia 0 0 0 0 0 0 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 LT RI X X X X X X X X X I/R0 a 0 0 0 0 0 0 0 b 0 0 0 0 0 0 0 0 Wyjścia c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 d 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 f 0 0 0 0 0 0 g 0 0 0 0 0 0 0 X stan dowolny 4.3. Wskaźnik siedmiosegmentowy Wskaźnik siedmiosegmentowy służy do wyświetlania informacji w postaci symboli świetlnych. Wykorzystując świecenie diod elektroluminescencyjnych LE, wyposażonych w prostokątne pryzmaty, można zbudować wskaźnik siedmiosegmentowy przedstawiony na rysunku 4a. Siedem diod umieszczonych w jednej obudowie tworzy cyfrę 8. Często przed lub za cyfrą umieszcza się dodatkową diodę świecącą umożliwiającą uzyskanie kropki (znak dziesiętny). Za pomocą takiego wskaźnika można zrealizować wyświetlanie cyfr w sposób zaprezentowany w tabeli powyżej. Ponadto istnieje również możliwość wyświetlania niektórych małych i dużych liter oraz symboli. udowa wskaźnika siedmiosegmentowego jest przedstawiona na rysunku 4b. Poszczególne segmenty są oznaczone literami od a do g. Jest to wskaźnik ze wspólną anodą (są również produkowane w wersji ze wspólną katodą), do której należy podłączyć napięcie zasilające Ucc = 5 V. Połączenie katody wybranej diody z niskim poziomem logicznym powoduje powstanie różnicy potencjałów pomiędzy anodą i katodą, a w konsekwencji świecenie wybranego segmentu. Poziom wysoki na wybranej katodzie nie powoduje jej świecenia. Zatem kod wskaźnika siedmiosegmentowego powinien dla każdej cyfry przyporządkować odpowiedni układ zer i 4
jedynek tak, aby odpowiadał wybranemu układowi świecenia segmentów. Przykładowo w celu wyświetlenia cyfry 0 należy zapalić wszystkie segmenty z wyjątkiem segmentu g. Kod dla cyfry 0 wygląda następująco: a = b = c = d = e = f = 0, oraz g =. a f g b a b c d e f g e c d Rys. 4a. Rozkład segmentów dla wskaźnika siedmiosegmentowego udowa wskaźnika decyduje o wyborze układu sterującego. Zastosowanie układu ze wspólną katodą pociąga za sobą zastosowanie układu sterowania, w którym wyjścia są zanegowane w stosunku do przedstawionych w tabeli stanów dla transkodera UCY 7447. 5. Przebieg ćwiczenia Rys. 4b. udowa wskaźnika siedmiosegmentowego Zliczanie od 0 do 9 Wykorzystując płytkę montażową zbudować układ zliczający impulsy podawane z generatora sygnałów TTL. Połączyć układ w ten sposób, aby liczba aktualnie zliczonych impulsów była wyświetlana za pomocą diod świecących w kodzie C oraz na wskaźniku siedmiosegmentowym. Schemat blokowy badanego układu przedstawiono na rysunku 5. Rys. 5. Schemat blokowy badanego układu Zliczanie od 0 do 99 Połączyć dwa prawidłowo działające układy, tak aby zliczały impulsy od 0 do 99. Zliczanie od 0 do n Wykorzystując bramki NAN ograniczyć ilość zliczanych impulsów, tak aby układ zliczał i wyświetlał zaplanowaną liczbę impulsów od 0 do n. 6. Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy przygotować sprawozdanie, które powinno zawierać: schematy ideowe i blokowe badanych układów, opis ich działania oraz wnioski końcowe. 5