4. Wprowadzenie teoretyczne 3. Przedmiot bada ń 2. Wykaz przyrz ą dów i elementów: 1. Cel ć wiczenia Badanie układów ś redniej skali integracji - Ć wiczenie 5

Badanie układów średniej skali integracji - Ćwiczenie 5 1. 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 CQYP 74 (WA),

♦ bramki NAND UCY 7400.

3. Przedmiot badań

♦ Sprawdzenie działania transkodera kodu BCD na kod wskaźnika siedmiosegmentowego (UCY 7447), wykorzystanego w układzie do zliczania i wyświetlania na wyświetlaczu siedmiosegmentowym, impulsów podawanych z zewnątrz.

♦ Sprawdzenie działania – wykonanych ze wspomnianych wyżej modułów – liczników modulo 100, modulo 1000 i modulo n.

4. Wprowadzenie teoretyczne

Układy służące do zmiany kodów noszą nazwę przetworników (konwerterów) kodów (np. konwerter kodu 8421 na kod Gray’a lub kodu Aikena na kod 8421). Służą one do konwersji słów logicznych zapisanych w dwóch różnych postaciach. Przykładowo słowo zapisane dwójkowo „0001000000” w kodzie o nazwie „XXX” i słowo „0011” w kodzie o nazwie „YYY” mogą oznaczać tą samą informację. Dzięki 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 „1 z n” na określony kod wyjściowy.

Dekoderem – nazywamy układ kombinacyjny m/n (liczba wejść/liczba wyjść) służący do konwersji kodu innego niż kod pierścieniowy na kod pierścieniowy „1 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. Do 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).

S₁ S₄

D

C₄ C₁

EN B

S₁ S₄ D

C₄ C₁ EN

B

WE WY

Linia transmisji danych

Multiplekser Demultiplekser

Adres Adres

Rys. 1. 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 1001, to na wyjściu układu będzie taki stan, jak na dziewiątym wejściu informacyjnym.

Demultiplekserem – 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 1001, to na dziewiątym wyjściu informacyjnym układu będzie taki stan, jak na wejściu.

4.1. 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 QA z wejściem B uzyskuje się licznik dziesiętny pracujący w kodzie BCD. Wszystkie przerzutniki mają wspólne wejście ustawiania i wejście zerowania dołączone do wyjść dwóch dwuwejściowych bramek NAND. Zatem zerowanie licznika odbywa się przez ustawienie stanów wysokich na obydwóch wejściach zerujących (R01 i R02, przy czym co najmniej jedno z wejść ustawiających R91,R92 musi być w stanie niskim), natomiast ustawienie licznika (stan Q_A = 1, Q_B = 0, Q_C = 0, Q_D =1 odpowiadający liczbie 9) odbywa się przez ustawienie wejść R₉₁ i R₉₂ w stanie wysokim (niezależnie od stanu wejść zerujących).

B 1

A 14

NC 4

Ucc 5 6

R₉₁ 7

R₉₂ Q_DGND Q_B Q_C 11 10 9 8

UCY 7490

R₀₁ 2

NC 13

R₀₂ 3

Q_A 12

Rys. 2. Symbol graficzny licznika dziesiętnego UCY 7490

Tabela funkcyjna licznika dziesiętnego UCY 7490 Wejścia ustawiające Wyjścia

R₀₁ R₀₂ R₉₁ R₉₂ Q_D Q_C Q_B Q_A

1 1 0 X 0 0 0 0

1 1 X 0 0 0 0 0

X X 1 1 1 0 0 1

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 2

B – wejście zegarowe licznika modulo 5 NC – nie podłączone

Q_A – wyjście licznika QB – wyjście licznika QC – wyjście licznika Q_D – wyjście licznika R₀₁ – wejście zerujące R02 – wejście zerujące R91 – wejście ustawiające R₉₂ – wejście ustawiające

4.2. Scalony transkoder UCY 7447

Układ scalony UCY 7447 jest transkoderem kodu BCD 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, B, C, D i trzy wejścia funkcyjne.

Opis wyprowadzeń UCY 7447

A – wejście informacyjne a – wyjście informacyjne

B – wejście informacyjne b – wyjście informacyjne

C – wejście informacyjne c – wyjście informacyjne

D – wejście informacyjne d – wyjście informacyjne

LT – wejście testowe e – wyjście informacyjne

BI/RB0 – wejście / wyjście wygaszania zera f – wyjście informacyjne RBI – wejście wygaszania zera g – wyjście informacyjne

Stan niski na wejściu BI powoduje włączenie wszystkich wyjść (ustawienie jedynek), czyli wygaszenie całego wskaźnika, niezależnie od stanów na pozostałych wejściach.

Stan niski na wejściu RBI i wszystkich wejściach informacyjnych powoduje również wygaszenie wskaźnika, a ponadto na wyjściu RB0 wystąpi stan niski.

W stanie niskim na wejściu LT i stanie wysokim na wejściu BI wszystkie wyjścia transkodera są w stanie niskim, co powoduje świecenie wszystkich siedmiu segmentów

wskaźnika i jest wykorzystywane w celach testowych. Działanie logiczne transkodera określa jego tabela stanów.

B 1

C 2 3

LT 4

BI/

RB0 Ucc f g a 16 15 14 13

RBI 5

D 6 7

A 8 GND b c d e 12 11 10 9

UCY7447

Rys. 3. Symbol graficzny transkodera UCY 7447

Tabela stanów transkodera UCY 7447

ZNAK

Liczba

dziesiętna 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Wejścia

D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

LT 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

RBI 1 X X X X X X X X X

BI/RB0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

a 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0

b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0

c 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

d 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1

e 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1

f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0

Wyjścia

g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

„X” – stan dowolny

4.3. Wskaźnik siedmiosegmentowy

Wskaźnik siedmiosegmentowy służy do wyświetlania informacji w postaci symboli świetlnych. Wykorzystując świecenie diod elektroluminescencyjnych LED, 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. Budowa 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

„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” = 1.

Budowa 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

Zliczanie modulo 10

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 BCD oraz na wskaźniku siedmiosegmentowym. Schemat blokowy badanego układu przedstawiono na rysunku 5.

Rys. 5. Schemat blokowy badanego układu Rys. 4a. Rozkład segmentów dla

wskaźnika siedmiosegmentowego a

c d

b

e f

g

Rys. 4b. Budowa wskaźnika siedmiosegmentowego

a b c d e f g

Zliczanie modulo 100

Połączyć (przy pomocy dwóch dodatkowych przewodów) dwa prawidłowo działające układy modulo 10, tak aby powstał licznik modulo 100, zliczający i wyświetlający impulsy od 0 do 99.

Zliczanie modulo n

Wykorzystując bramki NAND ograniczyć ilość zliczanych impulsów, tak aby powstał układ modulo n, zliczający i wyświetlający zaplanowaną liczbę impulsów od 0 do n-1.

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.